CN113630173B - Imt系统对gso移动通信卫星系统mes的集总干扰确定方法 - Google Patents

Imt系统对gso移动通信卫星系统mes的集总干扰确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种IMT系统对GSO移动通信卫星系统MES的集总干扰确定方法，步骤如下：首先确定IMT系统的部署情形、工作频段和带宽；根据IMT部署情形，确定IMT网络拓扑；根据网络拓扑，将IMT下行链路和上行链路作为干扰系统分别建模；确定被干扰的卫星MES增益特性相关参数；随机选择部分基站和用户终端作为对MES的干扰源，计算IMT系统中单个基站和用户终端对卫星MES的干扰；最后采用蒙特‑卡罗仿真的静态仿真模拟计算IMT系统中基站和用户终端对MES的集总干扰。本发明考虑了IMT系统中基站和用户终端的位置分布所具有的统计特性，对IMI系统进行准确建模，因此能准确分析IMT系统对MES的干扰。

Description

IMT系统对GSO移动通信卫星系统MES的集总干扰确定方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，特别是一种IMT系统对GSO移动通信卫星系统MES的集总干扰确定方法。
背景技术
目前，卫星通信成为一种重要的通信手段，各个国家都在争夺卫星通信的相关资源，多个国家正在考虑对S2.0GHz频段，即上行1980-2010MHz、下行2170-2200MHz，进行卫星系统部署。然而，已有许多地面业务使用S2.0GHz频段，若在此频段新增卫星业务，可能会与已有的地面IMT系统之间产生干扰，这不仅不利于卫星通信，也不利于IMT业务的正常使用。
因此，需要对S2.0GHz频段国际移动通信系统(IMT)对地球静止轨道(GSO)移动通信卫星系统移动地球站(MES)集总干扰分析提出有效的计算方法。现有的干扰方法计算一般没有考虑IMT系统中基站(BS)和用户终端(UE)的位置分布所具有的统计特性，没对IMI系统进行准确建模，无法准确分析IMT系统对MES的干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够准确计算IMT系统对GSO移动通信卫星系统MES的集总干扰的方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种IMT系统对GSO移动通信卫星系统MES的集总干扰确定方法，IMT为国际移动通信系统，GSO为地球静止轨道，MES为移动地球站，BS为IMT系统中基站，UE为IMT系统中用户终端；所述IMT系统为S2.0GHz频段单个IMT系统，方法步骤如下：
步骤1、确定IMT系统的部署情形、工作频段和带宽；
步骤2、根据IMT部署情形，确定IMT系统网络拓扑；
步骤3、将IMT下行链路作为干扰系统建模；
步骤4、将IMT上行链路作为干扰系统建模；
步骤5、确定被干扰的卫星MES增益特性相关参数，包括最大传输功率、最大天线增益、最大e.i.r.p.密度、接收系统噪温和G/T；
步骤6、随机选择部分基站作为对MES的干扰源；
步骤7、计算IMT系统中单个基站对卫星MES的干扰；
步骤8、随机选择部分UE作为对MES的干扰源；
步骤9、计算所创建的IMT系统中单个UE对卫星MES的干扰；
步骤10、计算IMT系统对GSO移动通信卫星系统MES的集总干扰。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)可以较为精确的对GSO移动通信卫星的MES受到的IMT系统的集总干扰进行计算；(2)依据实际情况对IMT系统的上行和下行链路进行建模，干扰计算结果可信度高，计算程序完善。
附图说明
图1为IMT系统对GSO移动通信卫星系统MES的集总干扰确定方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
结合图1，本发明一种IMT系统对GSO移动通信卫星系统MES的集总干扰确定方法，IMT为国际移动通信系统，GSO为地球静止轨道，MES为移动地球站，BS为IMT系统中基站，UE为IMT系统中用户终端；所述IMT系统为S2.0GHz频段单个IMT系统，方法步骤如下：
步骤1、确定IMT系统的部署情形、工作频段和带宽；
步骤2、根据IMT部署情形，确定IMT系统网络拓扑；
步骤3、将IMT下行链路作为干扰系统建模；
步骤4、将IMT上行链路作为干扰系统建模；
步骤5、确定被干扰的卫星MES增益特性相关参数，包括最大传输功率、最大天线增益、最大e.i.r.p.密度、接收系统噪温和G/T；
步骤6、随机选择部分基站作为对MES的干扰源，所选基站集合为Cell＝{1，2，...，N}；
步骤7、计算IMT系统中单个基站对卫星MES的干扰；
步骤8、随机选择部分UE作为对MES的干扰源；
步骤9、计算所创建的IMT系统中单个UE对卫星MES的干扰；
步骤10、计算IMT系统对GSO移动通信卫星系统MES的集总干扰。
进一步地，步骤1中所述确定IMT系统的部署情形、工作频段和带宽，其中部署情形具体分类如表1中所：
表1 无线接入网的部署情形
基站位置 无缝广域覆盖 小区域覆盖
农村 宏农村 不适用
郊区 宏郊区 微郊区
城市 宏城市 微城市
室内 不适用 室内
。
进一步地，步骤2所述根据IMT部署情形，确定IMT网络拓扑，其中对于不同的部署情形，网络拓扑设置如下：
(1)对于宏蜂窝网络，设定宏蜂窝网络中每个小区为六边形，且每个基站站点有三个扇区；
(2)对于微蜂窝网络，参考曼哈顿模型设定拓扑，微蜂窝基站部署在曼哈顿网格中；
(3)对于室内蜂窝网络，根据频段和建筑物内部配置设定室内蜂窝小区的大小。
进一步地，步骤3所述将IMT下行链路作为干扰系统建模，具体步骤如下：
(1)根据步骤2所确定的IMT系统网络拓扑，创建BS网格；
(2)在BS网格中随机创建BS节点，节点集合为Ω；
(3)在整个系统区域随机分配足够数量的用户设备，在切换余量HO内为每个小区分配相同数量的K个用户设备，其中K的值取决于部署情形、频率和带宽；
(4)计算每个用户设备到所有基站的路径耦合损耗，对于设备i的路径耦合损耗MCLi,j计算公式为：
Figure BDA0003208775850000035
其中FLi,j为用户i到基站j的传播损耗，Si,j为用户i到基站j的衰落，Gi是用户i的天线增益；
(6)将用户设备随机连接到路径耦合损耗为最小路径耦合损耗加切换余量范围的基站，即每个设备连接到基站
Figure BDA0003208775850000031
(7)随机选择部分基站与所连设备进行业务传输，其余的保持静默，对于所选择的工作基站，从基站到用户设备的发射功率
Figure BDA0003208775850000032
计算如下：假设
Figure BDA0003208775850000033
表示BS的最大发射功率，n是每个用户设备资源块的数量，M＝n×K是对每个基站而言所有可用资源块的数量，则
Figure BDA0003208775850000034
进一步地，步骤4所述将IMT上行链路作为干扰系统建模，具体步骤如下：
(1)根据步骤2所确定的IMT系统网络拓扑，创建BS网格；
(2)在BS网格中随机创建BS节点，节点集合为Ω；
(3)在整个系统区域随机分配足够数量的用户设备，在切换余量HO内为每个小区分配相同数量的K个用户设备，其中K的值取决于部署情形、频率和带宽；
(4)计算每个用户设备到所有基站的路径耦合损耗，对于设备i的路径耦合损耗MCLi，j计算公式为：
Figure BDA0003208775850000046
其中FLi，j为用户i到基站j的传播损耗，Si，j为用户i到基站j的衰落，Gi是用户i的天线增益；
(5)将用户设备随机连接到路径耦合损耗在最小耦合损耗加切换余量范围内的基站，即每个设备连接到基站
Figure BDA0003208775850000041
(6)由上行链路功率控制决定每个用户设备的功率；
(7)假设一个基站完全加载，即将所有可用的资源块分配给有源用户设备；为每个用户设备安排相同数量的n个资源块；
(8)随机选择部分设备与所连基站进行业务传输，其余的保持静默；
进一步地，步骤7所述计算IMT系统中单个基站对卫星MES的干扰，具体步骤如下：
(1)对于所选干扰基站集合Cell中的每个基站，确定服务用户，将基站j服务的用户k表示为BSj，k；
(2)计算基站集合Cell中的每个基站到MES的耦合损耗
Figure BDA0003208775850000042
包括路径损耗、穿透损耗、遮蔽衰落和天线增益；
(3)计算BSj发射的总功率与总干扰功率的比率ACIR1，总干扰功率是指由BSj和MES的缺陷产生的影响受干扰接收机的总干扰功率；
(4)根据步骤3中对IMT下行链路建模时所确定的基站到用户设备的发射功率
Figure BDA0003208775850000043
基站j∈Cell与用户k通信时对MES造成的干扰
Figure BDA0003208775850000044
计算方式为：
Figure BDA0003208775850000045
进一步地，步骤8所述随机选择部分UE作为对MES的干扰源，所选用户集合为UE＝{1，2，...，M}。
进一步地，步骤9所述计算所创建的IMT系统中单个UE对卫星MES的干扰，具体步骤如下：
(1)计算UE集合中的每个UE到MES的耦合损耗
Figure BDA0003208775850000051
包括路径损耗、穿透损耗、遮蔽衰落和天线增益；
(2)计算UEk发射的总功率与总干扰功率的比率ACIR2，总干扰功率是指由UEk和MES的缺陷产生的影响受干扰接收机的总干扰功率；
(3)UEk与基站通信时对MES造成的干扰计算方式为：
Figure BDA0003208775850000052
其中，
Figure BDA0003208775850000053
是步骤4中IMT上行链路建模时所确定的BSj服务第k个用户设备时的传输功率；
进一步地，步骤10所述计算IMT系统对GSO移动通信卫星系统MES的集总干扰，具体如下：
MES受到的IMT系统的下行链路和上行链路的集总干扰
Figure BDA0003208775850000054
进一步地，步骤10之后还包括采用蒙特-卡罗仿真的静态仿真模拟IMT系统对MES的干扰计算，具体如下：
(1)设定快照次数i＝I；
(2)在每次快照中，依据步骤3和步骤4，对IMT系统进行上行链路和下行链路建模；
(3)在每次快照中，依据步骤7和步骤9计算IMT系统上行链路和下行链路对MES的干扰；
(4)在每次快照中，依据步骤10计算IMT上行链路和下行链路对MES的集总干扰；
(5)统计每次快照中计算结果。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例
如图1所示，为本方法的总体运行框架，包括以下步骤：
步骤1、确定IMT系统的部署情形、工作频段和带宽，其中部署情形具体分类如表1中所示；
表1 无线接入网的部署情形
基站位置 无缝广域覆盖 小区域覆盖
农村 宏农村 不适用
郊区 宏郊区 微郊区
城市 宏城市 微城市
室内 不适用 室内
步骤2、根据IMT部署情形，确定IMT网络拓扑，对于不同的部署情形，其网络拓扑设置如下：
(1)对于宏蜂窝网络，设定宏蜂窝网络中每个小区为六边形，且每个基站站点有三个扇区；
(2)对于微蜂窝网络，参考曼哈顿模型设定拓扑，微蜂窝基站部署在曼哈顿网格中；
(3)对于室内蜂窝网络，根据频段和建筑物内部配置设定室内蜂窝小区的大小；
步骤3、将IMT下行链路作为干扰系统建模，其具体步骤如下：
(1)根据步骤2所确定的IMT系统网络拓扑，创建BS网格；
(2)在BS网格中随机创建BS节点，节点集合为Ω；
(3)在整个系统区域随机分配足够数量的用户设备，在切换余量HO内为每个小区分配相同数量的K个用户设备，其中K的值取决于部署情形、频率和带宽；
(4)计算每个用户设备到所有基站的路径耦合损耗，对于设备i的路径耦合损耗MCLi，j计算公式为：
Figure BDA0003208775850000061
其中FLi，j为用户i到基站j的传播损耗，Si，j为用户i到基站j的衰落，Gi是用户i的天线增益；
(6)将用户设备随机连接到路径耦合损耗为最小路径耦合损耗加切换余量范围的基站，即每个设备连接到基站
Figure BDA0003208775850000062
(7)随机选择部分基站与所连设备进行业务传输，其余的保持静默，对于所选择的工作基站，从基站到用户设备的发射功率
Figure BDA0003208775850000063
计算如下：假设
Figure BDA0003208775850000064
表示BS的最大发射功率，n是每个用户设备资源块的数量，M＝n×K是对每个基站而言所有可用资源块的数量，则
Figure BDA0003208775850000065
步骤4、将IMT上行链路作为干扰系统建模，其具体步骤如下：
(1)根据步骤2所确定的IMT系统网络拓扑，创建BS网格；
(2)在BS网格中随机创建BS节点，节点集合为Ω；
(3)在整个系统区域随机分配足够数量的用户设备，在切换余量HO内为每个小区分配相同数量的K个用户设备，其中K的值取决于部署情形、频率和带宽；
(4)计算每个用户设备到所有基站的路径耦合损耗，对于设备i的路径耦合损耗MCLi，j计算公式为：
Figure BDA0003208775850000071
其中FLi，j为用户i到基站j的传播损耗，Si，j为用户i到基站j的衰落，Gi是用户i的天线增益；
(5)将用户设备随机连接到路径耦合损耗在最小耦合损耗加切换余量范围内的基站，即每个设备连接到基站
Figure BDA0003208775850000072
(6)由上行链路功率控制决定每个用户设备的功率；
(7)假设一个基站完全加载，即将所有可用的资源块分配给有源用户设备；为每个用户设备安排相同数量的n个资源块；
(8)随机选择部分设备与所连基站进行业务传输，其余的保持静默；
步骤5、确定被干扰的卫星MES增益特性相关参数，典型的MES参数包括最大传输功率，最大天线增益，最大e.i.r.p.密度，接收系统噪温和G/T等；
步骤6、随机选择部分基站作为对MES的干扰源，所选基站集合为Cell＝{1，2，...，N}；
步骤7、计算IMT系统中单个基站对卫星MES的干扰，具体步骤如下：
(1)对于所选干扰基站集合Cell中的每个基站，确定服务用户，将基站j服务的用户k表示为BSj，k；
(2)计算基站集合Cell中的每个基站到MES的耦合损耗
Figure BDA0003208775850000073
包括路径损耗、穿透损耗、遮蔽衰落和天线增益；
(3)计算BSj发射的总功率与总干扰功率的比率ACIR1，总干扰功率是指由BSj和MES的缺陷产生的影响受干扰接收机的总干扰功率；
(4)根据步骤3中对IMT下行链路建模时所确定的基站到用户设备的发射功率
Figure BDA0003208775850000074
基站j∈Cell与用户k通信时对MES造成的干扰
Figure BDA0003208775850000075
计算方式为：
Figure BDA0003208775850000081
步骤8、随机选择部分UE作为对MES的干扰源，所选用户集合为UE＝{1，2，...，M}；
步骤9、计算所创建的IMT系统中单个UE对卫星MES的干扰，具体步骤如下：
(1)计算UE集合中的每个UE到MES的耦合损耗
Figure BDA0003208775850000082
包括路径损耗、穿透损耗、遮蔽衰落和天线增益；
(2)计算UEk发射的总功率与总干扰功率的比率ACIR2，总干扰功率是指由UEk和MES的缺陷产生的影响受干扰接收机的总干扰功率；
(3)UEk与基站通信时对MES造成的干扰计算方式为：
Figure BDA0003208775850000083
其中，
Figure BDA0003208775850000084
是步骤4中IMT上行链路建模时所确定的BSj服务第k个用户设备时的传输功率；
步骤10、MES受到的IMT系统的下行链路和上行链路的集总干扰为
Figure BDA0003208775850000085
步骤11、采用蒙特-卡罗仿真的静态仿真模拟IMT系统对MES的干扰计算，具体步骤如下：
(1)设定快照次数i＝I；
(2)在每次快照中，依据步骤3和步骤4，对IMT系统进行上行链路和下行链路建模；
(3)在每次快照中，依据步骤7和步骤9计算IMT系统上行链路和下行链路对MES的干扰；
(4)在每次快照中，依据步骤10计算IMT上行链路和下行链路对MES的集总干扰；
(5)统计每次快照中计算结果。
综上所述，本发明可以较为精确的对GSO移动通信卫星的MES受到的IMT系统的集总干扰进行计算；依据实际情况对IMT系统的上行和下行链路进行建模，干扰计算结果可信度高，计算程序完善。

Claims (4)

1.一种IMT系统对GSO移动通信卫星系统MES的集总干扰确定方法，其特征在于，IMT为国际移动通信系统，GSO为地球静止轨道，MES为移动地球站，BS为IMT系统中基站，UE为IMT系统中用户终端；所述IMT系统为S2.0GHz频段单个IMT系统，方法步骤如下：
步骤1、确定IMT系统的部署情形、工作频段和带宽；
步骤2、根据IMT部署情形，确定IMT系统网络拓扑；
步骤3、将IMT下行链路作为干扰系统建模，具体步骤如下：
(1)根据步骤2所确定的IMT系统网络拓扑，创建BS网格；
(2)在BS网格中随机创建BS节点，节点集合为Ω；
(3)在整个系统区域随机分配足够数量的用户设备，在切换余量HO内为每个小区分配相同数量的K个用户设备，其中K的值取决于部署情形、频率和带宽；
(4)计算每个用户设备到所有基站的路径耦合损耗，对于用户i的路径耦合损耗MCLi,j计算公式为：
Figure FDA0003930519140000011
其中FLi,j为用户i到基站j的传播损耗，Si,j为用户i到基站j的衰落，Gi是用户i的天线增益；
(6)将用户设备随机连接到路径耦合损耗为最小路径耦合损耗加切换余量范围的基站，即每个设备连接到基站
Figure FDA0003930519140000012
(7)随机选择部分基站与所连设备进行业务传输，其余的保持静默，对于所选择的工作基站，从基站到用户设备的发射功率
Figure FDA0003930519140000013
计算如下：假设
Figure FDA0003930519140000014
表示BS的最大发射功率，n是每个用户设备资源块的数量，M＝n×K是对每个基站而言所有可用资源块的数量，则
Figure FDA0003930519140000015
步骤4、将IMT上行链路作为干扰系统建模，具体步骤如下：
(1)根据步骤2所确定的IMT系统网络拓扑，创建BS网格；
(2)在BS网格中随机创建BS节点，节点集合为Ω；
(3)在整个系统区域随机分配足够数量的用户设备，在切换余量HO内为每个小区分配相同数量的K个用户设备，其中K的值取决于部署情形、频率和带宽；
(4)计算每个用户设备到所有基站的路径耦合损耗，对于用户i的路径耦合损耗MCLi,j计算公式为：
Figure FDA0003930519140000016
其中FLi,j为用户i到基站j的传播损耗，Si,j为用户i到基站j的衰落，Gi是用户i的天线增益；
(5)将用户设备随机连接到路径耦合损耗在最小耦合损耗加切换余量范围内的基站，即每个设备连接到基站
Figure FDA0003930519140000021
(6)由上行链路功率控制决定每个用户设备的功率；
(7)假设一个基站完全加载，即将所有可用的资源块分配给有源用户设备；为每个用户设备安排相同数量的n个资源块；
(8)随机选择部分设备与所连基站进行业务传输，其余的保持静默；
步骤5、确定被干扰的卫星MES增益特性相关参数，包括最大传输功率、最大天线增益、最大e.i.r.p.密度、接收系统噪温和G/T；
步骤6、随机选择部分基站作为对MES的干扰源；
步骤7、计算IMT系统中单个基站对卫星MES的干扰，具体步骤如下：
(1)对于所选干扰基站集合Cell中的每个基站，确定服务用户，将基站j服务的用户k表示为BSj,k；
(2)计算基站集合Cell中的每个基站到MES的耦合损耗
Figure FDA0003930519140000022
包括路径损耗、穿透损耗、遮蔽衰落和天线增益；
(3)计算BSj发射的总功率与总干扰功率的比率ACIR1，总干扰功率是指由BSj和MES的缺陷产生的影响受干扰接收机的总干扰功率；
(4)根据步骤3中对IMT下行链路建模时所确定的基站到用户设备的发射功率
Figure FDA0003930519140000023
基站j∈Cell与用户k通信时对MES造成的干扰
Figure FDA0003930519140000024
计算方式为：
Figure FDA0003930519140000025
步骤8、随机选择部分UE作为对MES的干扰源，所选用户集合为UE＝{1,2,...,M}；
步骤9、计算IMT系统中单个UE对卫星MES的干扰，具体步骤如下：
(1)计算UE集合中的每个UE到MES的耦合损耗
Figure FDA0003930519140000026
包括路径损耗、穿透损耗、遮蔽衰落和天线增益；
(2)计算用户k发射的总功率与总干扰功率的比率ACIR2，总干扰功率是指由UE k和MES的缺陷产生的影响受干扰接收机的总干扰功率；
(3)用户k与基站通信时对MES造成的干扰
Figure FDA0003930519140000031
计算方式为：
Figure FDA0003930519140000032
其中，
Figure FDA0003930519140000033
是步骤4中IMT上行链路建模时所确定的BSj服务第k个用户时的传输功率；
步骤10、计算IMT系统对GSO移动通信卫星系统MES的集总干扰，具体如下：
MES受到的IMT系统的下行链路和上行链路的集总干扰
Figure FDA0003930519140000034
2.根据权利要求1所述的IMT系统对GSO移动通信卫星系统MES的集总干扰确定方法，其特征在于，步骤1中所述确定IMT系统的部署情形、工作频段和带宽，其中部署情形具体分类如下：
基站位置为农村，无缝广域覆盖为宏农村，小区域覆盖为不适用；
基站位置为郊区，无缝广域覆盖为宏郊区，小区域覆盖为微郊区；
基站位置为城市，无缝广域覆盖为宏城市，小区域覆盖为微城市；
基站位置为室内，无缝广域覆盖为不适用，小区域覆盖为室内。
3.根据权利要求1所述的IMT系统对GSO移动通信卫星系统MES的集总干扰确定方法，其特征在于，步骤2所述根据IMT部署情形，确定IMT网络拓扑，其中对于不同的部署情形，网络拓扑设置如下：
(1)对于宏蜂窝网络，设定宏蜂窝网络中每个小区为六边形，且每个基站站点有三个扇区；
(2)对于微蜂窝网络，参考曼哈顿模型设定拓扑，微蜂窝基站部署在曼哈顿网格中；
(3)对于室内蜂窝网络，根据频段和建筑物内部配置设定室内蜂窝小区的大小。
4.根据权利要求1～3任一项所述的IMT系统对GSO移动通信卫星系统MES的集总干扰确定方法，其特征在于，步骤10之后还包括采用蒙特-卡罗仿真的静态仿真模拟IMT系统对MES的干扰计算，具体如下：
(1)设定快照次数i＝I；
(2)在每次快照中，依据步骤3和步骤4，对IMT系统进行上行链路和下行链路建模；
(3)在每次快照中，依据步骤7和步骤9计算IMT系统上行链路和下行链路对MES的干扰；
(4)在每次快照中，依据步骤10计算IMT上行链路和下行链路对MES的集总干扰；
(5)统计每次快照中计算结果。
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