CN113660025A - 一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法 - Google Patents

Abstract

一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法，主要包括输入每个波束的带宽需求，波束优先级分配、输入波束隔离度、给每个波束分配波束编号、计算每个波束的中心频点、根据波束中心频点分配频率、按照波束优先级分配相邻波束的频率重叠区域、输出频率分配方案。本发明基于灵活变频技术和灵活滤波技术提供一种基于中心频点固定的高通量卫星频率调整方法，避免波束同频干扰，提升系统频率资源利用率。

Description

一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法

技术领域

本发明属于高通量卫星的频率灵活调控技术领域，特别是一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法。

背景技术

卫星的频率资源是星上最宝贵的资源，随着星上灵活载荷的发展，未来面向业务分布不均灵活调整波束的频率资源是很有必要的。但频率改变会带来系统C/I恶化的问题，如果频率规划的不好，会使卫星的总容量变差。

在对卫星频率资源进行分配时，传统的方法存在三种重要的缺陷。

(1)考虑波束的频率资源分配时，没有考虑波束的频率跳变对原有业务的中断，影响用户使用；

(2)考虑用户的子载波分配时，相邻波束使用同一载波会降低系统C/I，并且在分配子载波时没有考虑同一波束的频率的连续性；

(3)在波束的频率分配方法中，面对上百个波束的复杂系统，尚没有一个有效的方法解决频率分配问题，现有方法存在占用时间长、效率低的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法，提高了卫星的资源利用率。

本发明的技术解决方案是：

一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法，包括以下步骤：

1)获得m个波束组合，每个波束组合中均包括n个波束；n为正整数；m为正整数；获得上级输入的每个波束的带宽需求Bi和优先级；获得卫星转发器系统频率范围[Bmin，Bmax]，系统带宽Btotal＝Bmax-Bmin；

2)获得波束隔离度k，根据波束隔离度k确定卫星转发器系统的中心频点数L，L≥n；

3)从m*n个波束中任意提取一个波束记为波束A，定义波束A的波束编号为任意整数q，q∈[1，L]；

4)按拓扑结构，由波束A上方波束为起始位置，按逆时针顺序依次对波束A外围一圈的波束进行编号处理，编号波束1至波束6作为波束BCDEFG的拓扑编号；根据波束A的波束编号q，确定波束1至波束6的波束编号；

5)依次选取每个波束，重复步骤4)，直至获得所有波束的波束编号；

6)把系统频率范围[Bmin，Bmax]平均分成L个频率区间，将L个频率区间按照频率从小到大依次编号，获得每个频率区间的中心频率；

7)根据系统频率范围[Bmin，Bmax]、系统带宽Btotal和波束编号i，i∈[1,2,3，…，L]，确定波束i的中心频点fi；从而根据波束i的带宽需求Bi，获得波束i的频率范围；

8)根据步骤7)获得每个波束的频率范围，分别查找每个波束组合中的调整对象；

9)根据上级输入的波束优先级，改变调整对象的频率范围；

10)根据步骤9)获得的每个波束的频率范围，查找来自不同波束组合的波束，获得筛选对象；

11)对于每一组筛选对象，根据筛选对象中两波束与拓扑位置相邻波束的频率范围，判断是否能通过改变筛选对象中波束的中心频点消除或减少频率重合区域，若是则改变筛选对象中波束的中心频点并从筛选对象中移出，然后进入步骤12)；反之，则直接入步骤12)；

12)根据步骤11)中获得的筛选对象，依次选取每组筛选对象，根据上级输入的波束优先级，对筛选对象中的频率重叠区域进行处理，完成波束的频率分配工作，并将每个波束对应的频率范围作为最终结果发送给卫星转发器系统。

可选地，所述Btotal取值范围为1GHz～2.5GHz。

可选地，步骤2)所述中心频点数L＝3*k+3。

可选地，步骤2)所述k的取值范围是

可选地，步骤4)所述波束1至波束6的波束编号的方法，具体如下：

波束1的波束编号

波束2的波束编号

波束3的波束编号

波束4的波束编号

波束5的波束编号

波束6的波束编号

可选地，步骤7)所述确定波束i的中心频点fi的方法，具体为：

f_i＝B_min+(B_total/L)*i。

可选地，步骤7)所述波束i的频率范围具体为[fi-Bi/2，fi+Bi/2]。

可选地，步骤8)所述查找每个波束组合中的调整对象的方法，具体为：对于属于同一个波束组合中两个波束，将频率范围存在重叠区域的两个波束作为调整对象。

可选地，步骤8)所述改变调整对象的频率范围的方法，具体为：对于调整对象中优先级不同的两个波束，将频率重叠区域分配给优先级较高的波束；对于调整对象中优先级相同的两个波束，将频率重叠区域平均拆分给两个波束。

可选地，步骤10)所述获得筛选对象的方法，具体为：

对于来自两个不同波束组合的波束，将拓扑关系位置相邻，且频率范围存在重叠区域的两个波束作为筛选对象。

可选地，步骤11)所述判断是否能通过改变筛选对象中波束的中心频点消除或减少频率重合区域的方法，具体为：

分别判断筛选对象中的任意一个波束，该波束所在波束组合中，是否存在同时满足下列两个条件的波束，若下列两个条件均满足，则判定能够通过改变筛选对象中波束的中心频点消除或减少频率重合区域；反之，则判定不能够通过改变筛选对象中波束的中心频点消除或减少频率重合区域；

条件一，和筛选对象属于同一波束组合，与筛选对象中的波束在拓扑结构上相邻；

条件二，频率范围与筛选对象的频率范围之间存在不连续的频率区域。

可选地，步骤12)所述根据上级输入的波束优先级，对筛选对象中的频率重叠区域进行处理的方法，具体为：

对于筛选对象中优先级不同的两个波束，将频率重叠区域分配给优先级较高的波束，并把这两个波束移出筛选对象；

对于筛选对象中优先级相同的两个波束，将频率重叠区域分别分配给位于波束远端的用户，并把这两个波束移出筛选对象。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明提出了一种波束编码方法，通过设置波束隔离度k使相邻波束的中心频点相隔至少k个频点，降低相邻波束的同频干扰，提升系统载干比；

2)本发明通过使用中心频点固定的方法，按照波束编号和波束带宽需求分配波束中心频点，实现频率计划的重新分配，降低了算法复杂度，具有较好的工程使用价值。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明拓扑编号示意图。

具体实施方式

本发明包括输入每个波束的带宽需求，波束优先级分配、输入波束隔离度、给每个波束分配波束编号、计算每个波束的中心频点、根据波束中心频点分配频率、按照波束优先级分配相邻波束的频率重叠区域、输出频率分配方案。如图1所示，主要包括以下步骤：

1)获得m个波束组合，每个波束组合中均包括n个波束；n为正整数，n的取值范围为4～8；m为正整数，且m大于或等于10；根据上级输入获得每个波束的带宽需求Bi和优先级；获得卫星转发器系统频率范围[Bmin，Bmax]，系统带宽Btotal＝Bmax-Bmin；Btotal取值范围为1GHz～2.5GHz；Bmin，Bmax在Ka频段甚至更高。

2)获得波束隔离度k，确定卫星转发器系统的中心频点数L＝3*k+3；L≥n；k的取值范围是

k是正整数，向上取整。

3)从m*n个波束中任意提取一个波束记为波束A，定义波束A的波束编号为任意整数q，q∈[1,L]；

4)按如图2所示的拓扑结构，由波束A上方波束为起始位置，按逆时针顺序依次对波束A外围一圈的波束进行编号处理，编号波束1至波束6作为波束的拓扑编号；根据波束A的波束编号q，确定波束1至波束6的波束编号；方法如下：

波束1的波束编号

波束2的波束编号

波束3的波束编号

波束4的波束编号

波束5的波束编号

波束6的波束编号

5)依次选取每个波束，重复步骤4)，获得所有波束的波束编号；

6)把系统频率范围[Bmin，Bmax]平均分成L个频率区间，将L个频率区间按照频率从小到大依次编号，获得每个频率区间对应的中心频率；

7)根据每个波束的波束编号，获得每个波束的中心频率；查找与波束编号相同的频率编号对应的中心频率，作为波束的中心频率；根据系统频率范围[Bmin，Bmax]、系统带宽Btotal、波束编号i(i＝1,2,3，…，L)，根据公式f_i＝B_min+(B_total/L)*i确定波束i的中心频点fi；根据所有波束的带宽需求Bi，获得波束i的频率范围是[fi-Bi/2,fi+Bi/2]；

8)根据步骤7)获得的每个波束的频率范围，分别查找每个波束组合中的调整对象；

对于属于同一个波束组合中两个波束，将频率范围存在重叠区域的两个波束作为调整对象；

9)根据上级输入的波束优先级，改变调整对象的频率范围；具体为：对于调整对象中优先级不同的两个波束，将频率重叠区域分配给优先级较高的波束；对于调整对象中优先级相同的两个波束，将频率重叠区域平均拆分给两个波束；

10)根据步骤9)获得的每个波束的频率范围，查找不同波束组合中的波束，获得筛选对象；

对于来自两个不同波束组合的波束，将拓扑关系位置相邻，且频率范围存在重叠区域的两个波束作为筛选对象；

11)对于每一个筛选对象，根据筛选对象中两波束与拓扑位置相邻波束的频率范围，判断是否能通过改变筛选对象中波束的中心频点消除或减少频率重合区域，若是则改变筛选对象中波束的中心频点并从筛选对象中移出，然后进入步骤12)；反之，则至直接入步骤12)；步骤11)所述判断是否能通过改变筛选对象中波束的中心频点消除或减少频率重合区域的方法，具体为：

分别判断筛选对象中的任意一个波束，该波束所在波束组合中，是否存在同时满足下列两个条件的波束，若下列两个条件均满足，则判定能够通过改变筛选对象中波束的中心频点消除或减少频率重合区域；反之，则判定不能够通过改变筛选对象中波束的中心频点消除或减少频率重合区域；

条件一，和筛选对象属于同一波束组合，与筛选对象中的波束在拓扑结构上相邻；

条件二，频率范围与筛选对象的频率范围之间存在不连续的频率区域。

12)根据步骤11)中获得的筛选对象，依次选取每组筛选对象，根据上级输入的波束优先级，对筛选对象中的频率重叠区域进行处理，完成波束的频率分配工作，并将每个波束对应的频率范围作为最终结果发送给卫星转发器系统；

步骤12)所述根据上级输入的波束优先级，对筛选对象中的频率重叠区域进行处理的方法，具体为：

对于筛选对象中优先级不同的两个波束，将频率重叠区域分配给优先级较高的波束，并把这两个波束移出筛选对象；

对于筛选对象中优先级相同的两个波束，将频率重叠区域分别分配给位于波束远端的用户，并把这两个波束移出筛选对象。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (12)

1.一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获得m个波束组合，每个波束组合中均包括n个波束；n为正整数；m为正整数；获得上级输入的每个波束的带宽需求Bi和优先级；获得卫星转发器系统频率范围[Bmin，Bmax]，系统带宽Btotal＝Bmax-Bmin；

2)获得波束隔离度k，根据波束隔离度k确定卫星转发器系统的中心频点数L，L≥n；

3)从m*n个波束中任意提取一个波束记为波束A，定义波束A的波束编号为任意整数q，q∈[1，L]；

4)按拓扑结构，由波束A上方波束为起始位置，按逆时针顺序依次对波束A外围一圈的波束进行编号处理，编号波束1至波束6作为波束BCDEFG的拓扑编号；根据波束A的波束编号q，确定波束1至波束6的波束编号；

5)依次选取每个波束，重复步骤4)，直至获得所有波束的波束编号；

6)把系统频率范围[Bmin，Bmax]平均分成L个频率区间，将L个频率区间按照频率从小到大依次编号，获得每个频率区间的中心频率；

7)根据系统频率范围[Bmin，Bmax]、系统带宽Btotal和波束编号i，i∈[1,2,3，…，L]，确定波束i的中心频点fi；从而根据波束i的带宽需求Bi，获得波束i的频率范围；

8)根据步骤7)获得每个波束的频率范围，分别查找每个波束组合中的调整对象；

9)根据上级输入的波束优先级，改变调整对象的频率范围；

10)根据步骤9)获得的每个波束的频率范围，查找来自不同波束组合的波束，获得筛选对象；

11)对于每一组筛选对象，根据筛选对象中两波束与拓扑位置相邻波束的频率范围，判断是否能通过改变筛选对象中波束的中心频点消除或减少频率重合区域，若是则改变筛选对象中波束的中心频点并从筛选对象中移出，然后进入步骤12)；反之，则直接入步骤12)；

12)根据步骤11)中获得的筛选对象，依次选取每组筛选对象，根据上级输入的波束优先级，对筛选对象中的频率重叠区域进行处理，完成波束的频率分配工作，并将每个波束对应的频率范围作为最终结果发送给卫星转发器系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法，其特征在于：所述Btotal取值范围为1GHz～2.5GHz。

3.根据权利要求1所述的一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法，其特征在于：步骤2)所述中心频点数L＝3*k+3。

4.根据权利要求1所述的一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法，其特征在于：步骤2)所述k的取值范围是

5.根据权利要求1所述的一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法，其特征在于：步骤4)所述波束1至波束6的波束编号的方法，具体如下：

波束1的波束编号

波束2的波束编号

波束3的波束编号

波束4的波束编号

波束5的波束编号

波束6的波束编号

6.根据权利要求1～5任意一项所述的一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法，其特征在于：步骤7)所述确定波束i的中心频点fi的方法，具体为：

f_i＝B_min+(B_total/L)*i。

7.根据权利要求6所述的一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法，其特征在于：步骤7)所述波束i的频率范围具体为[fi-Bi/2，fi+Bi/2]。

8.根据权利要求7所述的一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法，其特征在于：步骤8)所述查找每个波束组合中的调整对象的方法，具体为：对于属于同一个波束组合中两个波束，将频率范围存在重叠区域的两个波束作为调整对象。

9.根据权利要求8所述的一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法，其特征在于：步骤8)所述改变调整对象的频率范围的方法，具体为：对于调整对象中优先级不同的两个波束，将频率重叠区域分配给优先级较高的波束；对于调整对象中优先级相同的两个波束，将频率重叠区域平均拆分给两个波束。

10.根据权利要求9所述的一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法，其特征在于：步骤10)所述获得筛选对象的方法，具体为：

对于来自两个不同波束组合的波束，将拓扑关系位置相邻，且频率范围存在重叠区域的两个波束作为筛选对象。

11.根据权利要求10所述的一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法，其特征在于：步骤11)所述判断是否能通过改变筛选对象中波束的中心频点消除或减少频率重合区域的方法，具体为：

分别判断筛选对象中的任意一个波束，该波束所在波束组合中，是否存在同时满足下列两个条件的波束，若下列两个条件均满足，则判定能够通过改变筛选对象中波束的中心频点消除或减少频率重合区域；反之，则判定不能够通过改变筛选对象中波束的中心频点消除或减少频率重合区域；

条件一，和筛选对象属于同一波束组合，与筛选对象中的波束在拓扑结构上相邻；

条件二，频率范围与筛选对象的频率范围之间存在不连续的频率区域。

12.根据权利要求11所述的一种基于中心频点固定的高通量卫星波束频率调整方法，其特征在于：步骤12)所述根据上级输入的波束优先级，对筛选对象中的频率重叠区域进行处理的方法，具体为：

对于筛选对象中优先级不同的两个波束，将频率重叠区域分配给优先级较高的波束，并把这两个波束移出筛选对象；

对于筛选对象中优先级相同的两个波束，将频率重叠区域分别分配给位于波束远端的用户，并把这两个波束移出筛选对象。

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