CN113708821B - 卫星波束的发射方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种卫星波束的发射方法和装置，涉及通信技术领域。该方法包括：根据各用户的接入请求，确定卫星的每个波束的覆盖范围内相应用户的业务需求；根据每个波束的相应用户的业务需求和卫星的最大发射功率，对每个波束进行功率分配；根据功率分配结果，发射每个波束。

Description

卫星波束的发射方法和装置
技术领域
本公开涉及通信技术领域，特别涉及一种卫星波束的发射方法和卫星波束的发射装置。
背景技术
低轨宽带卫星通信系统，通常由小型通信卫星构成星座，为地面用户提供宽带通信服务。此类通信系统一般使用多颗卫星构成，每颗卫星提供多个对地覆盖波束，星座全体卫星对地波束覆盖进行拼接，实现全球通信覆盖。如OneWeb、StarLink等系统，采用数百颗至数万颗卫星实现全球卫星宽带通信。
在相关技术中，卫星通信系统采用均匀对地波束覆盖的方式为用户提供服务。
发明内容
本公开的发明人发现上述相关技术中存在如下问题：通信资源分配与实际情况不匹配，导致通信性能下降。
鉴于此，本公开提出了一种卫星波束的发射技术方案，能够提高通信性能。
根据本公开的一些实施例，提供了一种卫星波束的发射方法，包括：根据各用户的接入请求，确定卫星的每个波束的覆盖范围内相应用户的业务需求；根据每个波束的相应用户的业务需求和卫星的最大发射功率，对每个波束进行功率分配；根据功率分配结果，发射每个波束。
在一些实施例中，根据每个波束的相应用户的业务需求和卫星的最大发射功率，对每个波束进行功率分配包括：根据每个波束的相应用户的业务需求在各用户的业务需求之和的占比，确定每个波束的功率权重；根据功率权重和最大发射功率，确定每个波束的发射功率。
在一些实施例中，根据每个波束的相应用户的业务需求在各用户的业务需求之和的占比，确定每个波束的功率权重包括：根据每个波束的发射天线特性或路径损耗中的至少一项，确定每个波束的功率权重。
在一些实施例中，发射天线特性包括波束发射方向的相关信息。
在一些实施例中，功率权重与波束的离轴角的余弦负相关，与所有波束的离轴角的余弦之和正相关。
在一些实施例中，功率权重与路径损耗正相关。
在一些实施例中，根据功率分配结果，发射每个波束包括：根据功率分配结果，确定每个波束的发射功率；根据每个波束的发射功率和离轴角，确定每个波束的相位和幅度偏移值；根据每个波束的相位和幅度偏移值，发射每个波束。
根据本公开的另一些实施例，提供一种卫星波束的发射装置，包括：确定单元，用于根据各用户的接入请求，确定卫星的每个波束的覆盖范围内相应用户的业务需求；分配单元，用于根据每个波束的相应用户的业务需求和卫星的最大发射功率，对每个波束进行功率分配；发射单元，用于根据功率分配结果，发射每个波束。
在一些实施例中，分配单元根据每个波束的相应用户的业务需求在各用户的业务需求之和的占比，确定每个波束的功率权重，根据功率权重和最大发射功率，确定每个波束的发射功率。
在一些实施例中，分配单元根据每个波束的发射天线特性或路径损耗中的至少一项，确定每个波束的功率权重。
在一些实施例中，发射天线特性包括波束发射方向的相关信息。
在一些实施例中，功率权重与波束的离轴角的余弦负相关，与所有波束的离轴角的余弦之和正相关。
在一些实施例中，功率权重与路径损耗正相关。
在一些实施例中，发射单元根据功率分配结果，确定每个波束的发射功率，根据每个波束的发射功率和离轴角，确定每个波束的相位和幅度偏移值，根据每个波束的相位和幅度偏移值，发射每个波束。
根据本公开的又一些实施例，提供一种卫星波束的发射装置，包括：存储器；和耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器装置中的指令，执行上述任一个实施例中的卫星波束的发射方法。
根据本公开的再一些实施例，提供一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一个实施例中的卫星波束的发射方法。
在上述实施例中，基于用户的接入请求，确定各波束覆盖范围内的用户需求，并根据用户需求确定各波束的发射功率。这样，可以实现通信资源的动态分配，使得通信资源分配与实际情况相匹配，从而提高通信性能。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开：
图1示出本公开的卫星波束的发射方法的一些实施例的流程图；
图2示出本公开的卫星波束的发射方法的一些实施例的示意图；
图3示出本公开的卫星波束的发射装置的一些实施例的示意图；
图4示出本公开的卫星波束的发射装置的一些实施例的框图；
图5示出本公开的卫星波束的发射装置的另一些实施例的框图；
图6示出本公开的卫星波束的发射装置的一些实施例的框图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如前所述，由于地面用户通信需求分布不均匀，均匀对地波束覆盖会产生较大浪费。例如，在通信需求密集区域，通信功率利用率高、容量受限；在通信需求稀疏地区，通信功率利用率低、容量浪费。
有鉴于上述技术问题，本公开在不增加额外星上处理设备的前提下，提出利用星载相控阵多波束天线配合地面相关设备，进行功率动态分配。这样，可以实现对通信需求密集区域的功率增强，达到高效率利用功率的目的。
图1示出本公开的卫星波束的发射方法的一些实施例的流程图。
如图1所示，该方法包括：步骤110，确定业务需求；步骤120，对每个波束进行功率分配；和步骤130，发射波束。
在步骤110中，根据各用户的接入请求，确定卫星的每个波束的覆盖范围内相应用户的业务需求。例如，业务需求可以是带宽需求、活动(或激活)用户数量、区域平均总数据量(一周、一月等)等。活动用户数量可以是在语音等单用户通信速率需求相近的应用中的活动用户数量。
在一些实施例中，在用户终端通信过程中，可以在地面系统处理用户终端的网络接入请求时，利用地面业务控制模块对每个波束覆盖范围内用户的带宽需求Ri进行计算，并求出每个波束下用户带宽需求的总和
Figure BDA0002503597210000051
I为波束的数量，i为波束的序号。
在步骤120中，根据每个波束的相应用户的业务需求和卫星的最大发射功率，对每个波束进行功率分配。
在一些实施例中，根据每个波束的相应用户的业务需求在各用户的业务需求之和的占比，确定每个波束的功率权重。根据功率权重和最大发射功率，确定每个波束的发射功率。
在一些实施例中，根据每个波束的发射天线特性或路径损耗中的至少一项，确定每个波束的功率权重。例如，功率权重与所述路径损耗正相关。
例如，可以利用发射天线控制模块根据每个波束的覆盖范围内带宽需求的总和、卫星总功率Ptotal(如1800瓦特)、各波束的路径损耗为Li，对各波束进行功率分配。
在一些实施例中，天线特性包括波束发射方向的相关信息，卫星天线可以是面天线、螺旋天线等。例如，在卫星天线为面天线的情况下，功率权重与波束的离轴角的余弦负相关，与所有波束的离轴角的余弦之和正相关。
图2示出本公开的卫星波束的发射方法的一些实施例的示意图。
如图2所示，低轨宽带通信系统的轨道高度为1150千米，卫星相控阵发射天线采用16个波束实现对地覆盖。每个波束覆盖区域为南北60千米、东西1000千米。卫星上的低轨卫星用户接收天线与卫星相控阵发射天线覆盖相同。
卫星通过接收天线接收用户终端的上行信息，经过卫星内部转发至地面系统；地面接收系统将上行信息接入地面互联网；地面互联网的反馈信息，经地面系统发射至卫星；卫星相控阵发射天线将该反馈信息发射给用户终端。
例如，图中面天线发射的波束1和波束2的离轴角θ1的θ2分别为，波束1、波束2的发射方向与卫星和星下点连线之间的夹角。
在一些实施例中，卫星的相控阵发射天线为一平板状相控阵天线。在计算功率权重值的时候，还需要考虑波束i离开星下点的角度(离轴角)θi的余弦值。例如，波束i的功率的计算公式如下：
Figure BDA0002503597210000061
在确定了各波束的发射功率之后，可以通过图1中的步骤130发射波束。
在步骤130中，根据功率分配结果，发射每个波束。
在一些实施例中，根据功率分配结果，确定每个波束的发射功率。根据每个波束的发射功率和离轴角，确定每个波束的相位和幅度偏移值。根据每个波束的相位和幅度偏移值，发射每个波束。
例如，可以利用发射天线控制模块，根据各波束的离轴角、分配结果中的发射功率和相控阵天线的基本原理，计算卫星发射天线各发射单元的相位和幅度偏移值。通过卫星测控链路将相位和幅度偏移值上注至卫星。卫星相控阵发射天线根据上注的信息，调整各发射单元的相位和幅度值，实现各波束功率分配。
图3示出本公开的卫星波束的发射装置的一些实施例的示意图。
如图3所示，发射装置可以包括卫星发射天线、发射天线控制模块、卫星接收装置、地面业务控制模块。例如，卫星发射天线可以是相控阵发射天线。
在一些实施例中，地面业务控制模块和发射天线控制模块可以设置在地面(接收/发射)系统中。
卫星发射天线根据发射天线控制模块输入的控制信号(功率分配结果)，计算并调节内部发射器件信号相位与幅度；发射相应的波束，在地面形成多个覆盖波束。每个覆盖波束功率由内部发射器件信号相位与幅度唯一确定。
发射天线控制模块根据地面业务控制模块统计的每个卫星发射天线的波束覆盖范围内用户的通信需求，计算每个覆盖波束的功率权重。
根据空间传输距离(自由空间传播的路径损耗)、卫星最大发射功率(总功率)和卫星发射天线特性，确定卫星相控阵发射天线各个覆盖波束功率分配情况。
卫星接收装置可以接收每个卫星发射天线形成的覆盖波束内用户终端发射的信号，并将其转发至地面接收系统。
地面业务控制模块可以设置在地面接收系统中，可以统计每个卫星发射天线形成的覆盖波束内的用户通信需求情况。
在上述实施例中，发射天线控制模块综合考虑卫星覆盖波束内的用户需求、卫星总功率、路径损耗、天线特性等卫星通信系统相关参数，动态分配功率。
这样，可以根据实际情况调节功率输出，使得卫星对地面覆盖波束功率集中于用户通信需求高的区域。从而，更高效地使用功率，提供更好的用户体验。而且，本公开的技术方案不需要额外的星上处理设备即可实现功率的动态分配，降低了卫星重量和制造成本。
图4示出本公开的卫星波束的发射装置的一些实施例的框图。
如图4所示，卫星波束的发射装置4包括确定单元41、分配单元42和发射单元43。
确定单元41根据各用户的接入请求，确定卫星的每个波束的覆盖范围内相应用户的业务需求。
分配单元42根据每个波束的相应用户的业务需求和卫星的最大发射功率，对每个波束进行功率分配。
在一些实施例中，分配单元42根据每个波束的相应用户的业务需求在各用户的业务需求之和的占比，确定每个波束的功率权重。分配单元42根据功率权重和最大发射功率，确定每个波束的发射功率。
在一些实施例中，分配单元42根据每个波束的发射天线特性或路径损耗中的至少一项，确定每个波束的功率权重。
在一些实施例中，发射天线特性包括波束发射方向的相关信息。
在一些实施例中，功率权重与波束的离轴角的余弦负相关，与所有波束的离轴角的余弦之和正相关。
在一些实施例中，功率权重与路径损耗正相关。
发射单元43根据功率分配结果，发射每个波束。
在一些实施例中，发射单元43根据功率分配结果，确定每个波束的发射功率；根据每个波束的发射功率和离轴角，确定每个波束的相位和幅度偏移值；根据每个波束的相位和幅度偏移值，发射每个波束。
图5示出本公开的卫星波束的发射装置的另一些实施例的框图。
如图5所示，该实施例的卫星波束的发射装置5包括：存储器51以及耦接至该存储器51的处理器52，处理器52被配置为基于存储在存储器51中的指令，执行本公开中任意一个实施例中的卫星波束的发射方法。
其中，存储器51例如可以包括系统存储器、固定非易失性存储介质等。系统存储器例如存储有操作系统、应用程序、引导装载程序BootLoader、数据库以及其他程序等。
图6示出本公开的卫星波束的发射装置的一些实施例的框图。
如图6所示，该实施例的卫星波束的发射装置6包括：存储器610以及耦接至该存储器610的处理器620，处理器620被配置为基于存储在存储器610中的指令，执行前述任意一个实施例中的卫星波束的发射方法。
存储器610例如可以包括系统存储器、固定非易失性存储介质等。系统存储器例如存储有操作系统、应用程序、引导装载程序BootLoader以及其他程序等。
卫星波束的发射装置6还可以包括输入输出接口630、网络接口640、存储接口650等。这些接口630、640、650以及存储器610和处理器620之间例如可以通过总线660连接。其中，输入输出接口630为显示器、鼠标、键盘、触摸屏、麦克、音箱等输入输出设备提供连接接口。网络接口640为各种联网设备提供连接接口。存储接口650为SD卡、U盘等外置存储设备提供连接接口。
本领域内的技术人员应当明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等上实施的计算机程序产品的形式。
至此，已经详细描述了根据本公开的卫星波束的发射方法和卫星波束的发射装置、非易失性计算机可读存储介质。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
可能以许多方式来实现本公开的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (14)

1.一种卫星波束的发射方法，包括：
根据各用户的接入请求，确定卫星的每个波束的覆盖范围内相应用户的业务需求；
根据所述每个波束的相应用户的业务需求和所述卫星的最大发射功率，对所述每个波束进行功率分配；
根据功率分配结果，发射所述每个波束；
其中，所述根据所述每个波束的相应用户的业务需求和所述卫星的最大发射功率，对所述每个波束进行功率分配包括：
根据所述每个波束的相应用户的业务需求在所述各用户的业务需求之和的占比，确定所述每个波束的功率权重；
根据所述功率权重和所述最大发射功率的乘积，确定所述每个波束的发射功率。
2.根据权利要求1所述的发射方法，其中，所述根据所述每个波束的相应用户的业务需求在所述各用户的业务需求之和的占比，确定所述每个波束的功率权重包括：
根据所述每个波束的发射天线特性或路径损耗中的至少一项，确定所述每个波束的功率权重。
3.根据权利要求2所述的发射方法，其中，
所述发射天线特性包括波束发射方向的相关信息。
4.根据权利要求3所述的发射方法，其中，
所述功率权重与波束的离轴角的余弦负相关，与所有波束的离轴角的余弦之和正相关。
5.根据权利要求2所述的发射方法，其中，
所述功率权重与所述路径损耗正相关。
6.根据权利要求1-5任一项所述的发射方法，其中，所述根据功率分配结果，发射所述每个波束包括：
根据所述功率分配结果，确定所述每个波束的发射功率；
根据所述每个波束的发射功率和离轴角，确定所述每个波束的相位和幅度偏移值；
根据所述每个波束的相位和幅度偏移值，发射所述每个波束。
7.一种卫星波束的发射装置，包括：
确定单元，用于根据各用户的接入请求，确定卫星的每个波束的覆盖范围内相应用户的业务需求；
分配单元，用于根据所述每个波束的相应用户的业务需求和所述卫星的最大发射功率，对所述每个波束进行功率分配；
发射单元，用于根据功率分配结果，发射所述每个波束；
所述分配单元根据所述每个波束的相应用户的业务需求在所述各用户的业务需求之和的占比，确定所述每个波束的功率权重，根据所述功率权重和所述最大发射功率的乘积，确定所述每个波束的发射功率。
8.根据权利要求7所述的发射装置，其中，
所述分配单元根据所述每个波束的发射天线特性或路径损耗中的至少一项，确定所述每个波束的功率权重。
9.根据权利要求8所述的发射装置，其中，
所述发射天线特性包括波束发射方向的相关信息。
10.根据权利要求9所述的发射装置，其中，
所述功率权重与波束的离轴角的余弦负相关，与所有波束的离轴角的余弦之和正相关。
11.根据权利要求8所述的发射装置，其中，
所述功率权重与所述路径损耗正相关。
12.根据权利要求7-11任一项所述的发射装置，其中，
所述发射单元根据所述功率分配结果，确定所述每个波束的发射功率，根据所述每个波束的发射功率和离轴角，确定所述每个波束的相位和幅度偏移值，根据所述每个波束的相位和幅度偏移值，发射所述每个波束。
13.一种卫星波束的发射装置，包括：
存储器；和
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行权利要求1-6任一项所述的卫星波束的发射方法。
14.一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述的卫星波束的发射方法。
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