CN114039646A - 一种支持干扰规避的ngso卫星系统信令波束设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种支持干扰规避的NGSO卫星系统信令波束设计方法，属于波束设计领域。本发明从解决NGSO卫星系统对GSO卫星系统的干扰问题的角度出发，提出有针对性的NGSO卫星天线波束设计方法，有利于在国际电联GSO卫星系统用频优先的规定下解决NGSO卫星系统对GSO卫星系统的潜在干扰问题、以及NGSO卫星系统与GSO卫星系统之间用频矛盾凸显的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种支持干扰规避的NGSO卫星系统信令波束设计方法，属于波束设计技术领域。
背景技术
卫星系统信令波束的主要设计目的，一是发射信标信号，为地面终端精确对星跟踪提供必要的辅助支持；二是针对用户波束区域外覆盖用户，提供不间断全覆盖的信令链路；因此信令波束具有全时段、广域覆盖通信的特点。
目前由于NGSO(非地球同步轨道)卫星互联网星座的繁荣发展，已经发射以及在研的NGSO卫星数量比较庞大，并且目前已经在轨的GSO(地球同步轨道)卫星基本覆盖所有赤道上空的静止轨道轨位。好用可用的同频频段有限，因此NGSO卫星系统和GSO卫星系统同频共用的现象比较普遍，而国际电联关于NGSO和GSO卫星系统同频共用的规定是在大多数频段内NGSO卫星系统需要规避对GSO卫星系统的干扰，因此NGSO卫星系统信令波束需规避对GSO卫星系统的影响。
现有的关于卫星系统的波束设计方法中，主要以更全面覆盖地面目标用户、获得更大的载干比等为目标来对卫星波束进行设计；同时，也没有专门针对信令波束的特点进行可支撑对GSO卫星系统干扰规避的NGSO卫星系统信令波束的设计方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种支持干扰规避的NGSO卫星系统信令波束设计方法，旨在解决NGSO卫星系统对GSO卫星系统可能产生的同频上下行干扰的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种支持干扰规避的NGSO卫星系统信令波束设计方法，包括如下步骤：
(1)对于NGSO卫星系统中的每一颗卫星，根据卫星或者地面站天线设置的波束角范围、卫星轨道高度，按照相同偏离角范围的原则将天线波束在空间或者地面的覆盖范围划分为多个条形波位；
(2)根据NGSO卫星系统空间段或者地面段的天线发射功率、发射天线方向图来确定划分的每个条形波位内的发射技术参数范围，同时为每个波位分配发射或接收频率范围；
(3)NGSO卫星系统空间段或者地面段天线按照单波束捷变、多波位覆盖的方式，通过时分接入的方式在每秒内对所有波位完成轮询以及信令的传输工作；
(4)通过仿真确定NGSO卫星链路可能会对GSO系统造成不可接受的上行或者下行干扰的区域范围，并确定位于哪一个或者哪几个波位区域；
(5)根据多个周期仿真的结果判断造成干扰的最大区域是否远超过或远小于所设置波位的区域范围，若是，则调整波位区域，使其大于干扰区域范围，然后重新从第(2)步开始执行；若不是，则进入第(6)步；
(6)持续进行NGSO卫星系统对GSO卫星系统的干扰仿真，根据多个周期仿真的结果制定每一周期运行中NGSO系统可能对GSO卫星系统造成干扰的波位区域。
进一步的，第(1)步的具体方式为：
(1-1)根据卫星或者地面站发射天线的波束角范围和卫星轨道高度确定发射天线在空间或者地面的覆盖范围；
(1-2)根据发射天线的波束角范围，按照将波束角均分的原则划分波位，并初步确定波位数量；
(1-3)对波位进行编号，将发射天线波束中心的波位设置为波位1，左右两边的波束由于对称，将波位编号依次设计为波位2、波位2’，波位3、波位3’，……波位N、波位N’，共计(2*N-1)个波位。
进一步的，第(2)步中每个条形波位的发射技术参数包括发射功率、发射增益、链路距离。
进一步的，第(4)步的具体方式为：
(4-1)参照国际电联相关建议书中的频率协调门限值I/N、C/I来作为仿真的干扰门限值；
(4-2)对NGSO卫星上行或者下行通信链路场景进行建模仿真，仿真计算得出NGSO卫星系统到达GSO卫星或其地面站的集总干扰，进而根据GSO卫星或其地面站接收端的I/N或者C/I值判断各采样时刻NGSO卫星系统是否对GSO卫星系统造成了不可接受的干扰；
(4-3)对于仿真结果显示的对GSO卫星系统产生不可接收干扰的区域进行标记，并统计不同采样时刻得出的干扰区域分别在发射波束的哪一个或者哪几个波位区域。
进一步的，第(4-2)步中，仿真结果是NGSO卫星系统对GSO卫星系统的集总干扰情况；仿真时并不是选择所有NGSO卫星或其地面站进行集总，而是选择每一采样时刻实际工作的NGSO卫星链路的干扰情况进行集总；每一采样时刻实际工作的NGSO卫星或其地面站可见的GSO卫星或其地面站范围以NGSO卫星系统发射天线旁瓣所能覆盖的GSO卫星或其地面站为准。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1、本发明基于规避NGSO卫星系统对GSO卫星系统的上下行干扰的角度进行卫星信令波束的设计，根据NGSO对GSO卫星系统可能产生的干扰区域将NGSO卫星系统发射天线波束可扫描到的覆盖区进行了若干个条形波位的设计，该设计方法是现有技术中所没有涉及到的，该设计方法对于解决NGSO卫星系统信令传输时对GSO卫星系统的上下行干扰问题具有一定的借鉴作用。
2、本发明提供了一个全新的NGSO卫星系统天线覆盖区内的波束设计方法，适用于NGSO卫星系统上下行信令波束，主要用于解决在国际电联GSO卫星系统用频优先的规定下NGSO卫星系统对GSO卫星系统的潜在干扰问题、以及NGSO卫星系统与GSO卫星系统间用频矛盾凸显的问题。
3、本发明以支持NGSO卫星系统规避对GSO卫星系统的上下行干扰为切入点进行NGSO卫星系统的信令波束设计，可用于解决卫星系统间频段交叠、互相干扰频现、用频矛盾凸显的问题。
附图说明
图1是本发明实施例方法的流程图；
图2是本发明实施例中波束扫描区内波位设计示意图；
图3是本发明实施例中干扰仿真场景图；
图4是本发明实施例中列举的某一低轨星在星下点位置干扰区域图；
图5是本发明实施例中列举的某一低轨星在向北运行过程中可能产生干扰的区域1；
图6是本发明实施例中列举的某一低轨星在向北运行过程中可能产生干扰的区域2；
图7是本发明实施例中列举的某一低轨星在向北运行过程中可能产生干扰的区域3；
图8是本发明实施例中形成的干扰区域时刻表示例图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
一种支持干扰规避的NGSO卫星系统信令波束设计方法，该方法针对NGSO卫星系统中的上下行波束，可以适用于某一颗NGSO卫星，也可以适用于由不同轨道面的多颗卫星组成的某一个NGSO卫星星座，主要包括如下步骤：
(1)对于NGSO卫星系统中的每一颗卫星，根据卫星或者地面站天线设置的波束角范围、卫星轨道高度，初步按照相同偏离角范围的原则将天线波束在空间或者地面的覆盖范围划分为多个条形波位；
(2)根据NGSO卫星系统空间段或者地面段的天线发射功率、发射天线方向图来确定划分的每个条形波位内的发射技术参数范围，同时为每个波位分配发射或接收频率范围；
(3)NGSO卫星系统空间段或者地面段天线按照单波束捷变、多波位覆盖的方式，通过时分接入的方式在每秒内对所有波位完成轮询以及信令的传输工作；
(4)通过仿真确定NGSO卫星链路可能会对GSO系统造成不可接受的上行或者下行干扰的区域范围，并确定位于哪一个或者哪几个波位区域；
(5)根据若干周期仿真的结果判断造成干扰的最大区域是否远超过或远小于所设置波位的区域范围，若是，则调整波位区域，使其略大于干扰区域范围即可，然后重新从步骤(2)开始执行；若不是，则进入步骤(6)；
(6)持续进行NGSO卫星系统对GSO卫星系统的干扰仿真，根据若干周期仿真的结果制定每一周期运行中NGSO系统可能对GSO卫星系统造成干扰的波位区域，以支持在该波位区域内合理制定干扰规避策略。
步骤(1)的波位数量确定过程主要包括以下步骤：
(1.1)根据卫星或者地面站发射天线的波束角范围和卫星轨道高度确定发射天线在空间或者地面的覆盖范围；
(1.2)根据发射天线的波束角范围，按照将将波束角均分的原则划分波位，由于信令波束覆盖范围比较广，波束角一般设置比较宽，因此可以按照间隔5°的原则初步确定波位数量；
(1.3)对波位进行编号，将发射天线波束中心的波位设置为波位1，左右两边的波束由于对称，将波位编号依次设计为波位2、波位2’，波位3、波位3’，……波位N、波位N’，共计(2*N-1)个波位。
所设计的条形波位对于含有多个卫星的NGSO卫星系统具有地理变化特性，即根据NGSO卫星的覆盖区域变化而动态变化。
步骤(2)中每个条形波位的发射技术参数主要包括发射功率、发射增益、链路距离，然后结合着为每个波位分配的频率参数一起用于判断NGSO卫星系统是否对GSO系统可能造成了不可接受的上下行干扰。
步骤(4)中确定可能对GSO系统造成干扰的波位区域的过程主要包括以下步骤：
(4.1)参照国际电联相关建议书中的频率协调门限值来作为仿真的干扰门限值；可以以干扰噪声功率谱密度比(I/N)或者以载波干扰功率谱密度比(C/I)作为判断指标。
(4.2)对NGSO卫星上行或者下行通信链路场景进行建模仿真，仿真计算得出NGSO卫星系统到达GSO卫星或其地面站的集总干扰，进而根据GSO卫星或其地面站接收端的(I/N)或者(C/I)值判断各采样时刻NGSO卫星系统是否对GSO卫星系统造成了不可接受的干扰；
(4.3)对于仿真结果显示的对GSO卫星系统产生不可接收干扰的区域进行标记，并统计不同采样时刻得出的干扰区域分别在发射波束的哪一个或者哪几个波位区域。
步骤(4.2)中进行NGSO卫星系统对GSO卫星系统干扰仿真时，需要注意到：
最终仿真结果是NGSO卫星系统对GSO卫星系统的集总干扰情况；
仿真时并不是选择所有NGSO卫星或其地面站进行集总，而是选择每一采样时刻实际工作的NGSO卫星链路的干扰情况进行集总；
每一采样时刻实际工作的NGSO卫星或其地面站可见的GSO卫星或其地面站范围以NGSO卫星系统发射天线旁瓣所能覆盖的GSO卫星或其地面站为准。
以下为一个更具体的例子：
如图1所示，一种支持干扰规避的NGSO卫星系统信令波束设计方法。该方法的实现方式如下：
根据NGSO卫星系统信令波束覆盖范围较广的特点，可以先以5°但不限于5°的偏离角为基准将NGSO卫星系统中卫星或者地面站发射天线波束可以到达的覆盖范围区域划分为多个条形波位，波位个数以及形状相对称，并且以中心波位为第1个波位，然后左右持续编号，波位总数量为(2*N-1)个，如图2所示。
然后，根据NGSO卫星系统空间段或者地面段设计的发射EIRP值、天线方向图确定每个条形波位内的发射技术参数，同时确定每个条形波位内分配的频率参数，这些参数主要用于支持NGSO卫星系统对GSO卫星系统的干扰评估方面。NGSO卫星系统对GSO卫星系统可能造成干扰的场景如图3所示，以下行干扰为例，干扰功率I计算公式如下：
上式中，Pt(d1)为干扰NGSO卫星向被干扰GSO卫星地球站的发射功率，d1为干扰NGSO卫星到其接收地球站的传输距离，Gt(θ1)为干扰NGSO卫星发射天线朝向θ1方向的发射增益，Gr(θ2)为被干扰GSO卫星地球站接收天线朝向θ2方向的接收增益；d2为干扰NGSO卫星到被干扰GSO卫星地球站的传输距离，λ为信号波长，由光速和信号频率值f可以确定。
判断NGSO卫星系统是否对GSO卫星系统造成干扰的技术指标可以采用干扰噪声功率谱密度比(I/N)或者以载波干扰功率谱密度比(C/I)作为判断指标；如果以载干比(I/N)作为判断指标，则(I/N)门限值要不大于6％，换算成dB值即为(-12.2)dB；如果以载干比(C/I)作为判断指标，则(C/I)门限值由(C/N)门限值确定，即C/I门限＝C/N门限-12.2(dB)。
对NGSO卫星系统上下行通信链路进行建模仿真，其中NGSO卫星系统信令波束按照单波束捷变，多波位覆盖的方式进行工作，通过时分接入的方式在每个周期内对所有波位完成轮询以及信令的传输工作；仿真时间可以但不限于以轮询周期为采样时间间隔，可以先以NGSO卫星系统轨道周期为参考仿真一个轨道周期的时间，初步得出NGSO卫星系统可能会对GSO系统造成上行或者下行干扰的区域范围，然后将每采样时刻得到的干扰区域和最初设计的波位区域进行对比，看是否差异较大，如果远超出或者远小于设计的波位区域，则对波位重新设计成略大于仿真得出的干扰区域的条形波位即可，然后再根据重新确定的波位区域再重新执行图1所示中的(2)～(5)步。
确定新的波位区域设置后再继续仿真，每一采样时刻对于仿真中NGSO卫星系统对GSO卫星系统中的卫星或者地面站产生干扰的区域进行标记，并分别统计总结在NGSO不同覆盖区域内对GSO卫星系统的干扰区域情况，仿真统计结果示例如图4～图7所示。
对于某些NGSO卫星而言，其轨道运行情况具有一定的周期性，GSO卫星系统的传输链路也较固定，因此可以将这一类NGSO卫星系统对GSO卫星系统的干扰情况也统计总结出一定的周期性，结合上述每一采样时刻标记的干扰区域，可以在NGSO卫星系统每一运行周期内制定形成相应的干扰区域时刻表，如图8所示。
采用本发明方法，对于轨道运行具有周期性的NGSO卫星系统而言，可以根据最后得出的干扰区域时刻表对每一时间段内的干扰严重区域分别分析，制定相应的干扰规避策略；对于轨道运行没有一定周期性的NGSO卫星系统，则可以每隔一段时间(例如1个月)基于NGSO卫星系统在这段时间内的轨道运行情况及可能对GSO卫星产生的干扰情况来制定这段时间内的干扰规避策略；干扰规避策略也有很多种，例如波束扫描至该区域时进行降低功率、关机或者切换卫星等规避策略。
总之，本发明采用与干扰规避区域相匹配的信令波束设计方法，根据发射天线在扫描覆盖区内的波束角范围，先初步以一定的偏离角间隔将NGSO卫星或者地面站发射天线覆盖区域划分为多个条形波位，然后针对NGSO卫星系统对GSO卫星系统的干扰情况进行仿真分析，统计出在不同采样时刻NGSO卫星系统对GSO卫星系统可能产生干扰的波位区域，以支持NGSO卫星系统可以具有针对性地在这些可能产生干扰的波位区域制定对GSO卫星系统的干扰规避策略，以此来提高NGSO卫星系统对GSO卫星系统的干扰规避能力。
本发明从解决NGSO卫星系统对GSO卫星系统的干扰问题的角度出发，提出有针对性的NGSO卫星天线波束设计方法，有利于在国际电联GSO卫星系统用频优先的规定下解决NGSO卫星系统对GSO卫星系统的潜在干扰问题、以及NGSO卫星系统与GSO卫星系统之间用频矛盾凸显的问题。
最后需要说明的是，具体实施方式中对本发明中提出的波束设计方法进行了详细说明，本领域的技术人员应当理解，在本发明的技术方案的基础上进行修改或者等同替换，都不脱离本发明设计方法及技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时，本发明未详细说明部分属本领域技术人员的公知常识。
Claims (5)
1.一种支持干扰规避的NGSO卫星系统信令波束设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对于NGSO卫星系统中的每一颗卫星，根据卫星或者地面站天线设置的波束角范围、卫星轨道高度，按照相同偏离角范围的原则将天线波束在空间或者地面的覆盖范围划分为多个条形波位；
(2)根据NGSO卫星系统空间段或者地面段的天线发射功率、发射天线方向图来确定划分的每个条形波位内的发射技术参数范围，同时为每个波位分配发射或接收频率范围；
(3)NGSO卫星系统空间段或者地面段天线按照单波束捷变、多波位覆盖的方式，通过时分接入的方式在每秒内对所有波位完成轮询以及信令的传输工作；
(4)通过仿真确定NGSO卫星链路可能会对GSO系统造成不可接受的上行或者下行干扰的区域范围，并确定位于哪一个或者哪几个波位区域；
(5)根据多个周期仿真的结果判断造成干扰的最大区域是否远超过或远小于所设置波位的区域范围，若是，则调整波位区域，使其大于干扰区域范围，然后重新从第(2)步开始执行；若不是，则进入第(6)步；
(6)持续进行NGSO卫星系统对GSO卫星系统的干扰仿真，根据多个周期仿真的结果制定每一周期运行中NGSO系统可能对GSO卫星系统造成干扰的波位区域。
2.根据权利要求1所述的一种支持干扰规避的NGSO卫星系统信令波束设计方法，其特征在于，第(1)步的具体方式为：
(1-1)根据卫星或者地面站发射天线的波束角范围和卫星轨道高度确定发射天线在空间或者地面的覆盖范围；
(1-2)根据发射天线的波束角范围，按照将波束角均分的原则划分波位，并初步确定波位数量；
(1-3)对波位进行编号，将发射天线波束中心的波位设置为波位1，左右两边的波束由于对称，将波位编号依次设计为波位2、波位2’，波位3、波位3’，……波位N、波位N’，共计(2*N-1)个波位。
3.根据权利要求1所述的一种支持干扰规避的NGSO卫星系统信令波束设计方法，其特征在于，第(2)步中每个条形波位的发射技术参数包括发射功率、发射增益、链路距离。
4.根据权利要求1所述的一种支持干扰规避的NGSO卫星系统信令波束设计方法，其特征在于，第(4)步的具体方式为：
(4-1)参照国际电联相关建议书中的频率协调门限值I/N、C/I来作为仿真的干扰门限值；
(4-2)对NGSO卫星上行或者下行通信链路场景进行建模仿真，仿真计算得出NGSO卫星系统到达GSO卫星或其地面站的集总干扰，进而根据GSO卫星或其地面站接收端的I/N或者C/I值判断各采样时刻NGSO卫星系统是否对GSO卫星系统造成了不可接受的干扰；
(4-3)对于仿真结果显示的对GSO卫星系统产生不可接收干扰的区域进行标记，并统计不同采样时刻得出的干扰区域分别在发射波束的哪一个或者哪几个波位区域。
5.根据权利要求4所述的一种支持干扰规避的NGSO卫星系统信令波束设计方法，其特征在于，第(4-2)步中，仿真结果是NGSO卫星系统对GSO卫星系统的集总干扰情况；仿真时并不是选择所有NGSO卫星或其地面站进行集总，而是选择每一采样时刻实际工作的NGSO卫星链路的干扰情况进行集总；每一采样时刻实际工作的NGSO卫星或其地面站可见的GSO卫星或其地面站范围以NGSO卫星系统发射天线旁瓣所能覆盖的GSO卫星或其地面站为准。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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