CN117375706B - 一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化方法和系统，包括：获取地面接收端和干扰低轨卫星之间的状态信息和信道信息；根据地面接收端和干扰低轨卫星之间的状态信息和信道信息计算地面接收端受到单个干扰低轨卫星的干扰程度、以及地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度；当地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度高于设定阈值时，调整对地面接收端干扰程度最大的干扰低轨卫星的信号发射功率，通过调整干扰卫星的发射功率实现接收端干扰程度的降低，从而提高星地之间的通信效率。

Description

一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化方法和系统
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别是涉及一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化方法和系统。
背景技术
随着网络通信需求的日益增加，为了满足全球接入服务，提出了许多利用低轨卫星(Low Earth Orbit, LEO)系统实现接入的方案。星地通信使用的频段主要为Ku、Ka波段，低轨卫星系统中低轨卫星使用相近的频段与不同地面站进行通信，增加了系统间通信干扰的可能性，从而导致通信质量的下降。
为了对低轨卫星间干扰存在的情况进行调整和优化，需要先对星间干扰进行计算。现有研究在计算星间干扰的时候普遍只考虑自由空间损耗(Fress Space Loss, FSL)，缺乏大气现象对于干扰结果影响的考虑，然而大气衰落及闪烁效应等现象对于高频信号的传播是有真实影响的，甚至可能导致星地链路的中断。
对于星间干扰较大的情况，需要进行通信策略的调整。现有的调整策略例如改变链路通断或终点、起点的空间角度隔离方法；改变链路辐射能量，即调整发射功率的方法；改变链路承载频率，即调整利用频率的方法等干扰规避算法。但是针对低轨卫星与地面站这种相对位置变化较快情况，缺乏持续跟踪并动态调整的思想，不能很好的适应该场景中的干扰规避问题。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的一方面提供一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化方法，包括：
众多低轨卫星利用Ku波段对地面接收端提供高带宽的全球连接服务，地面接收端分别通过不同的目标低轨卫星实现接入服务；
S1：获取地面接收端和干扰低轨卫星之间的状态信息和信道信息；
S2：根据地面接收端和干扰低轨卫星之间的状态信息和信道信息计算地面接收端受到单个干扰低轨卫星的干扰程度、以及地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度；
S3：当地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度高于设定阈值时，调整对地面接收端干扰程度最大的干扰低轨卫星的信号发射功率；
S4：重复执行步骤S1~S4直至地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度低于设定阈值为止。
优选地，所述地面接收端和干扰低轨卫星之间的大气衰减系数包括：
其中，表示地面接收端对第个干扰低轨卫星的仰角，为地面接收端和第 个干扰低轨卫星在仰角为链路上的大气衰减系数，为地面接收端和第个干扰低轨 卫星在仰角为链路上的气体衰落系数，为地面接收端和第个干扰低轨卫星在仰角 为链路上的降雨衰落系数，为地面接收端和第个干扰低轨卫星在仰角为链路上 的云衰落系数，为地面接收端和第个干扰低轨卫星在仰角为链路上的闪烁效应衰 落系数。
优选地，所述地面接收端由于大气衰减引起的噪声温度改变量包括：
其中，表示地面接收端由于大气衰减引起的噪声温度改变量，表示地面接 收端的干扰低轨卫星数量，表示大气平均辐射噪声温度。
优选地，所述计算地面接收端受到单个干扰低轨卫星的干扰程度、以及地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度包括：
定义地面接收端受到干扰低轨卫星的干扰程度为：
其中，当等于1时，表示地面接收端受到单个干扰低轨卫星的干扰程度；当 时，表示地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度；表示地面接收端的原始噪 声温度；表示第干扰低轨卫星的干扰信号发射功率；表示第干扰低轨卫星发送干 扰信号时，偏离发送主方向角度为的发送增益；表示地面接收端接收第干扰低轨 卫星发送的干扰信号时，偏离接收主方向角度为的接收增益；为带宽调整因子；为第干扰低轨卫星发送的干扰信号的自由路径损耗；为地面接收端的接收带宽； 为玻尔兹曼常数。
优选地，在调整对地面接收端干扰程度最大的干扰低轨卫星的信号发射功率时，调整后的干扰低轨卫星的信号发射功率需要满足大于该干扰低轨卫星的最小发射功率门限。
本发明的另一方面提供一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化系统，所述系统应用于所述的一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化方法，包括：
数据获取模块，用于获取地面接收端和干扰低轨卫星之间的状态信息和信道信息；
数据处理模块，根据地面接收端和干扰低轨卫星之间的状态信息和信道信息计算地面接收端受到单个干扰低轨卫星的干扰程度、以及地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度；
功率调整模块，用于当地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度高于设定阈值时，调整对地面接收端干扰程度最大的干扰低轨卫星的信号发射功率。
本发明的再一方面提供一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现所述的一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化方法。
本发明至少具有以下有益效果
本发明收集合理有效的大气状态信息，在两个方面科学的刻画大气衰减对星间干扰的影响，从而提高星间干扰指标结果的准确性，通过持续且动态的调整干扰卫星的发射功率实现对接收端干扰程度的降低，提高星地间通信的效率。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图；
图2为本发明实施例中的通信系统结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1，本发明提供的一方面提供一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化方法，包括：
众多低轨卫星利用Ku波段对地面接收端提供高带宽的全球连接服务，地面接收端分别通过不同的目标低轨卫星实现接入服务；
S1：获取地面接收端和干扰低轨卫星之间的状态信息和信道信息；
S2：根据地面接收端和干扰低轨卫星之间的状态信息和信道信息计算地面接收端受到单个干扰低轨卫星的干扰程度、以及地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度；
S3：当地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度高于设定阈值时，调整对地面接收端干扰程度最大的干扰低轨卫星的信号发射功率；
S4：重复执行步骤S1~S4直至地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度低于设定阈值为止。
请参阅图2，在本实施例中包括：LEO_A、LEO_B和LEO_C三个低轨卫星，以及接收端_A、接收端_B和接收端_C三个地面接收端，针对地面接收端_B来说，其目标卫星为LEO_B，低轨卫星LEO_A和LEO_C作为接收端B的干扰卫星；但是由于地面接收端的距离较近且各条下行链路使用的通信频段相同，所以在接收端_B可能会受到来自LEO_A、LEO_C的下行链路干扰，且链路中的大气衰减、太阳闪烁效应均会影响接收端_B的受干扰程度。
通过准确获取信道及状态信息，较好的反应星地通信链路的质量情况，作为后续干扰评判指标的计算依据。
优选地，所述地面接收端和干扰低轨卫星之间的大气衰减系数包括：
其中，表示地面接收端对第个干扰低轨卫星的仰角，为地面接收端和第 个干扰低轨卫星在仰角为链路上的大气衰减系数，为地面接收端和第个干扰低轨 卫星在仰角为链路上的气体衰落系数，为地面接收端和第个干扰低轨卫星在仰角 为链路上的降雨衰落系数，为地面接收端和第个干扰低轨卫星在仰角为链路上 的云衰落系数，为地面接收端和第个干扰低轨卫星在仰角为链路上的闪烁效应衰 落系数。
优选地，所述地面接收端由于大气衰减引起的噪声温度改变量包括：
其中，表示地面接收端由于大气衰减引起的噪声温度改变量，表示地面接 收端的干扰低轨卫星数量，表示大气平均辐射噪声温度。
优选地，所述计算地面接收端受到单个干扰低轨卫星的干扰程度、以及地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度包括：
定义地面接收端受到干扰低轨卫星的干扰程度为：
其中，当等于1时，表示地面接收端受到单个干扰低轨卫星的干扰程度；当 时，表示地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度；表示地面接收端的原始噪 声温度；表示第干扰低轨卫星的干扰信号发射功率；表示第干扰低轨卫星发送干 扰信号时，偏离发送主方向角度为的发送增益；表示地面接收端接收第干扰低轨 卫星发送的干扰信号时，偏离接收主方向角度为的接收增益；为带宽调整因子；为第干扰低轨卫星发送的干扰信号的自由路径损耗；为地面接收端的接收带宽； 为玻尔兹曼常数。
存在星间干扰的系统中，地面接收端的信噪比一般在10-30dB之间，干扰信号的功率通常在期望信号功率的几分之一到几十分之一间。通过对干扰指标进行计算和评估，可以更好的判断当前系统中的干扰程度，作为后续调节的依据。
优选地，在调整对地面接收端干扰程度最大的干扰低轨卫星的信号发射功率时，调整后的干扰低轨卫星的信号发射功率需要满足大于该干扰低轨卫星的最小发射功率门限。
本发明的另一方面提供一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化系统，所述系统应用于所述的一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化方法，包括：
数据获取模块，用于获取地面接收端和干扰低轨卫星之间的状态信息和信道信息；
数据处理模块，根据地面接收端和干扰低轨卫星之间的状态信息和信道信息计算地面接收端受到单个干扰低轨卫星的干扰程度、以及地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度；
功率调整模块，用于当地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度高于设定阈值时，调整对地面接收端干扰程度最大的干扰低轨卫星的信号发射功率。
在本实施例中用于优化低轨卫星星间干扰的系统设置在地面接收端，通过地面接收端获取对应的信道信息和状态信息，当地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度高于设定阈值时，地面接收端通过上行反馈链路向目标卫星发送比较结果，目标卫星通过星间链路向干扰卫星发送调整信息，干扰卫星根据调整信息调整发射功率。通过周期性的重复该专利的判断过程，直到地面接收端受到的总干扰程度低于设定的阈值。这样持续并动态的执行和调整，可以有效保证低轨卫星在通过地面接收端时的信息传输有效性，提高星地通信的效率。
本发明的再一方面提供一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现所述的一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化方法，众多低轨卫星利用Ku波段对地面接收端提供高带宽的全球连接服务，地面接收端分别通过不同的目标低轨卫星实现接入服务，其特征在于，包括步骤：
S1：获取地面接收端和干扰低轨卫星之间的状态信息和信道信息；
S2：根据地面接收端和干扰低轨卫星之间的状态信息和信道信息计算地面接收端受到单个干扰低轨卫星的干扰程度、以及地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度；
所述步骤S2包括：
S21：根据地面接收端和干扰低轨卫星之间的信道信息计算地面接收端和干扰低轨卫星之间的大气衰减系数；
所述地面接收端和干扰低轨卫星之间的大气衰减系数包括：
其中，θi表示地面接收端对第i个干扰低轨卫星的仰角，AT(θi)为地面接收端和第i个干扰低轨卫星在仰角为θi链路上的大气衰减系数，AG(θi)为地面接收端和第i个干扰低轨卫星在仰角为θi链路上的气体衰落系数，AR(θi)为地面接收端和第i个干扰低轨卫星在仰角为θi链路上的降雨衰落系数，AC(θi)为地面接收端和第i个干扰低轨卫星在仰角为θi链路上的云衰落系数，AS(θi)为地面接收端和第i个干扰低轨卫星在仰角为θi链路上的闪烁效应衰落系数；
S22：根据地面接收端和干扰低轨卫星之间的大气衰减系数计算地面接收端由于大气衰减引起的噪声温度改变量；
所述地面接收端由于大气衰减引起的噪声温度改变量包括：
其中，ΔTnoise表示地面接收端由于大气衰减引起的噪声温度改变量，n表示地面接收端的干扰低轨卫星数量，Tmean表示大气平均辐射噪声温度；
S23：根据地面接收端由于大气衰减引起的噪声温度改变量、地面接收端和干扰低轨卫星之间的大气衰减系数、以及地面接收端和目标低轨卫星之间的状态信息计算地面接收端受到单个干扰低轨卫星的干扰程度、以及地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度；
所述计算地面接收端受到单个干扰低轨卫星的干扰程度、以及地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度包括：
定义地面接收端受到干扰低轨卫星的干扰程度为：
其中，当n等于1时，I表示地面接收端受到单个干扰低轨卫星的干扰程度；当n>1时，I表示地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度；Tnoise表示地面接收端的原始噪声温度；Pt i表示第i干扰低轨卫星的干扰信号发射功率；Gt(αi)表示第i干扰低轨卫星发送干扰信号时，偏离发送主方向角度为αi的发送增益；Gr(βi)表示地面接收端接收第i干扰低轨卫星发送的干扰信号时，偏离接收主方向角度为βi的接收增益；Abanwith为带宽调整因子；为第i干扰低轨卫星发送的干扰信号的自由路径损耗；B为地面接收端的接收带宽；K为玻尔兹曼常数；
S3：当地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度高于设定阈值时，调整对地面接收端干扰程度最大的干扰低轨卫星的信号发射功率；
S4：重复执行步骤S1～S3直至地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度低于设定阈值为止。
2.根据权利要求1所述的一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化方法，其特征在于，在调整对地面接收端干扰程度最大的干扰低轨卫星的信号发射功率时，调整后的干扰低轨卫星的信号发射功率需要满足大于该干扰低轨卫星的最小发射功率门限。
3.一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化系统，所述系统应用于权利要求1-2任一所述的一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化方法，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取地面接收端和干扰低轨卫星之间的状态信息和信道信息；
数据处理模块，根据地面接收端和干扰低轨卫星之间的状态信息和信道信息计算地面接收端受到单个干扰低轨卫星的干扰程度、以及地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度；
功率调整模块，用于当地面接收端受到所有干扰低轨卫星的总干扰程度高于设定阈值时，调整对地面接收端干扰程度最大的干扰低轨卫星的信号发射功率。
4.一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1-2任一项所述的一种面向接收端的低轨卫星星间干扰优化方法。
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