CN117749258B - 基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法 - Google Patents
基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117749258B CN117749258B CN202410190635.6A CN202410190635A CN117749258B CN 117749258 B CN117749258 B CN 117749258B CN 202410190635 A CN202410190635 A CN 202410190635A CN 117749258 B CN117749258 B CN 117749258B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- satellite
- constellation
- interference
- sum
- interfered
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 115
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 114
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 101100167360 Drosophila melanogaster chb gene Proteins 0.000 claims description 41
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 241000287196 Asthenes Species 0.000 description 1
- 101000606504 Drosophila melanogaster Tyrosine-protein kinase-like otk Proteins 0.000 description 1
- 235000008694 Humulus lupulus Nutrition 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Radio Relay Systems (AREA)
Abstract
本发明涉及卫星通信技术领域，具体公开了一种基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法，步骤S01：构建干扰场景，根据干扰场景构建星座模型，获得被干扰星座卫星坐标和主动干扰星座卫星坐标；步骤S02：根据自由空间衰弱模型建模，获得卫星通信的信道增益；步骤S03：根据被干扰星座中的卫星所在区域，确定主干扰区域；步骤S04：选取所述主干扰区域内的任意一颗被干扰星座卫星，根据信道增益计算所述被干扰星座卫星到相邻四个方向上的被干扰星座卫星的单条星间链路传输速率，从而获得四条星间链路在无干扰条件下和受干扰条件下的链路容量；步骤S05：构建卫星网络容量计算模型，根据轨道数和每条轨道上的卫星数，确定卫星网络容量。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法。
背景技术
卫星网络具有覆盖范围广、通信距离远、传输容量大的特点，对地面环境依赖较低，能够有效补充地面网络，在空间通信和组网中发挥着重要作用。然而，随着星座规模、网络业务量的激增，卫星网络也面临着巨大挑战。由于星间链路信道的开放性，星间链路不再是绝对安全的。微波星间链路可能受到来自非合作卫星的恶意干扰威胁。在存在非合作干扰情况下，任意一条星间链路都存在被干扰的风险，使整个卫星网络处在全方位干扰威胁之中，进而影响卫星网络整体通信容量。
针对卫星网络的研究目前主要集中在星座结构设计、电磁波能量衰减分析、路由协议以及网络安全等方面。非合作情况下，低轨卫星网络容量与非合作干扰、网络业务分布参数之间的关联关系尚不清晰。分析非合作干扰条件下卫星网络容量，不仅有助于提升网络效率和业务保障能力，同时有助于优化通信协议和路由机制。然而，卫星网络中星间链路切换频繁，网络拓扑动态变化。载噪比随信道条件波动导致链路容量动态变化。以上因素给准确分析卫星网络容量带来挑战。目前，对于卫星网络，涉及低轨卫星网络间干扰，特别是非合作干扰和容量分析的研究较少。虽然卫星网络属于无线网络，但其不同于地面无线网络的特点使得现有地面无线网络容量分析方法难以直接应用于卫星网络容量分析。目前面向卫星网络的容量分析方法多集中于分析卫星与地面站间上下行链路容量，难以直接应用于星间链路网络的容量分析。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个目的是提供基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法。以缓解传统方法难以直接应用于星间链路网络的容量分析的问题，特别是非合作情况下低轨星座星间链路干扰分析问题。本发明提供的分析方法，在给定星座参数和干扰参数的情况下，基于平均路径跳数方法，分析了星间链路容量和卫星网络容量，进而分析干扰星座轨道参数变化对干扰效果的影响趋势。
本发明所采用的技术方案是：一种基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法，包括：
步骤S01：构建干扰场景，根据干扰场景构建星座模型，获得被干扰星座卫星坐标和主动干扰星座卫星坐标；
步骤S02：根据自由空间衰弱模型建模，获得卫星通信的信道增益；
步骤S03：根据被干扰星座中的卫星所在区域，确定主干扰区域；
步骤S04：选取所述主干扰区域内的任意一颗被干扰星座卫星，根据信道增益计算所述被干扰星座卫星到相邻四个方向上的被干扰星座卫星的单条星间链路传输速率，从而获得四条星间链路在无干扰条件下和受干扰条件下的链路容量；
步骤S05：构建卫星网络容量计算模型，根据轨道数和每条轨道上的卫星数，确定卫星网络容量。
优选的，步骤S01中所述被干扰星座中卫星坐标为：
；
其中，；
，
，
；
其中，R为地球半径，N A 为被干扰星座中卫星总数，P A 为被干扰星座中卫星轨道数，F A 为被干扰星座中卫星相位因子，h A 为被干扰星座中卫星轨道高度，μ A 为被干扰星座中卫星轨道倾角，ω A 为含义被干扰星座运行周期，Ω A 为含义被干扰星座各卫星升交点赤经，Ω A0 为被干扰星座中卫星初始升交点赤经，为含义被干扰星座各卫星真近点角，为被干扰星座中卫星初始真近点角。
优选的，步骤S01中所述主动干扰星座中卫星坐标为：
；
其中，；
；
；
其中，R为地球半径，N B 为干扰星座中卫星总数，P B 为干扰星座中卫星轨道数，F B 为干扰星座中卫星相位因子，h B 为干扰星座中卫星轨道高度，μ B 为干扰星座中卫星轨道倾角，ω B 为干扰星座运行周期，Ω B 为干扰星座各卫星升交点赤经，Ω B0为干扰星座中卫星初始升交点赤经，为干扰星座各卫星真近点角，为干扰星座中卫星初始真近点角，j B 为干扰星座轨道序列号，k B 为干扰星座每条轨道上卫星的序列号。
优选的，步骤S02中所述自由空间衰弱模型为：
；
所述信道增益为：
；
其中，d为卫星间通信距离, 使用的通信频段波长为λ，G max为卫星发射（接收）天线最大增益，θ 1代表了卫星天线偏轴角，θ b 为卫星天线半功率波束宽度，，L F 为远旁瓣电平，L S 为峰值增益以下的主光束和近旁瓣屏蔽交叉点(dB)，L F 通常取0。
优选的，步骤S04中所述单条星间链路传输速率包括：
未受到干扰时，单条星间链路传输速率为：
；
其中，；
通信链路对应的主干扰区域的卫星满足如下条件：
；
其中，p A 为被干扰星座卫星发射功率，G max为卫星发射（接收）天线最大增益，使用的通信频段波长为λ，为t时刻卫星（i，j）到（i，j+1）的距离，K为玻尔兹曼常数，T为噪声温度，W为通信带宽，为卫星（i，j）到（i，j+1）的通信链路，θ为主干扰区域夹角。
优选的，步骤S04中所述单条星间链路传输速率包括：
受到干扰时，单条星间链路传输速率为：
；
其中，，，p B 为干扰星座卫星发射功率，为主干扰区域内第k个干扰卫星的干扰链路与被干扰星座通信链路的夹角，为主干扰区域内第k个干扰卫星被干扰卫星的夹角，J(t)为t时刻主干扰区域内干扰卫星的个数，B k (t)为主干扰区域内第k个干扰卫星的坐标。
优选的，步骤S05包括：当轨道数N、每条轨道上的卫星数M均为奇时，卫星网络容量为：
；
；
；
；
；
其中，R o ＋R h 为同轨链路的实际传输速率和；R o 为同轨通信链路实际传输速率和，R h 为异轨通信链路实际传输速率和，P为前向同轨通信链路实际传输速率和，Q为后向同轨通信链路实际传输速率和，U为前向异轨通信链路实际传输速率和，V为后向异轨通信链路实际传输速率和。
优选的，步骤S05包括：当轨道数N、每条轨道上的卫星数M均为偶数时，卫星网络容量为：
；
；
；
；
；
其中，R o ＋R h 为同轨链路的实际传输速率和；R o 为同轨通信链路实际传输速率和，R h 为异轨通信链路实际传输速率和，P为前向同轨通信链路实际传输速率和，Q为后向同轨通信链路实际传输速率和，U为前向异轨通信链路实际传输速率和，V为后向异轨通信链路实际传输速率和。
优选的，步骤S05包括：当轨道数N为奇数，每条轨道上的卫星数M为偶数时，卫星网络容量为：
；
；
；
；
；
其中，R o ＋R h 为同轨链路的实际传输速率和；R o 为同轨通信链路实际传输速率和，R h 为异轨通信链路实际传输速率和，P为前向同轨通信链路实际传输速率和，Q为后向同轨通信链路实际传输速率和，U为前向异轨通信链路实际传输速率和，V为后向异轨通信链路实际传输速率和。
优选的，步骤S05包括：当轨道数N为偶数，每条轨道上的卫星数M为奇数时，卫星网络容量为：
；
；
；
；
；
其中，R o ＋R h 为同轨链路的实际传输速率和；R o 为同轨通信链路实际传输速率和，R h 为异轨通信链路实际传输速率和，P为前向同轨通信链路实际传输速率和，Q为后向同轨通信链路实际传输速率和，U为前向异轨通信链路实际传输速率和，V为后向异轨通信链路实际传输速率和。
上述技术方案的有益效果：
（1）本发明提供的方法以缓解传统方法难以直接应用于星间链路网络的容量分析的问题，特别是非合作情况下低轨星座星间链路干扰分析问题。
（2）本发明提供的方法，在给定星座参数和干扰参数的情况下，基于平均路径跳数方法，分析了星间链路容量和卫星网络容量，进而分析干扰星座轨道参数变化对干扰效果的影响趋势。
附图说明
图1为本发明的一个实施例提供的干扰场景模型图；
图2为本发明的一个实施例提供的主干扰区域示意图；
图3为本发明的一个实施例提供的巨型星座网络的网格拓扑图；
图4为使用本发明分析方法获得的不同干扰功率、干扰卫星数情况下网络容量分析图；
图5为使用本发明分析方法获得的不同轨道倾角下网络容量分析图；
图6为使用本发明分析方法获得的不同轨道高度下网络容量分析图。
具体实施方式
下面对本申请的实施方式作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例
干扰场景
由于星间链路信道的开放性，星间链路不再是绝对安全的。微波星间链路可能受到来自非合作卫星的恶意干扰威胁，如图1所示。其中，A星座为干扰星座NGSO A，B星座为非合作干扰星座NGSO B，NGSO B的高度高于NGSO A。圆锥体内区域为主干扰区域(mainjamming region, MJR)。NGSO B中的卫星对NGSO A的卫星实施干扰。
干扰模型的建立
1.星座模型
假设主动干扰星座和被干扰星座均为Walker星座。由于干扰效果与卫星相对位置密切相关，首先定义直角坐标系下被干扰星座A与主动干扰星座B中卫星的坐标。
设地球半径为R。Walker星座由7个参数确定其所有卫星的位置，即。其中为卫星总数，P为卫星轨道数，F为相位因子，h为轨道高度，μ为轨道倾角，Ω 0 为初始升交点赤经，为初始真近点角。
假设被干扰星座A的参数为，则A星座第i个轨道上第j颗卫星的坐标可表示为：
；
其中，；
，
，
；
其中，R为地球半径，N A 为被干扰星座中卫星总数，P A 为被干扰星座中卫星轨道数，F A 为被干扰星座中卫星相位因子，h A 为被干扰星座中卫星轨道高度，μ A 为被干扰星座中卫星轨道倾角，ω A 为含义被干扰星座运行周期，Ω A 为含义被干扰星座各卫星升交点赤经，Ω A0 为被干扰星座中卫星初始升交点赤经，为含义被干扰星座各卫星真近点角，为被干扰星座中卫星初始真近点角。
同理，假设主动干扰星座B的参数为，则B星座中卫星坐标可表示为：
；
其中，；
；
；
其中，R为地球半径，N B 为干扰星座中卫星总数，P B 为干扰星座中卫星轨道数，F B 为干扰星座中卫星相位因子，h B 为干扰星座中卫星轨道高度，μ B 为干扰星座中卫星轨道倾角，ω B 为干扰星座运行周期，Ω B 为干扰星座各卫星升交点赤经，Ω B0为干扰星座中卫星初始升交点赤经，为干扰星座各卫星真近点角，为干扰星座中卫星初始真近点角，j B 为干扰星座轨道序列号，k B 为干扰星座每条轨道上卫星的序列号。
2.传播模型
采用自由空间衰弱模型建模卫星间通信的信道增益。若卫星间通信距离为d, 使用的通信频段波长为λ，则信号传输的自由空间衰弱为：
；
根据ITU-R S.1528，卫星发射（接收）天线增益为：
；
其中，d为卫星间通信距离, 使用的通信频段波长为λ，G max为卫星发射（接收）天线最大增益，θ 1代表了卫星天线偏轴角，θ b 为卫星天线半功率波束宽度，，L F 为远旁瓣电平，L S 为峰值增益以下的主光束和近旁瓣屏蔽交叉点(dB)，L F 通常取0。
3.主干扰区域的确定
非合作星座间的干扰效果受星间链路与干扰链路间夹角的影响。对于单个星间链路，若干扰链路与通信链路夹角过大，则干扰效果不佳。主要考虑一定夹角范围(e.g. θ)内的星间链路干扰，即主干扰区域(main jamming region, MJR)，如图2主干扰区域示意图所示。
对于被干扰星间链路，主干扰区域为可对该链路施加有效干扰的卫星所在区域。对于低轨巨型星座，主干扰区域的构建方法如下：以被干扰星座A中任一卫星A(i,j)为顶点，被干扰通信链路L (i,j) 为中心垂线，以θ为半锥角作一圆锥体。该圆锥体与干扰星座B所在轨道面相交的区域，定义为s的主干扰区域，θ即为主干扰区域夹角。处在主干扰区域中的B星座卫星即为该通信链路对应的干扰卫星。给被干扰星座中的每一条星间链路分别构造主干扰区域，对于同轨星间链路，如果θ足够小，则各链路的主干扰区域将不会出现重叠。
下面以单条星间链路为例，分析干扰参数对星间链路容量的影响。
4.单条星间链路传输速率的计算
将被干扰星座中卫星A(i,j)到卫星A(i,j＋1)的通信链路的数据传输速率记为。当未受到干扰时，计算方法如下：
；
其中，。
通信链路对应的主干扰区域的卫星满足如下条件：
；
其中，p A 为被干扰星座卫星发射功率，G max为卫星发射（接收）天线最大增益，使用的通信频段波长为λ，为t时刻卫星（i，j）到（i，j+1）的距离，K为玻尔兹曼常数，T为噪声温度，W为通信带宽，为卫星（i，j）到（i，j+1）的通信链路，θ为主干扰区域夹角。
假设t时刻主动干扰星座中，满足以上条件的卫星数量为J(t)。将其坐标分别记为。得到通信链路受到干扰条件下的数据传输速率。计算方法如下：
；
其中，，，p B 为干扰星座卫星发射功率，为主干扰区域内第k个干扰卫星的干扰链路与被干扰星座通信链路的夹角，为主干扰区域内第k个干扰卫星被干扰卫星的夹角，J(t)为t时刻主干扰区域内干扰卫星的个数，B k (t)为主干扰区域内第k个干扰卫星的坐标。
同理，计算无干扰条件下，卫星（i，j）到卫星（i，j-1）、（i+1，j）、（i-1，j）的通信链路的数据传输速率，以及及受干扰后的数据传输速率。
综上，对于被干扰星座中任意卫星A(i,j)，A(i,j)的四条星间链路在无干扰和受到非合作干扰条件下的链路容量分别为：及。
卫星网络容量计算模型
假设被干扰星座A的轨道数量为N，每条轨道上卫星数量为M，星间链路连接方式为“+Grid”模式。干扰星座A上任意卫星A(i,j)的四条星间链路的数据传输率分别为。A(i,j)向其他所有卫星节点均等发送业务，即卫星(i,j)沿四个方向发送给其他任一节点的数据速率分别为,分别记为。
被干扰星座A的网络容量定义如下：
（1）当轨道数N、每条轨道上卫星数M均为奇数时，卫星网络容量为：
；
；
；
；
；
其中，R o ＋R h 为同轨链路的实际传输速率和；R o 为同轨通信链路实际传输速率和，R h 为异轨通信链路实际传输速率和，P为前向同轨通信链路实际传输速率和，Q为后向同轨通信链路实际传输速率和，U为前向异轨通信链路实际传输速率和，V为后向异轨通信链路实际传输速率和。
（2）当轨道数N、每条轨道上卫星数M均为偶数时，卫星网络容量为：
；
；
；
；
；
其中，R o ＋R h 为同轨链路的实际传输速率和；R o 为同轨通信链路实际传输速率和，R h 为异轨通信链路实际传输速率和，P为前向同轨通信链路实际传输速率和，Q为后向同轨通信链路实际传输速率和，U为前向异轨通信链路实际传输速率和，V为后向异轨通信链路实际传输速率和。
（3）当轨道数N为奇数，每条轨道上卫星数M为偶数时，卫星网络容量为：
；
；
；
；
；
其中，R o ＋R h 为同轨链路的实际传输速率和；R o 为同轨通信链路实际传输速率和，R h 为异轨通信链路实际传输速率和，P为前向同轨通信链路实际传输速率和，Q为后向同轨通信链路实际传输速率和，U为前向异轨通信链路实际传输速率和，V为后向异轨通信链路实际传输速率和。
（4）当轨道数N为偶数，每条轨道上卫星数M为奇数时，卫星网络容量为：
；
；
；
；
；
其中，R o ＋R h 为同轨链路的实际传输速率和；R o 为同轨通信链路实际传输速率和，R h 为异轨通信链路实际传输速率和，P为前向同轨通信链路实际传输速率和，Q为后向同轨通信链路实际传输速率和，U为前向异轨通信链路实际传输速率和，V为后向异轨通信链路实际传输速率和。
对于卫星网络容量的证明分为两个部分。第一部分为网络总传输速率的计算，第二部分为平均路径跳数的计算。
（1）总传输速率
由于在倾斜轨道卫星网络中，同轨与异轨链路具有相似性，对同轨链路总传输速率进行证明。
当M为奇数时，对于任意同轨链路，向，，，等卫星发送数据时均需使用。被使用次数为。每一次发送的最大数据速率为。节点向节点，，，等节点发送信息时使用。被使用次数为。每一次发送的最大数据速率为。依此类推，直到节点向送数据时使用该链路。链路使用次数为1。最大数据速率为。因此，该链路的实际最大传输速率为：
；
当M为偶数时，对于任意同轨链路，向节点，，，等节点发送信息时均需使用该链路。被使用次数为。向发送信息时，可以通过正反两条路径，因此使用该链路使用次数为。最大数据速率为。向，，，等节点发送数据时使用该链路。该链路使用次数为。最大数据速率为。依此类推，直到向发送数据时使用该链路。该链路使用次数为。最大数据发送速率为。因此，该链路的实际最大传输速率为：
；
同理可得，同轨链路的最大传输速率为：
；
同理可得，同轨链路的最大传输速率为：
；
异轨链路的最大传输速率为：
；
异轨链路的最大传输速率为：
；
因此，同轨链路总传输速率R o 、异轨链路总传输速率R h 分别为：
；
；
则总传输速率R为：
；
（2）平均路径跳数
平均路径跳数的计算主要根据网格型拓扑图的对称特点，将网格中最中心位置的节点（如当M，N均为偶数时，将作为源节点，向其他所有节点传输信息。优选的，其他任一节点与该节点等价，因为任一节点都可以通过旋转至该位置，为计算方便。下面分别针对N为偶数M为偶数、N为偶数M 为奇数、N为奇数M为偶数和N为奇数M为奇数四种情况进行讨论。
（1）N为偶数且M为偶数
假设节点(N/2, M/2)向所有其他节点传输信息，则其需要走的跳数为，根据拓扑图的结构可以将卫星网络分为四个区域，如图3巨型星座网络的网格拓扑图所示。左下区域为，右下区域为，左上区域为，右上区域为，则总跳数H为：
；
（2）当N偶M奇时，同理：
；
（3）当N奇M偶时，同理：
；
（4）当N奇M奇时，同理：
；
最后，利用总传输速率除以平均路径跳数，即得本网络容量定理。
可以看出，网络容量是卫星节点的传输速率的函数，将网络容量函数记为，则有。得到受干扰前的卫星整体网络容量，以及受干扰后的卫星整体网络容量。刻画了非合作干扰对被干扰星座网络容量的影响。基于理论框架中分析的网络容量，分析干扰星座轨道参数变化对干扰效果的影响趋势。
效果评价：
利用STK和MATLAB对两组星座间星间链路干扰进行仿真推演，NGSO A星座为通信星座，NGSO B星座为干扰星座，仿真参数如表1所示。NGSO A星座与NGSO B星座采用的天线图案均为ITU-R S.1528。
表1 NGSO星座系统的模拟参数
图4示出了不同干扰功率、干扰卫星数情况下网络容量分析图。对比了不同干扰卫星数、不同干扰功率下的网络容量。可以看出，干扰卫星数的增多以及干扰功率的加大，都将导致干扰强度增强从而使得整体网络容量下降，从箭头可以看出代表随着干扰卫星数量的增多，被干扰星座网络容量在递减。
图5示出了不同轨道倾角下网络容量分析图，对比了不同轨道倾角的干扰星座进行干扰得到的网络容量。可以看出，当干扰星座NGSO B与通信星座NGSO A的倾角接近时，网络容量最低。这是因为倾角接近时，干扰角度较小的概率增加，从而导致干扰强度最大。
图6示出了不同轨道高度下网络容量分析图，对比了不同轨道高度的干扰星座进行干扰得到的网络容量。可以看出，当干扰星座NGSO B高度与网络容量并不明确。这是因为随着干扰高度变化，干扰角度也随之变化，两方面均对干扰强度产生影响。
本发明实例提供了一种基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法。提出了一种非合作干扰条件下低轨星座网络容量理论框架，在给定星座参数和干扰参数的情况下，基于平均路径跳数方法，分析了星间链路容量和卫星网络容量。基于理论框架中分析的网络容量，可分析干扰星座轨道参数变化对干扰效果的影响趋势，为低轨星座间星间链路干扰研究提供一定的参考。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法，其特征在于，包括：
步骤S01：构建干扰场景，根据干扰场景构建星座模型，获得被干扰星座卫星坐标和主动干扰星座卫星坐标；
步骤S02：根据自由空间衰弱模型建模，获得卫星通信的信道增益；
步骤S03：根据被干扰星座中的卫星所在区域，确定主干扰区域；
步骤S04：选取所述主干扰区域内的任意一颗被干扰星座卫星，根据信道增益计算所述被干扰星座卫星到相邻四个方向上的被干扰星座卫星的单条星间链路传输速率，从而获得四条星间链路在无干扰条件下和受干扰条件下的链路容量；
步骤S05：构建卫星网络容量计算模型，根据轨道数和每条轨道上的卫星数，确定卫星网络容量。
2.根据权利要求1所述的基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法，其特征在于，步骤S01中所述被干扰星座中卫星坐标为：
A(i,j,t)＝(xA(i,j,t),yA(i,j,t),zA(i,j,t))；
其中，
ΩA＝ΩA0+2πi/PA,
其中，R为地球半径，NA为被干扰星座中卫星总数，PA为被干扰星座中卫星轨道数，FA为被干扰星座中卫星相位因子，hA为被干扰星座中卫星轨道高度，μA为被干扰星座中卫星轨道倾角，ωA为含义被干扰星座运行周期，ΩA为含义被干扰星座各卫星升交点赤经，ΩA0为被干扰星座中卫星初始升交点赤经，为含义被干扰星座各卫星真近点角，为被干扰星座中卫星初始真近点角。
3.根据权利要求1所述的基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法，其特征在于，步骤S01中所述主动干扰星座中卫星坐标为：
B(t)＝(xB(t),yB(t),zB(t))；
其中，
其中，R为地球半径，NB为干扰星座中卫星总数，PB为干扰星座中卫星轨道数，FB为干扰星座中卫星相位因子，hB为干扰星座中卫星轨道高度，μB为干扰星座中卫星轨道倾角，ωB为干扰星座运行周期，ΩB为干扰星座各卫星升交点赤经，ΩB0为干扰星座中卫星初始升交点赤经，为干扰星座各卫星真近点角，为干扰星座中卫星初始真近点角，jB为干扰星座轨道序列号，kB为干扰星座每条轨道上卫星的序列号。
4.根据权利要求1所述的基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法，其特征在于，步骤S02中所述自由空间衰弱模型为：
所述信道增益为：
其中，d为卫星间通信距离,使用的通信频段波长为λ，Gmax为卫星发射或接收天线最大增益，θ1代表了卫星天线偏轴角，θb为卫星天线半功率波束宽度，LF为远旁瓣电平，LS为峰值增益以下的主光束和近旁瓣屏蔽交叉点(dB)，LF通常取0。
5.根据权利要求1所述的基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法，其特征在于，步骤S04中所述单条星间链路传输速率包括：
未受到干扰时，单条星间链路传输速率为：
其中，
通信链路对应的主干扰区域的卫星满足如下条件：
其中，pA为被干扰星座卫星发射功率，Gmax为卫星发射或接收天线最大增益，使用的通信频段波长为λ，为t时刻卫星(i，j)到(i，j+1)的距离，K为玻尔兹曼常数，T为噪声温度，W为通信带宽，为卫星(i，j)到(i，j+1)的通信链路，θ为主干扰区域夹角。
6.根据权利要求1所述的基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法，其特征在于，步骤S04中所述单条星间链路传输速率包括：
受到干扰时，单条星间链路传输速率为：
其中，pB为干扰星座卫星发射功率，为主干扰区域内第k个干扰卫星的干扰链路与被干扰星座通信链路的夹角，为主干扰区域内第k个干扰卫星被干扰卫星的夹角，J(t)为t时刻主干扰区域内干扰卫星的个数，Bk(t)为主干扰区域内第k个干扰卫星的坐标，为t时刻卫星(i，j)到(i，j+1)的距离，A(i,j,t)为被干扰星座中卫星坐标，K为玻尔兹曼常数，T为噪声温度，W为通信带宽。
7.根据权利要求1所述的基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法，其特征在于，步骤S05包括：当轨道数N、每条轨道上的卫星数M均为奇时，卫星网络容量为：
其中，Ro为同轨通信链路实际传输速率和，Rh为异轨通信链路实际传输速率和，P为前向同轨通信链路实际传输速率和，Q为后向同轨通信链路实际传输速率和，U为前向异轨通信链路实际传输速率和，V为后向异轨通信链路实际传输速率和。
8.根据权利要求1所述的基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法，其特征在于，步骤S05包括：当轨道数N、每条轨道上的卫星数M均为偶数时，卫星网络容量为：
其中，Ro为同轨通信链路实际传输速率和，Rh为异轨通信链路实际传输速率和，P为前向同轨通信链路实际传输速率和，Q为后向同轨通信链路实际传输速率和，U为前向异轨通信链路实际传输速率和，V为后向异轨通信链路实际传输速率和。
9.根据权利要求1所述的基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法，其特征在于，步骤S05包括：当轨道数N为奇数，每条轨道上的卫星数M为偶数时，卫星网络容量为：
其中，Ro为同轨通信链路实际传输速率和，Rh为异轨通信链路实际传输速率和，P为前向同轨通信链路实际传输速率和，Q为后向同轨通信链路实际传输速率和，U为前向异轨通信链路实际传输速率和，V为后向异轨通信链路实际传输速率和。
10.根据权利要求1所述的基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法，其特征在于，步骤S05包括：当轨道数N为偶数，每条轨道上的卫星数M为奇数时，卫星网络容量为：
其中，Ro为同轨通信链路实际传输速率和，Rh为异轨通信链路实际传输速率和，P为前向同轨通信链路实际传输速率和，Q为后向同轨通信链路实际传输速率和，U为前向异轨通信链路实际传输速率和，V为后向异轨通信链路实际传输速率和。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410190635.6A CN117749258B (zh) | 2024-02-21 | 2024-02-21 | 基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410190635.6A CN117749258B (zh) | 2024-02-21 | 2024-02-21 | 基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117749258A CN117749258A (zh) | 2024-03-22 |
| CN117749258B true CN117749258B (zh) | 2024-06-07 |
Family
ID=90261373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410190635.6A Active CN117749258B (zh) | 2024-02-21 | 2024-02-21 | 基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117749258B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108011660A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-05-08 | 湖南瓴星空间信息技术有限公司 | 一种全球实时物联网星座系统 |
| CN114337761A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-12 | 航天科工通信技术研究院有限责任公司 | 一种用于卫星互联网星间链路的数字波束成形方法 |
| CN116582202A (zh) * | 2023-07-13 | 2023-08-11 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | 计算大规模非静止轨道星座下行链路干噪比分布的方法 |
| CN116633424A (zh) * | 2023-07-25 | 2023-08-22 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | 一种规避大规模星座下行链路干扰的Walker星座构型设计方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9853712B2 (en) * | 2014-02-17 | 2017-12-26 | Ubiqomm Llc | Broadband access system via drone/UAV platforms |
-
2024
- 2024-02-21 CN CN202410190635.6A patent/CN117749258B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108011660A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-05-08 | 湖南瓴星空间信息技术有限公司 | 一种全球实时物联网星座系统 |
| CN114337761A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-12 | 航天科工通信技术研究院有限责任公司 | 一种用于卫星互联网星间链路的数字波束成形方法 |
| CN116582202A (zh) * | 2023-07-13 | 2023-08-11 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | 计算大规模非静止轨道星座下行链路干噪比分布的方法 |
| CN116633424A (zh) * | 2023-07-25 | 2023-08-22 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | 一种规避大规模星座下行链路干扰的Walker星座构型设计方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 李睿等.非静止轨道卫星网络中同频干扰问题的分析与仿真.电讯技术.2008,(第08期),全文. * |
| 非静止轨道卫星网络中同频干扰问题的分析与仿真;李睿等;电讯技术;20080815(第08期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117749258A (zh) | 2024-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Belbase et al. | Coverage analysis of millimeter wave decode-and-forward networks with best relay selection | |
| CN110266362B (zh) | 一种基于毫米波的星群多波束接收的干扰抑制方法 | |
| Alzidaneen et al. | Resource and placement optimization for multiple UAVs using backhaul tethered balloons | |
| Lou et al. | Coverage analysis of hybrid RF/THz networks with best relay selection | |
| Baianifar et al. | Energy efficiency maximization in mmWave wireless networks with 3D beamforming | |
| CN115276768B (zh) | 融合干扰缓解与资源分配的无人机时延最小化方法 | |
| Shang et al. | Aerial reconfigurable intelligent surfaces meet mobile edge computing | |
| Yahia et al. | Optical satellite eavesdropping | |
| Marzi et al. | Interference analysis for mm-wave picocells | |
| Zander | Jamming in slotted ALOHA multihop packet radio networks | |
| Ge et al. | Intelligent reflecting surface-enhanced UAV communications: Advances, challenges, and prospects | |
| Yuan et al. | Connectivity of UAV swarms in 3D spherical spaces under (un) intentional ground interference | |
| Leone et al. | Towards reliable mmWave 6G RAN: Reconfigurable surfaces, smart repeaters, or both? | |
| Balti et al. | Mmwaves cellular v2x for cooperative diversity relay fast fading channels | |
| CN117749258B (zh) | 基于非合作低轨星座星间链路干扰的网络容量确定方法 | |
| CN117060963A (zh) | 智能反射面的优化方法、noma传输方法及其系统 | |
| Seth et al. | Forming coalition sets from directional radios | |
| Gao et al. | Coverage and capacity optimization in STAR-RISs assisted networks: A machine learning approach | |
| Onidare et al. | On the spectrum and energy efficiency in dynamic licensed shared access systems: A multiobjective optimization approach | |
| CN115733541A (zh) | 无人机辅助的地面卫星通信的安全保障方法、系统及终端 | |
| Farahvash et al. | Co-channel interference assessment for line-of-sight and nearly line-of-sight millimeter-waves cellular lmds architecture | |
| Zhang et al. | Optimal placement of reconfigurable intelligent surfaces with random obstacle distribution | |
| Yeh et al. | Performance analysis of wireless networks with directional antennas | |
| Hu et al. | On the feasibility of high throughput mmWave backhaul networks in urban areas | |
| CN114665995A (zh) | 一种考虑硬件损伤的无人机辅助无线通信的安全性能分析方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |