CN118118078A - 一种基于c频段终端的卫星通信链路方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于C频段终端的卫星通信链路方法，包括：通过主站发送主站前向链路上行数据；根据主站前向链路上行数据，卫星通过第一总损耗和前向链路上行载噪比获取卫星前向链路上行数据；根据卫星前向链路上行数据，终端通过第二总损耗和前向链路下行载噪比获取终端前向链路下行数据；通过终端发送终端返向链路上行数据；根据终端返向链路上行数据，卫星通过第三总损耗和返向链路上行载噪比获取卫星返向链路上行数据；根据卫星返向链路上行数据，主站通过第四总损耗和返向链路下行载噪比获取主站返向链路下行数据。本发明解决了受限于其通信频段低、频谱资源紧缺，此类系统可提供的总通信容量不足，可支持用户数量较少的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，特别是涉及一种基于C频段终端的卫星通信链路方法及装置。
背景技术
传统卫星通信设备比较灵活，多种尺寸大小的固定式、便携式、船载、车载动中通、车载静中通等终端可作用于海事、陆地及航空等应用领域。但对于卫星通信设备而言，手持卫星终端在使用灵活、体积小、重量轻等方面具有显而易见的优势。随着星上和终端技术的发展迭代，卫星通信的应用开始面向小型用户迅速普及，手持卫星终端以其便捷和人性化的优点，具有广泛的市场前景。在军事领域，手持终端受益于其体积小、携带方便的特点，可以在减轻装备负重的同时保证战场通信的高效、便捷，确保部队无论在何地都能保持联系，有助于一些关键信息的传递，产生有利的战略影响；同时，依托于其强大的稳定性、可移植性，手持终端在民用领域同样有着巨大的潜力，在航海定位、导航，搜救，气象监测方面，借助于便捷的移动终端操作，可以有效提高海事作业效率，在遇到自然灾害时，可以在极端自然条件下提供搜查、定位能力，保障人民的生命财产安全。
现有卫星通信小型手持终端大多基于S、L频段移动卫星通信系统实现，如天通、Iridium、Inmarsat、Thuraya等，这些系统中星上均配备了大尺寸天线，可提供较高增益，并且由于自由空间传输损耗相对较小，适用于短消息、话音等窄带通信。然而，由于此类系统通信频段低，且可用频谱资源紧缺，它们所能提供的总通信容量不足，可支持用户数量较少，难以有效满足日益增长的通信需求。
C频段是指频率在4-8GHz的无线电波频段，被认为是具有较好综合性能的电磁波频段。与S和L频段相比，C频段因其相对较高的频率能够提供更高的带宽及通信容量，同时对天气变化的敏感度较低，因而在许多领域中拥有更为广泛和重要的应用。然而，在C频段卫星通信领域，受限于通信终端设备体积庞大和功耗巨大等问题，尚缺乏成熟的小型手持终端。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种基于C频段终端的卫星通信链路方法，该方法包括：
通过主站发送主站前向链路上行数据；
根据所述主站前向链路上行数据，卫星通过第一总损耗和前向链路上行载噪比获取卫星前向链路上行数据；
根据所述卫星前向链路上行数据，终端通过第二总损耗和前向链路下行载噪比获取终端前向链路下行数据。
优选地，所述第一总损耗包括自由空间传播损耗、发射端的天线指向误差损耗、接收端的天线指向误差损耗和大气总衰减。
优选地，所述第二总损耗包括卫星载波的转发器输出回退、自由空间传播损耗、发射端的天线指向误差损耗、接收端的天线指向误差损耗、大气总衰减和极化损耗。
优选地，还包括：根据所述前向链路上行载噪比和所述前向链路下行载噪比获取前向链路整体的载噪比。
一种基于C频段终端的卫星通信链路方法，该方法包括：通过终端发送终端返向链路上行数据；
根据所述终端返向链路上行数据，卫星通过第三总损耗和返向链路上行载噪比获取卫星返向链路上行数据；
根据所述卫星返向链路上行数据，主站通过第四总损耗和返向链路下行载噪比获取主站返向链路下行数据。
优选地，所述第三总损耗包括自由空间传播损耗、发射端的天线指向误差损耗、接收端的天线指向误差损耗、大气总衰减和极化损耗。
优选地，所述第四总损耗包括卫星载波的转发器输出回退、自由空间传播损耗、发射端的天线指向误差损耗、接收端的天线指向误差损耗、大气总衰减和极化损耗。
优选地，还包括：根据所述返向链路上行载噪比和所述返向链路下行载噪比获取返向链路整体的载噪比。
一种基于C频段终端的卫星通信链路装置，包括：
主站发送模块，用于主站发送主站前向链路上行数据；
前向链路上行数据模块，用于根据所述主站前向链路上行数据，卫星通过第一总损耗和前向链路上行载噪比获取卫星前向链路上行数据；
前向链路下行数据模块，用于根据所述卫星前向链路上行数据，终端通过第二总损耗和前向链路下行载噪比获取终端前向链路下行数据。
优选地，还包括：前向载噪比获取模块，用于根据所述前向链路上行载噪比和所述前向链路下行载噪比获取前向链路整体的载噪比。
一种基于C频段终端的卫星通信链路装置，包括：
终端发送模块，用于终端发送终端返向链路上行数据；
返向链路上行模块，用于根据所述终端返向链路上行数据，卫星通过第三总损耗和返向链路上行载噪比获取卫星返向链路上行数据；
返向链路下行模块，用于根据所述卫星返向链路上行数据，主站通过第四总损耗和返向链路下行载噪比获取主站返向链路下行数据。
优选地，还包括：返向链路整体的载噪比获取模块，用于根据所述返向链路上行载噪比和所述返向链路下行载噪比获取返向链路整体的载噪比。
按照本发明提供的一种基于C频段终端的卫星通信链路方法及装置与现有技术相比具有如下优点：
本发明的C频段是指频率在4-8GHz的无线电波频段，被认为是具有较好综合性能的电磁波频段。与S和L频段相比，C频段因其相对较高的频率能够提供更高的带宽及通信容量，同时对天气变化的敏感度较低，因而在许多领域中拥有更为广泛和重要的应用。本发明面向C频段卫星通信系统展开了研究，进行了C频段小型终端的卫星通信链路设计，通过对射频链路的参数分析，对链路的可行性进行了初步评估，并给出终端的射频方案，为未来C频段小型手持终端的通信系统研发提供理论依据。
附图说明
图1是本发明的基于C频段终端的卫星通信链路方法工作流程图之一,
图2是本发明的基于C频段终端的卫星通信链路方法工作流程图之二，
图3是本发明的基于C频段终端的卫星通信链路装置结构示意图之一；
图4是本发明的基于C频段终端的卫星通信链路装置结构示意图之二；
图5是本发明的实施例1中的端到端误比特率图；
图6是本发明的实施例2中的端到端误比特率图。
具体实施方式
为清楚的说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开的应用或用途。应当理解的是，在全部的附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。
如图1所示。一种基于C频段终端的卫星通信链路方法，该方法包括：
S101，通过主站发送主站前向链路上行数据；
S102，根据主站前向链路上行数据，卫星通过第一总损耗和前向链路上行载噪比获取卫星前向链路上行数据；第一总损耗包括自由空间传播损耗、发射端的天线指向误差损耗、接收端的天线指向误差损耗和大气总衰减。具体来说，卫星通信链路基本参数的计算方法如下：
抛物面天线增益G定义为：
其中，D为天线口径；f为载波频率；c为光速，取值3×108m/s；η为天线效率。
等效全向辐射功率EIRP定义为：
EIRP＝P+G-Lft (2)
其中，P为功放输出功率；G为天线发射增益；Lft为功放与天线间馈线传输损耗。
自由空间传播损耗Ldist定义为：
其中，f为载波频率；d为信号传播距离；c为光速。
天线指向误差损耗Lpt定义为：
Lpt＝12(θe/θ-3dB)2 (4)
其中，θe为天线指向偏离最大增益方向的角度；θ-3dB为天线半功率波束宽度。
大气总衰减Lat定义为：
Lat＝Lg+Lc+Lf+Lr+Ls (5)
其中，Lg为气体衰减；Lc为云衰减；Lf为雾衰减；Lr为雨衰减；Ls为对流层闪烁衰减，各部分衰减按照ITU-R P.618推荐标准进行计算。
链路总传输损耗L定义为：
L＝Ldist+Lpt,tx+Lpt,rx+Lat+Lpl (6)
其中，Ldist为自由空间传播损耗；Lpt,tx为发射端的天线指向误差损耗；Lpt,rx为接收端的天线指向误差损耗；Lat为大气总衰减；Lpl为极化损耗，当使用圆极化天线接收线极化波时，极化损耗为3dB。
接收系统等效噪声温度Tes定义为：
其中，Ta为天线噪声温度；Lfr为馈线传输损耗；T0为环境温度，取值290K；Ter为接收机噪声温度。
接收系统品质因数G/T定义为：
G/T＝G-Lfr-Tes (8)
其中，G为天线接收增益；Lfr为馈线传输损耗；Tes为接收系统等效噪声温度。
前向上行链路载噪比(C/Nu)FWD定义为：
(C/Nu)FWD＝EIRPg-Lu,FWD+G/Ts-10lg(BWu,FWD)-k (9)
其中，EIRPg为主站的等效全向辐射功率；Lu,FWD为前向上行链路总传输损耗；G/Ts为前向上行链路卫星接收系统品质因数；BWu,FWD为前向上行链路载波噪声带宽；k为玻尔兹曼常数，取值-228.6dB(W/(K·Hz))。
S103，根据卫星前向链路上行数据，终端通过第二总损耗和前向链路下行载噪比获取终端前向链路下行数据。第二总损耗包括卫星载波的转发器输出回退、自由空间传播损耗、发射端的天线指向误差损耗、接收端的天线指向误差损耗、大气总衰减和极化损耗。
前向下行链路载噪比(C/Nd)FWD定义为：
(C/Nd)FWD＝EIRPs-BOo-Ld,FWD+G/Tt-10lg(BWd,FWD)-k (10)
其中，EIRPs为前向下行链路卫星载波的等效全向辐射功率；BOo为卫星载波的转发器输出回退；Ld,FWD为前向下行链路总传输损耗；G/Tt为终端接收系统品质因数；BWd,FWD为前向下行链路载波噪声带宽；k为玻尔兹曼常数。
优选地，根据所述前向链路上行载噪比和所述前向链路下行载噪比获取前向链路整体的载噪比。
前向链路整体的载噪比(C/N)FWD定义为：
其中，(C/Nu)FWD为前向上行链路载波功率与噪声功率之比；(C/Nd)FWD为前向下行链路载波功率与噪声功率之比；(C/I)AC,FWD为前向链路载波功率与相邻信道干扰信号功率之比；(C/I)AS,FWD为前向链路载波功率与相邻卫星系统产生的干扰功率之比；(C/I)XP,FWD为前向链路载波功率与交叉极化信号产生的干扰功率之比；(C/I)IM,FWD为前向链路载波功率与互调信号产生的干扰功率之比。
如图2所示。一种基于C频段终端的卫星通信链路方法，该方法包括：S201，通过终端发送终端返向链路上行数据；
S202，根据终端返向链路上行数据，卫星通过第三总损耗和返向链路上行载噪比获取卫星返向链路上行数据；第三总损耗包括自由空间传播损耗、发射端的天线指向误差损耗、接收端的天线指向误差损耗、大气总衰减和极化损耗。返向上行链路载噪比(C/N)u,RTN定义为：
(C/N)u,RTN＝EIRPt-Lu,RTN+G/Ts-10lg(BWu,RTN)-k (12)
其中，EIRPt为终端的等效全向辐射功率；Lu,RTN为返向上行链路总传输损耗；G/Ts为返向上行链路卫星接收系统品质因数；BWu,RTN为返向上行链路载波噪声带宽；k为玻尔兹曼常数。
S203，根据卫星返向链路上行数据，主站通过第四总损耗和返向链路下行载噪比获取主站返向链路下行数据。第四总损耗包括卫星载波的转发器输出回退、自由空间传播损耗、发射端的天线指向误差损耗、接收端的天线指向误差损耗、大气总衰减和极化损耗。返向下行链路载噪比(C/Nd)RTN定义为：
(C/Nd)RTN＝EIRPs-BOo-Ld,RTN+G/Tg-10lg(BWd,RTN)-k (13)
其中,EIRPs为返向下行链路卫星载波的等效全向辐射功率；BOo为卫星载波的转发器输出回退；Ld,RTN为返向下行链路总传输损耗；G/Tg为主站接收系统品质因数；BWd,RTN为返向下行链路载波噪声带宽；k为玻尔兹曼常数。
优选地，还包括：根据返向链路上行载噪比和返向链路下行载噪比获取返向链路整体的载噪比。
返向链路整体的载噪声比(C/N)RTN定义为：
其中，(C/Nu)RTN为返向上行链路载波功率与噪声功率之比；(C/Nd)RTN为返向下行链路载波功率与噪声功率之比；(C/I)AC,RTN为返向链路载波功率与相邻信道干扰信号功率之比；(C/I)AS,RTN为返向链路载波功率与相邻卫星系统产生的干扰功率之比；(C/I)XP,RTN为返向链路载波功率与交叉极化信号产生的干扰功率之比；(C/I)IM,RTN为返向链路载波功率与互调信号产生的干扰功率之比。
如图3所示。一种基于C频段终端的卫星通信链路装置，包括：
主站发送模块301，用于主站发送主站前向链路上行数据；
前向链路上行数据模块302，用于根据所述主站前向链路上行数据，卫星通过第一总损耗和前向链路上行载噪比获取卫星前向链路上行数据；
前向链路下行数据模块303，用于根据所述卫星前向链路上行数据，终端通过第二总损耗和前向链路下行载噪比获取终端前向链路下行数据。
优选地，还包括：前向载噪比获取模块，用于根据所述前向链路上行载噪比和所述前向链路下行载噪比获取前向链路整体的载噪比。
如图4所示。一种基于C频段终端的卫星通信链路装置，包括：终端发送模块401，用于终端发送终端返向链路上行数据；
返向链路上行模块402，用于根据所述终端返向链路上行数据，卫星通过第三总损耗和返向链路上行载噪比获取卫星返向链路上行数据；
返向链路下行模块403，用于根据所述卫星返向链路上行数据，主站通过第四总损耗和返向链路下行载噪比获取主站返向链路下行数据。
优选地，还包括：返向链路整体的载噪比获取模块，用于根据所述返向链路上行载噪比和所述返向链路下行载噪比获取返向链路整体的载噪比。
根据提出的基于C频段终端的卫星通信链路方法，本发明依托符合DVB-S2X标准的仿真平台，设计了两种C频段小型终端射频方案。
在实施例1中即方案1中，C频段小型终端发射功率为1W，发射天线增益为10dBi，EIRP为10dBW，G/T为-14dB/K，载波噪声带宽为26.55kHz。此时，前向链路整体的载噪比为9.47dB，返向链路整体的载噪比为-8.44dB。
基于DVB-S2X通信体制中的VLSNR模式，当调制编码方式为BPSK-S1/5时的仿真结果如图5。根据结果可以得出，在误比特率小于1e-6的前提下，终端可达最高1.1kbps的理论通信速率，此时可支持短消息和较差的话音业务。
在实施例2中即方案2中，C频段小型终端发射功率为2W，发射天线增益为13dBi，EIRP为16dBW，G/T为-11dB/K，载波噪声带宽为26.55kHz。此时，前向链路整体的载噪比为10.97dB，返向链路整体的载噪比为-2.47dB。
基于DVB-S2X通信体制中的VLSNR模式，当调制编码方式为BPSK-S1/5时的仿真结果如图6。根据结果可以得出，在误比特率小于1e-6的前提下，终端可达最高4.5kbps的理论通信速率，此时可支持较优的话音业务。
综上所述，以上所述内容仅为本发明的实施例，仅用于说明本发明的原理，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种基于C频段终端的卫星通信链路方法，其特征在于，该方法包括：
通过主站发送主站前向链路上行数据；
根据所述主站前向链路上行数据，卫星通过第一总损耗和前向链路上行载噪比获取卫星前向链路上行数据；
根据所述卫星前向链路上行数据，终端通过第二总损耗和前向链路下行载噪比获取终端前向链路下行数据。
2.如权利要求1所述的基于C频段终端的卫星通信链路方法，其特征在于：所述第一总损耗包括自由空间传播损耗、发射端的天线指向误差损耗、接收端的天线指向误差损耗和大气总衰减。
3.如权利要求1所述的基于C频段终端的卫星通信链路方法，其特征在于：所述第二总损耗包括卫星载波的转发器输出回退、自由空间传播损耗、发射端的天线指向误差损耗、接收端的天线指向误差损耗、大气总衰减和极化损耗。
4.如权利要求1所述的基于C频段终端的卫星通信链路方法，其特征在于：还包括：根据所述前向链路上行载噪比和所述前向链路下行载噪比获取前向链路整体的载噪比。
5.一种基于C频段终端的卫星通信链路方法，其特征在于，该方法包括：通过终端发送终端返向链路上行数据；
根据所述终端返向链路上行数据，卫星通过第三总损耗和返向链路上行载噪比获取卫星返向链路上行数据；
根据所述卫星返向链路上行数据，主站通过第四总损耗和返向链路下行载噪比获取主站返向链路下行数据。
6.如权利要求5所述的基于C频段终端的卫星通信链路方法，其特征在于：所述第三总损耗包括自由空间传播损耗、发射端的天线指向误差损耗、接收端的天线指向误差损耗、大气总衰减和极化损耗。
7.如权利要求5所述的基于C频段终端的卫星通信链路方法，其特征在于：所述第四总损耗包括卫星载波的转发器输出回退、自由空间传播损耗、发射端的天线指向误差损耗、接收端的天线指向误差损耗、大气总衰减和极化损耗。
8.如权利要求5所述的基于C频段终端的卫星通信链路方法，其特征在于：还包括：根据所述返向链路上行载噪比和所述返向链路下行载噪比获取返向链路整体的载噪比。
9.一种基于C频段终端的卫星通信链路装置，其特征在于：包括：
主站发送模块，用于主站发送主站前向链路上行数据；
前向链路上行数据模块，用于根据所述主站前向链路上行数据，卫星通过第一总损耗和前向链路上行载噪比获取卫星前向链路上行数据；
前向链路下行数据模块，用于根据所述卫星前向链路上行数据，终端通过第二总损耗和前向链路下行载噪比获取终端前向链路下行数据。
10.如权利要求9所述的基于C频段终端的卫星通信链路装置，其特征在于：还包括：前向载噪比获取模块，用于根据所述前向链路上行载噪比和所述前向链路下行载噪比获取前向链路整体的载噪比。
11.一种基于C频段终端的卫星通信链路装置，其特征在于：包括：
终端发送模块，用于终端发送终端返向链路上行数据；
返向链路上行模块，用于根据所述终端返向链路上行数据，卫星通过第三总损耗和返向链路上行载噪比获取卫星返向链路上行数据；
返向链路下行模块，用于根据所述卫星返向链路上行数据，主站通过第四总损耗和返向链路下行载噪比获取主站返向链路下行数据。
12.如权利要求11所述的基于C频段终端的卫星通信链路装置，其特征在于：还包括：返向链路整体的载噪比获取模块，用于根据所述返向链路上行载噪比和所述返向链路下行载噪比获取返向链路整体的载噪比。
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