[發明專利]一種多星共位的衛星通信系統

在審

• 申請號: 202011389270.8
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112564770A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 黃永華;章仁飛;陳田;姚艷軍;胡樹楷;王昕;吳守天;趙靚;張靖;彭立軍
• 申請（專利權）人: 天地信息網絡研究院（安徽）有限公司
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 合肥律眾知識產權代理有限公司 34147
• 代理人: 趙娟

本發明公開了一種多星共位的衛星通信系統，包括多顆衛星和地面站，多顆衛星部署在同一軌位，由地面站對衛星進行控制，保證衛星之間的安全距離、多顆衛星之間的定時同步以及衛星與地面站之間的定時同步；地面站將系統內所有衛星的通信資源集中管理，根據地面應用需求統一調度，各衛星通信波束服從調度協同服務，支持的網絡工作模式包括覆蓋增強模式、功率增強模式和載波聚合模式。本發明的有益效果：1、靈活組網，根據應用需求選擇相應的網絡工作模式，提升了網絡服務能力。2、便于按需建設，可靈活擴充，節約建設成本；3、突破單星功率、天線安裝面積的局限。

技術領域

本發明涉及衛星通信技術領域，具體是一種多星共位的衛星通信系統。

背景技術

近年來，衛星通信系統受到廣泛關注，隨之而來的是頻率資源和軌位資源的緊缺。解決頻率緊缺的問題有兩條途徑：一種途徑是，增加可用帶寬，衛星通信向著更高的頻率區間擴展，例如由前些年的C波段、L波段擴展到現在的Ku波段、Ka波段；另外一種途徑是，提高頻帶利用率，使用多個點波束提供服務，非相鄰波束復用相同頻帶。對于軌位資源的緊缺，目前尚未提出較好的解決方案，以低軌空間為例，低軌空間能夠容納的衛星總數量上限約10萬顆，然而僅Space-X公司的星鏈(Starlink)項目就申請了1.2萬余顆，可見有限的軌位資源已不能滿足全球商業衛星的發展需求。

在軌位資源非常有限的前提下，增加單個軌位服務衛星的數量，提高單個軌位網絡節點的服務能力必然是目前的主要研究方向。然而，在提高單顆通信衛星服務能力的過程中，存在以下局限：1、功率受限，通信衛星需要持續向地面發射電磁波信號，這將消耗較多電能，現有衛星的電能幾乎全部來源于安裝在衛星上的太陽能帆板，對于單顆衛星而言，太陽能帆板展開面積有限；2、天線安裝位置受限，衛星對地通信天線安裝在衛星朝向地面一側的平面上，該平面上安裝天線的數目及面積受平面面積限制。

發明內容

針對現有衛星通信系統存在的軌位資源緊張的問題，本發明提供一種多星共位的衛星通信系統，在軌位資源受限的前提下，提升衛星網絡服務能力。

本發明保護一種多星共位的衛星通信系統，包括多顆衛星和地面站，其特征在于，多顆衛星部署在同一軌位且衛星之間的軌道偏離小于±0.1°，由地面站對衛星進行控制，保證衛星之間的安全距離、多顆衛星之間的定時同步以及衛星與地面站之間的定時同步；地面站將系統內所有衛星的通信資源集中管理，根據地面應用需求對各衛星的通信波束進行協同調度和聯合處理，使得衛星網絡支持覆蓋增強、功率增強、載波聚合三種工作模式。

進一步的，當系統工作于覆蓋增強模式，地面站控制系統內不同衛星的通信波束指向不同服務區域，優選的，將相同頻率的通信波束在空間上隔離開。

進一步的，當系統工作于功率增強模式，地面站控制系統內多顆衛星的同頻波束指向同一服務區域，并服務同一用戶終端，為該用戶終端進行返向信號聯合接收和前向信號聯合發送；返向信號聯合接收是指多顆衛星同時接收一個用戶終端的返向信號并合并解調；前向信號聯合發送是指多顆衛星同時向一個用戶終端發送經過預加權處理的前向信號；預加權處理為，用戶終端根據衛星發送的導頻信號測量其波束對應的信道系數，并通過返向鏈路反饋至地面站，地面站根據用戶終端反饋的測量結果對該波束進行預加權處理。

進一步的，當系統工作于載波聚合模式，來自一顆或多顆衛星的多個通信波束工作在不同頻段并指向同一服務區域，并服務同一用戶終端，各波束工作在不同的載波頻率。

進一步的，每顆衛星上安裝有定位設備，衛星通過定位設備向其他共軌衛星發送測距信號，其他共軌衛星根據收到的測距信號確定與其之間的相對位置，并將相對位置信息發送至地面站，地面站根據系統內所有衛星發送的相對位置信息控制各衛星的軌位與姿態。

本發明的有益效果：