[發明專利]低軌衛星移動通信地面實驗系統

有效

• 申請號: 202110548771.4
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113411149B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 王聞今;李靈瑄;丁睿;鄭奕飛;任博文
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04B7/185
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 秦秋星

本發明公開了一種低軌衛星移動通信地面實驗系統，包括軟件平臺和硬件平臺，軟件平臺負責衛星信道實時參數計算、數據分析和可視化表達，硬件平臺包括發送信號處理模塊、波束用戶方向模擬模塊、衛星信道模擬模塊和數模轉換模塊。發送信號處理模塊用于基帶發送信號處理，波束用戶方向模擬模塊用于模擬天線域和波束域用戶信道空間方向，衛星信道模擬模塊用于模擬低軌星地信道存在的信道長時延、大衰落、多徑特性以及大多普勒頻偏的性質，數模轉換模塊將用戶接收數據轉換成模擬中頻信號進行輸出。本發明支持天線模式和波束模式兩種場景模擬，同時波束模式將衛星波束成型與用戶信道空間方向進行合并從而進行低復雜度實現，極大地降低了系統的資源消耗。

技術領域

本發明屬于衛星移動通信領域，涉及一種低軌衛星移動通信地面實驗系統。

背景技術

作為地面通信系統的互補和延伸，同時也是地面第五代(5G，5th Generation)移動通信技術的重要組成部分，寬帶低軌衛星通信系統逐漸成為當前衛星通信領域的研究熱點之一。低軌衛星相比于中高軌道衛星而言具有重量輕、體積小、成本低等優點，此外也有更低的傳輸時延，數十顆或上百顆低軌衛星還可協同工作形成星座系統以提供全球范圍內的傳輸覆蓋。但同時由于低軌衛星通信鏈路與地面通信環境具有顯著差異，如衛星相對地面的高速運動帶來的大多普勒頻移等特性，也對地面站的空口信號處理帶來了許多挑戰。

隨著用戶對于衛星通信速率的需求越來越高，現用頻段資源日益趨于飽和，如何采用更高效的數據傳輸方案是當前的研究重點。相比于單波束傳輸方案，多波束傳輸技術能同時生成多個波束覆蓋目標區域，且多波束間能夠實現頻率復用，極大提高通信系統吞吐量。此外，星載多波束天線技術也已有較多成熟的應用，如Iridium系統配備3副天線，其中每副天線有16個點波束。

由于衛星運行的特殊環境條件，如果采用外場試驗方法租用實際衛星鏈路對相關算法進行驗證，會出現成本過于高昂、測試時間長且易受惡劣天氣影響等問題。為了降低仿真成本和實現復雜度，需要一種能夠真實模擬衛星載荷與星地信道特性的地面驗證仿真系統。但是，多波束寬帶低軌衛星系統普遍實現復雜度很高，通常的做法是在兩個硬件平臺分別實現多波束載荷模擬器和衛星用戶信道模擬器，因此需要消耗大量的硬件資源和計算時間。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種低復雜度、集成度高、架構靈活的低軌衛星移動通信地面實驗系統，用于真實模擬多波束寬帶低軌衛星通信載荷與衛星地面無線信道特征，進而可用于低軌衛星系統信道容量評估和相關算法研究。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種低軌衛星移動通信地面實驗系統，用于真實模擬多波束寬帶低軌衛星通信載荷與衛星地面無線信道特性，所述系統包括軟件平臺和硬件平臺；所述軟件平臺負責通過用戶輸入的衛星系統參數生成硬件平臺運行過程中需要用到的衛星信道實時參數并將其發送給硬件平臺，同時接收硬件平臺的運行結果進行數據分析和可視化表達；所述硬件平臺包括發送信號處理模塊、波束用戶方向模擬模塊、衛星信道模擬模塊和數模轉換模塊；

所述發送信號處理模塊的輸入信號為要在各個波束上進行發送的多路信號，輸出信號為對應波束的數字基帶IQ信號，并輸入至波束用戶方向模擬模塊；

所述波束用戶方向模擬模塊接收對應波束的數字基帶IQ信號進行處理，可選兩種不同的工作模式，包括天線測試模式以及波束直通模式，分別模擬天線域和波束域的信道等效系數，處理后得到的輸出信號為對應用戶接收信號；

所述衛星信道模擬模塊的輸入數據為波束用戶方向模擬模塊的輸出信號，該信道模擬模塊用于模擬低軌星地信道存在的信道長時延、大衰落、多徑特性以及大多普勒頻偏的性質，并將經過處理的信號輸出至數模轉換模塊；

所述數模轉換模塊的輸入信號為衛星信道模擬模塊的輸出數據，經過數字模擬轉換得到各個用戶的模擬中頻接收信號并進行輸出。