一种基于球面数字相控阵系统的通信组网方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于球面数字相控阵系统的通信组网方法，该方法首先引入相控阵系统，从空间上对相同频段波束进行区分，通过移动基站搭载相控阵天线，与卫星建立通信链路，同时与可通信范围内所有用户建立通信，提高频谱资源空间复用；其次，在原先只根据距离选择基站进行组网的基础上提出同时组网时同时考虑距离与夹角因素，通过分析相邻链路夹角间增益关系，尽可能降低波束间同频干扰，提高网络总体流通量。本发明专利技术提出的通信组网方法应用非常广泛，且充分利用资源，提高网络性能，该方法对未来移动通信发展具有重大意义。

A Communication Networking Method Based on Spherical Digital Phased Array System

The invention discloses a communication networking method based on spherical digital phased array system. The method first introduces a phased array system to differentiate the beams of the same frequency band from space, establishes communication links with satellites by carrying phased array antennas on mobile base stations, and establishes communication with all users within the communication range to improve the spatial reuse of spectrum resources. On the basis of distance selection base station for networking, it is proposed that distance and angle should be considered simultaneously when networking. By analyzing the gain relationship between adjacent link angles, the co-frequency interference between beams can be reduced as much as possible, and the overall network traffic can be improved. The communication networking method proposed by the invention has wide application, fully utilizes resources and improves network performance. The method has great significance for the future development of mobile communication.

【技术实现步骤摘要】
一种基于球面数字相控阵系统的通信组网方法
本专利技术涉及移动通信领域，具体涉及一种基于球面数字相控阵系统的通信组网方法。
技术介绍
随着日常活动日益增多，各种产业迅速发展，对通信服务高质量的需求也越发高。然而现阶段，移动用户除直接与卫星通信外，只能通过固定基站或者移动基站通信。基站通过全向性天线形成一个区域网络，与可通信范围内移动节点通信，为保障区域内各节点通信互不干扰，分配给该网络的频带需进行频谱分割，维持网络内所有节点中心频率均不同。由于同步轨道资源有限，用户可用资源稀缺，通信仍然以语音为主。随着技术发展，以多波束形成技术为核心的集成相控阵技术将以其高集成度和低成本驱动移动通信的发展和广泛应用。相控阵天线能够形成具有指向性的波束，可区分不同方向上处在相同频段的信号，因此，在原先使用全向性天线的网络中引入相控阵天线，可极大程度上提高频谱资源空间复用。然而，若以引入相控阵天线的基站节点为中心的通信网络内，各链路均使用相同频段，则会存在极大的同频干扰。改变基站的位置可有效缓解多波束间同频干扰，然而在移动多变网络中显然不适用。如何基于现有技术，在常规网络构建方法上提出更好的组网方法是一个问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出一种基于球面数字相控阵系统的通信组网方法，具体技术方案如下：一种基于球面数字相控阵系统的通信组网方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：构建通信网络；该通信网络包括卫星、多个移动基站和多个移动基站通信范围内的所有用户，所述的多个移动基站均搭载相控阵天线，其与所述的卫星建立通信链路，与其通信范围内的所有用户节点建立通信，形成多个以搭载球面数字相控阵系统为核心的移动通信网络，且数字相控阵系统发出的所有波束频段相同；S2：优化移动通信链路；(1)当所有的用户均只在一个基站的覆盖范围内时，则所有的用户均与其可通信的移动基站进行通信；(2)当存在用户位于若干个移动基站的覆盖范围内时，则考虑距离和波束间夹角两个因素对通信网络进行优化，具体实现如下：①先按就近原则组网，所有用户均先与其距离最近的可通信的移动基站通信，将用户节点作为发射端，移动基站作为接收端，计算移动基站接收到的信号干扰比SIRij，并计算此时网络总体流通量C：其中，pj表示移动基站i接收到来自用户j的信号功率，Ik表示用户j与移动基站i建立的该通信链路受到第k链路的同频干扰强度，B表示接收信号带宽；②考虑夹角组网，对于只有一个可通信的移动基站的用户与其可通信移动基站通信，对于处在N个基站覆盖范围内的用户，首先将其与距离最近的可通信移动基站相连，形成通信链路，并将该用户的通信链路与相邻的两条通信链路之间的夹角中较小的那个定义为θ1，再采用同样的方法，依次将所述的用户a与另外可通信移动基站相连，并分别计算该用户连接不同基站时，用户a的通信链路与相邻的通信链路之间的较小夹角分别为θ2、θ3···θN，并比较多个夹角对应的天线增益值G(θ1)，G(θ2)，G(θ3)，···，G(θN)，用户与最小的天线增益值对应的可通信移动基站通信，将用户节点作为发射端，移动基站作为接收端，计算基站接收到的信号干扰比SIR'ij，并计算此时网络总体流通量C'其中，pj'表示i个移动基站i接收到来自第j个用户的信号功率，Ik'表示该通信链路受到第k链路的同频干扰强度；③比较根据两种基站选择依据得到的总体网络流通量，若C>C'，则只考虑距离，则通信重叠覆盖区域内的用户根据就近选择基站进行通信；若C<C'，则通信重叠覆盖区域内用户根据链路间夹角增益越小原则选择基站，其他不重叠区域用户与可通信范围内基站进行通信。进一步地，所述的相控阵天线由多个阵元形成一个波束，该波束的增益随角度变化曲线图通过实测或者CST仿真得到。本专利技术的有益效果：本专利技术的组网方法首先利用球面数字相控阵系统，从空间上对相同频段波束进行区分，提高频谱资源空间复用；其次，在原先只根据距离选择基站进行组网的基础上提出同时组网时同时考虑距离与夹角因素，通过分析相邻链路夹角间增益关系，尽可能降低波束间同频干扰，来提高网络总体流通量。附图说明图1是基于球面数字相控阵系统的通信组网模型示意图；图2是两种基站选择依据对应简单网络模型示意图，a图是就近原则组网示意图，b图是增益更小原则组网示意图。具体实施方式下面根据附图和优选实施例详细描述本专利技术，本专利技术的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种基于球面数字相控阵系统的通信组网方法，该方法包括如下步骤：S1：构建通信网络，如图1所示；该通信网络包括卫星、多个移动基站，如S1，S2等，和多个移动基站通信范围内用户，如a，b，c等，所述的多个移动基站均搭载相控阵天线，其与所述的卫星建立通信链路，与其通信范围内的用户节点建立通信，形成多个以搭载球面数字相控阵系统为核心的移动通信网络。基站通信范围有限，每个圆圈为该基站可通信范围，且基站与基站之间存在覆盖重合区域，由图中阴影部分表示。且为提高频谱资源空间复用，所有波束均位于相同频段；S2：优化移动通信链路：(1)当所有的用户均只在一个基站的覆盖范围内时，则所有的用户均与其可通信的移动基站进行通信；(2)当存在用户位于若干个移动基站的覆盖范围内时，则考虑距离和波束间夹角两个因素对通信网络进行优化，具体实现如下：①先按就近原则组网，所有用户均先与其距离最近的可通信的移动基站通信，将用户节点作为发射端，移动基站作为接收端，计算移动基站接收到的信号干扰比SIRij，并计算此时网络总体流通量C：其中，pj表示移动基站i接收到来自用户j的信号功率，Ik表示用户j与移动基站i建立的该通信链路受到第k链路的同频干扰强度，B表示接收信号带宽；②考虑夹角组网，对于只有一个可通信的移动基站的用户与其可通信移动基站通信，对于处在N个基站覆盖范围内的用户，首先将其与距离最近的可通信移动基站相连，形成通信链路，并将该用户的通信链路与相邻的两条通信链路之间的夹角中较小的那个定义为θ1，再采用同样的方法，依次将所述的用户a与另外可通信移动基站相连，并分别计算该用户连接不同基站时，用户a的通信链路与相邻的通信链路之间的较小夹角分别为θ2、θ3···θN，并比较多个夹角对应的天线增益值G(θ1)，G(θ2)，G(θ3)，···，G(θN)，用户与最小的天线增益值对应的可通信移动基站通信，将用户节点作为发射端，移动基站作为接收端，计算基站接收到的信号干扰比SIR'ij，并计算此时网络总体流通量C'其中，pj'表示i个移动基站i接收到来自第j个用户的信号功率，Ik'表示该通信链路受到第k链路的同频干扰强度；③比较根据两种基站选择依据得到的总体网络流通量，若C>C'，则只考虑距离，则通信重叠覆盖区域内的用户根据就近选择基站进行通信；若C<C'，则通信重叠覆盖区域内用户根据链路间夹角增益越小原则选择基站，其他不重叠区域用户与可通信范围内基站进行通信。如图2所示，为两种基站选择依据对应简单网络模型，用户a同时位于两个基站S1、S2覆盖范围内，此时，①先按就近原则组网，所有用户均先本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于球面数字相控阵系统的通信组网方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：构建通信网络；该通信网络包括卫星、多个移动基站和多个移动基站通信范围内的所有用户，所述的多个移动基站均搭载相控阵天线，其与所述的卫星建立通信链路，与其通信范围内的所有用户节点建立通信，形成多个以搭载球面数字相控阵系统为核心的移动通信网络，且数字相控阵系统发出的所有波束频段相同。S2：优化移动通信链路；(1)当所有的用户均只在一个基站的覆盖范围内时，则所有的用户均与其可通信的移动基站进行通信；(2)当存在用户位于若干个移动基站的覆盖范围内时，则考虑距离和波束间夹角两个因素对通信网络进行优化，具体实现如下：①先按就近原则组网，所有用户均先与其距离最近的可通信的移动基站通信，将用户节点作为发射端，移动基站作为接收端，计算移动基站接收到的信号干扰比SIRij，并计算此时网络总体流通量C：

【技术特征摘要】
1.一种基于球面数字相控阵系统的通信组网方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：构建通信网络；该通信网络包括卫星、多个移动基站和多个移动基站通信范围内的所有用户，所述的多个移动基站均搭载相控阵天线，其与所述的卫星建立通信链路，与其通信范围内的所有用户节点建立通信，形成多个以搭载球面数字相控阵系统为核心的移动通信网络，且数字相控阵系统发出的所有波束频段相同。S2：优化移动通信链路；(1)当所有的用户均只在一个基站的覆盖范围内时，则所有的用户均与其可通信的移动基站进行通信；(2)当存在用户位于若干个移动基站的覆盖范围内时，则考虑距离和波束间夹角两个因素对通信网络进行优化，具体实现如下：①先按就近原则组网，所有用户均先与其距离最近的可通信的移动基站通信，将用户节点作为发射端，移动基站作为接收端，计算移动基站接收到的信号干扰比SIRij，并计算此时网络总体流通量C：其中，i表示移动基站，j表示用户，pj表示移动基站i接收到来自用户j的信号功率，Ik表示用户j与移动基站i建立的该通信链路受到第k链路的同频干扰强度，B表示接收信号带宽；②考虑夹角组网，对于只有一个可通信的移动基站的用户与其可通信移动基站通信，对于处在N个基站覆盖范围内的用户，首先将其与距离最近的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋春毅，夏丽辉，李俊杰，杨李杰，徐志伟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33