基于干扰控制的NGEO和GEO卫星频谱共享方法技术

基于干扰控制的NGEO和GEO卫星频谱共享方法,涉及无线通信领域，本发明专利技术是为了在保证GEO的QoS的前提下，改善频谱利用率,其在所述双卫星认知无线电架构下，具体方法为：根据交换的星历计算两卫星和用户之间的距离，以及用户接收天线和卫星发射天线之间的离轴角,然后对NGEO波束进行规划并计算位于波束覆盖区域的全部用户的总传输速率,在保护GEO用户QoS的同时使得所述NGEO卫星具有最大的吞吐量的条件下，列出优化问题，求解该优化问题，得到每个NGEO卫星波束的发射功率P，完成一次频谱共享的功率分配。

【技术实现步骤摘要】
基于干扰控制的NGEO和GEO卫星频谱共享方法
本专利技术涉及无线通信领域，具体涉及非静止卫星系统(NGEO)和静止轨道卫星系统(GEO)频谱共享的多波束功率控制技术。
技术介绍
随着对全球通信需求的不断增加，各国都加大了空间信息网络建设，卫星作为空间信息网络的重要组成部分，具有其他通信形式不具有的优点：通信距离远、不受通信两点间任何的复杂的地理条件的限制、不受通信两点间自然灾害和人为事件的影响等优点，近年来，越来越多卫星数量庞大的卫星星座被发射如：SpaceX、OneWeb,和LeoSat等，这些星座大多由几十到上百颗卫星组成，给卫星频谱资源管理带来了挑战，频谱资源的短缺将成为了限制卫星通信发展的瓶颈，如何增加频谱效率，改善频谱利用率成为了亟待解决的问题。下一代卫星通信要求卫星具有较高的频谱效率来解决目前频谱利用率较低的问题，为了达成这一目标，需要不同的卫星系统通过某种方法能够合理的在同一频段共存来增加频谱效率。为改善空间频谱利用率较低的问题，可以使NGEO系统和GEO系统共用同一段频谱，随着业务需求的不断增大，传统的低轨通信频段已经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于干扰控制的NGEO和GEO卫星频谱共享方法，首先建立双卫星认知无线电架构，所述双卫星认知无线电架构包括一个GEO卫星和N颗NGEO卫星，所述GEO卫星和每颗NGEO卫星均为多波束卫星，其中两卫星，即：所述GEO卫星和其中一颗NGEO卫星的信关站通过高速无损的光纤连接，交换各自的星历、频率配置方案和天线方向图，在所述双卫星认知无线电架构下，GEO用户作为主用户，NGEO用户作为次级用户，NGEO卫星复用GEO卫星的授权频率；/n其特征是：在所述双卫星认知无线电架构下，基于干扰控制的NGEO和GEO卫星频谱共享方法包括以下步骤：/n步骤一、根据交换的星历计算两卫星和用户之间的距离，用户接收...

【技术特征摘要】
1.基于干扰控制的NGEO和GEO卫星频谱共享方法，首先建立双卫星认知无线电架构，所述双卫星认知无线电架构包括一个GEO卫星和N颗NGEO卫星，所述GEO卫星和每颗NGEO卫星均为多波束卫星，其中两卫星，即：所述GEO卫星和其中一颗NGEO卫星的信关站通过高速无损的光纤连接，交换各自的星历、频率配置方案和天线方向图，在所述双卫星认知无线电架构下，GEO用户作为主用户，NGEO用户作为次级用户，NGEO卫星复用GEO卫星的授权频率；
其特征是：在所述双卫星认知无线电架构下，基于干扰控制的NGEO和GEO卫星频谱共享方法包括以下步骤：
步骤一、根据交换的星历计算两卫星和用户之间的距离，用户接收天线和卫星发射天线之间的离轴角；
步骤二、对NGEO波束进行规划；
步骤三、根据步骤一中获得的所述离轴角和所述距离获得NGEO用户和GEO用户在NGEO和GEO频谱共享过程中的信干噪比SINR；
步骤四、从步骤三中得到的处于GEO卫星波束范围内的全部的GEO用户的信干噪比SINR中求获得通信质量最差的用户，若该用户的SINR低于GEO的保护门限γth则执行步骤五；
步骤五、根据步骤C中得到的NGEO和GEO用户的SINR，计算出位于NGEO覆盖区域的全部用户的总传输速率；
步骤六、在保护GEO用户QoS的同时使得所述NGEO卫星具有最大的吞吐量的条件下，列出优化问题，并将列出的优化问题改写成能够求解的凸优化问题；
步骤七、求解步骤六中列出的优化问题，得到每个NGEO卫星波束i的发射功率Pi，i为正整数；完成一次基于干扰控制的NGEO和GEO卫星频谱共享的功率分配。


2.根据权利要求1所述的基于干扰控制的NGEO和GEO卫星频谱共享方法，其特征在于步骤一中，根据交换的星历计算两卫星和用户之间的距离，用户接收天线和卫星发射天线之间的离轴角的具体方法是：
步骤一一、，根据两卫星分享的星历计算NGEO卫星在地心地固坐标系(Earth-Centered,Earth-Fixed,ECEF)中的位置坐标(xsl,ysl,zsl)，GEO卫星(xsg,ysg,zsg)，及NGEO地面用户(xul,yul,zul),GEO地面用户(xug,yug,zug)，具体为：
步骤A1、根据卫星的星历获得卫星轨道的六根数：轨道半长轴a、偏心率e、轨道倾角i、升交点赤经Ω0、近地点角距ω、真近点角M0、根据轨道六根数计算出卫星在ECEF中的坐标方法为：
根据公式计算平均角速度n0；其中μ＝398600.5×109m3/s2，根据公式tk＝t-tp计算从星历纪元开始的时间tk；根据公式Mk＝M0+n0tk计算平近点角Mk；根据公式Ek＝Mk+esinEk解出偏近点角Ek，根据公式和解出真近点角fk；根据公式uk＝fk+ω计算升交角距uk；根据公式Ωk＝Ω0-Ωe(tk-tp)计算修正后的交点黄经Ωk；根据公式rk＝a(1-ecosEk)计算轨道半径rk；根据公式xk＝rkcosuk和yk＝rksinuk计算轨道面上的x轴和y轴坐标；则卫星在ECEF中的坐标为：



步骤A2：根据用户所处位置的经纬度坐标及卫星的海拔高度h0计算出用户在ECEF中的坐标，其计算公式如下：



步骤一二：根据步骤一一中得到的位置坐标，计算NGEO卫星指向NGEO用户的向量Vngeo_ngeouser，NGEO卫星指向GEO用户的向量Vngeo_geouser，GEO卫星指向NGEO用户的向量Vgeo_ngeouser、GEO卫星指向GEO用户的向量Vgeo_geouser和NGEO卫星的波束指向Rbl和GEO的波束指向Rbg；
步骤一三：根据步骤一二，及步骤一一中的坐标及向量计算出NGEO卫星到NGEO用户的距离dngeo_ngeouser、NGEO卫星到GEO用户的距离dngeo_geouser、GEO卫星到NGEO用户的距离dgeo_ngeouser、GEO卫星到GEO用户的距离dgeo_geouser、NGEO发射天线到NGEO用户之间的离轴角θngeo_ngeouser、NGEO用户到GEO用户之间的离轴角θngeo_geouser，GEO发射天线到NGEO用户之间的离轴角θgeo_ngeouser、GEO用户到GEO用户之间的离轴角θgeo_geouser、NGEO用户接收GEO干扰信号的离轴角θngeouser_geo和GEO用户接收NGEO卫星干扰信号的离轴角θgeouser_ngeo。


3.根据权利要求2所述的基于干扰控制的NGEO和GEO卫星频谱共享方法，其特征在于，步骤二中，对NGEO波束进行规划；具体为：
步骤二一、根据已知NGEO卫星和GEO卫星在建立卫星频谱共享架构时通过信关站的光纤连接分享各自的频率配置方案，NGEO卫星在已知GEO卫星波束的频率配置方案后基于干扰避免对自身的点波束频率分配进行更改；
步骤二二：在GEO卫星和NGEO卫星都采用复用时，为降低产生同频干扰点波束的个数，以同频波束之间产生最少次的重合为原则进行波束频率分配，当GEO卫星波束频率七色复用从左到右，从上到下依次为：f3,f4,f5,f1,f2,f...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾敏，李壮，孟士尧，郭庆，顾学迈，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23