[发明专利]基于阵列天线分割的多波束覆盖方法及装置

说明书

本发明实施例提供一种基于阵列天线分割的多波束覆盖方法及装置，该方法包括：对天线阵列进行分割，得到多个矩形子阵列，使阵元数最少的矩形子阵列对应中心的圆形覆盖区域，其它矩形子阵列按阵元由少到多，依次从圆形覆盖区域的外层开始，由内到外对应每层环形覆盖区域；调整每一矩形子阵列的波束成形角度，以使得波束覆盖范围满足预设的覆盖半径；对每一子矩形阵列进行功率分配，以使得每一波束均有链路余量。该方法对每一子阵列进行功率分配，可以有效地分配阵列功率和阵列增益，在保证离卫星较近的用户能够完成通信的情况下，将更多的功率和阵列天线增益分配给离卫星较远的用户，有效避免了星下用户的链路余量过大，而边缘用户链路余量不足。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于阵列天线分割的多波束覆盖方法及装置。

背景技术

卫星移动通信系统是指提供卫星移动业务的通信系统，其典型是利用卫星作为中继站向用户提供移动业务。由于轨道高度低，低轨卫星通信系统与其他卫星通信系统相比，具有传输时延短、路径损耗小、抗干扰性强等优势。

目前波束覆盖方案主要分为如下两种：

(1)等波束宽度覆盖，通常指的波束宽度为半功率波束宽度(Half Power BeamWidth，HPBW)，定义为在天线的有效射频范围内，功率超过主瓣峰值功率50％的范围形成的角度。而等波束宽度覆盖指的是卫星端的天线发射的波束都是等波束宽度的。图1为等波束宽度覆盖示意图，如图1所示，在图1中，通过波束宽度为β的等波束宽度的波束进行覆盖，α₁,α₂,α₃代表波束所对应的地心角，r为地球半径，θ为与地球切线的夹角。

(2)等覆盖面积覆盖，等覆盖面积波束覆盖是指每个划分的子波束在地面上的覆盖面积基本相同。将地球看作一个球体，因为波束覆盖的地面面积相同，所以波束对应的地心角相同。图2为等覆盖面积覆盖波束示意图，如图2所示，β₁,β₂,β₃,β₄代表波束角，α代表波束所对应的地心角。铱星系统中采用的就是等覆盖面积覆盖方案。铱星系统的卫星所在的轨道高度为765km，属于低轨卫星。铱星系统中每颗卫星有3根天线，在地球上形成48个点波束，每个波束的地面覆盖直径大约为400km。图3为铱星系统波束覆盖示意图，如图3所示。

当前天线阵列是以整个阵列的形式形成波束的。当整个阵列天线发射波束时，对于卫星正下方的用户(简称星下用户)和卫星覆盖边缘的用户(简称边缘用户)来说，波束的功率是相同的，天线阵列的阵列增益也是相同的，由于卫星到星下用户的距离相比于边缘用户较近，所以前者的链路损耗小于后者，这就导致了星下用户的链路余量过大，而边缘用户没有链路余量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种基于阵列天线分割的多波束覆盖方法及装置。

第一方面，本发明实施例提供一种基于阵列天线分割的多波束覆盖方法，包括：对天线阵列进行分割，得到多个矩形子阵列，使阵元数最少的矩形子阵列对应中心的圆形覆盖区域，其它矩形子阵列按阵元由少到多，依次从圆形覆盖区域的外层开始，由内到外对应每层环形覆盖区域；调整每一矩形子阵列的波束成形角度，以使得波束覆盖范围满足预设的覆盖半径；对每一矩形子阵列进行功率分配，以使得每一波束均有链路余量。

进一步地，所述调整每一矩形子阵列的波束成形角度后，若无法使得波束覆盖范围满足预设的覆盖半径，则：重新对天线阵列进行分割，得到多个矩形子阵列，并通过调整每一矩形子阵列的波束成形角度，使得波束覆盖范围满足预设的覆盖半径。

进一步地，所述对每一子阵列进行功率分配后，若无法使得每一波束均有链路余量，则：重新对天线阵列进行分割，得到多个矩形子阵列，调整每一矩形子阵列的波束成形角度，以使得波束覆盖范围满足预设的覆盖半径，并且对每一矩形子阵列进行功率分配，以使每一波束均有链路余量。