[发明专利]一种基于LoS MIMO架构的低轨卫星馈电链路通信方法

说明书

本发明公开了一种基于LoSMIMO架构的低轨卫星馈电链路通信方法，可以在不增加系统功耗的条件下大幅提高低轨卫星星座系统馈电链路的遍历信道容量。对于在低轨卫星与地面站均配备多根天线的通信系统，本方法分别从卫星侧以及地面侧对系统的馈电链路遍历信道容量进行优化设计。在地面侧，根据地面站所在位置以及低轨卫星的运动轨迹参数等信息可计算出获得最优遍历信道容量的地面天线摆放方案。在卫星侧，根据低轨卫星的运动轨迹，本方法同时还可以计算出能够获得最优遍历信道容量的卫星姿轨调整方案。

技术领域

本发明属于卫星移动通信领域，涉及一种基于LoS MIMO架构的低轨卫星馈电链路通信方法。

背景技术

作为地面移动通信系统的补充和扩展，同时也是地面第五代(5G，5^th Generation)移动通信技术的重要组成部分，基于低轨卫星星座的通信系统目前已成为学术界和工业界的研究热点。随着人们对于卫星通信需求的不断增长，为了支持高吞吐量的数据传输，需要寻找更高效的低轨卫星馈电链路的数据传输方案以保证整个卫星通信链路的性能。

现有的大多数低轨卫星星座系统如OneWeb、SpaceX和Telesat等均采用Ka波段实现馈电链路通信，然而卫星通信数据传输速率的不断增加导致Ka波段愈发饱和，成为进一步提升馈电链路信道容量的瓶颈。基于激光链路的馈电传输虽然没有频谱利用率的限制，但它极易受到如阴雨等天气条件的影响。视距(line-of-sight，LoS)多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术通过将天线阵元放置相距足够远以便在LoS环境中获得空间复用，从而提升信道容量同时能够增强通信链路的可靠性。目前已有研究验证了LoS MIMO技术在同步地球轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星馈电链路的优良性能，但尚无将LoS MIMO应用于低轨卫星系统的相关研究。基于此背景，本发明给出了一种基于LoS MIMO架构的低轨卫星馈电链路通信方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于LoS MIMO架构的低轨卫星馈电链路通信方法，可以在不增加系统功耗的条件下大幅提高低轨卫星星座系统馈电链路的遍历信道容量。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于LoS MIMO架构的低轨卫星馈电链路通信方法，所述方法应用于地面侧和卫星侧均配备多根天线的低轨卫星通信系统，包括以下步骤：

步骤1，获得基于LoS MIMO架构的低轨卫星馈电链路系统工作参数；

步骤2，根据步骤1中的系统工作参数计算地面站可视区域的星地链路遍历信道容量，通过数值仿真计算求出使遍历信道容量达到最优的地面天线摆放方案；

步骤3，在卫星运动的过程中，卫星根据与地面站的实时相对位置计算出能够获得最优遍历信道容量的卫星姿轨状态，并根据计算结果进行最优姿轨的实时调整。

进一步地，所述步骤1中的基于LoS MIMO架构的低轨卫星馈电链路包括均配备多根天线的地面站和低轨卫星，地面站的多天线通过有线或无线方式进行互联。

进一步地，所述步骤1中的基于LoS MIMO架构的低轨卫星馈电链路系统工作参数包括：卫星轨道高度H、卫星运行角速度n、轨道平面倾角μ、地面站纬度坐标φ_G、地面站经度坐标θ_G、地面站天线间距d_G、地面站天线连线与正东方向夹角δ_G、卫星天线间距d_S、卫星天线连线与正东方向夹角δ_S、载波频率f_c、卫星工作最小仰角ε₀和链路信噪比σ。