[发明专利]一种基于可重构智能表面的低轨卫星辅助通信方法

说明书

本发明提供一种基于可重构智能表面的低轨卫星辅助通信方法，包括：构建低轨卫星辅助通信系统，获取低轨卫星辅助通信系统的状态信息，根据RIS的有效接收区域和地面通信设备发射天线波束在RIS处的覆盖区域建立信号的失准衰落参数表达式，根据低轨卫星辅助通信系统的状态信息和信号的失准衰落参数表达式构建RIS接收到的信号表达式；根据RIS接收到的信号表达式和M‑PSK调制信号的角频率计算RIS接收信号的误差概率；根据RIS接收信号的误差概率与预设的误差概率目标值进行对比，然后对地面通信设备发射信号的方向进行调整或对RIS的接收相位和振幅进行调整直到误差概率小于目标预设值为止。

技术领域

本发明属于低轨卫星通信技术领域，特别是涉及一种基于可重构智能表面的低轨卫星辅助通信方法。

背景技术

随着空间技术的发展，大规模低轨卫星LEO(Low Earth Orbit)星群已经能够提供无处不再的全球覆盖通信，在诸如陆地网络未覆盖的公海、山脉和沙漠的恶劣环境中，低轨卫星在补充地面通信方面起着重要作用。在这些没有地面网络覆盖的区域，通信设备可以通过接入低轨卫星网络，实现与外界的通信。在星地通信过程中，考虑到传输距离长且LEO卫星和地面通信设备传输功率的限制，可以通过使用可重构智能表面来辅助星地之间进行通信。

可重构智能表面（RIS）辅助无线通信是6G的重要技术之一，其中可重构智能反射面是一种可以在特定频段内对电磁波进行精确调节的表面结构，由数百至数千个小尺寸的天线、传感器或反射单元组成。这些小单元可以被编程控制，以实现对电磁波的散射、反射、干涉和聚焦等效果。在星地之间的通信过程中，可重构智能表面通过调节反射信号的幅度、频率及波束形成方向，提高反射信号的功率以补偿长传播距离的路径损耗，以此实现通信质量的提高。但是由于在整个通信过程中，地面通信设备发送的信号在低轨卫星处的波束覆盖区和可重构智能表面有效接收区域存在指向误差，即存在未对准（失准）现象，导致该通信方式在传统无线通信衰落基础上，增加了信号的失准衰落现象。同时由于星地之间的无线通信路径经过了对流层、平流层、电离层等各气层且太阳闪烁现象的存在也会干扰无线信道的传输特征，传统的无线通信衰落模型不能够很好的贴合该场景实际。

综上所述，由于失准衰落现象的存在和路径损耗，以及信道中存在的噪声、太阳闪烁现象、温度等因素都可能造成接收信号的比特差错概率较大，目前针对可重构智能表面及其在低轨卫星上的运用研究处于起步阶段，且缺乏对失准衰落的考虑，因此需要设计一套综合考虑该衰落的信号误差判断方案，根据判断结果反馈给低轨卫星或者地面通信设备进行调整，以此提高通信效率。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种基于可重构智能表面的低轨卫星辅助通信方法，已解决由于失准现象导致的接收信号误码率大于目标值的问题，为了达到以上目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：

一种基于可重构智能表面的低轨卫星辅助通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：构建低轨卫星辅助通信系统，该系统包括：地面通信设备和具有RIS的低轨卫星；所述地面通信设备采用M-PSK调制发送信号；

S2：获取低轨卫星辅助通信系统的状态信息，所述状态信息包括：低轨卫星和地面通信设备之间的距离、地面通信设备发射天线的发射功率、在太阳闪烁效应下地面通信设备和RIS之间的信道系数、地面通信设备和RIS之间信道的噪声、以及RIS反射单元的单元数量；

S3：根据RIS的有效接收区域和地面通信设备发射天线波束在RIS处的覆盖区域建立信号的失准衰落参数表达式；

S4：根据低轨卫星辅助通信系统的状态信息和信号的失准衰落参数表达式构建RIS接收到的信号表达式；

S5：根据RIS接收到的信号表达式和M-PSK调制信号的角频率计算RIS接收信号的误差概率；