专利名称：一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，属于卫星通信领域。
背景技术：
卫星通信系统是一个功率和频率都受限的系统，为了加强卫星链路性能，提高系统容量，前向链路一般采用增大卫星发射天线口径来增加天线增益，或通过增大卫星发射功率来达到链路增强的目的，返向链路一般采用增大用户终端发射功率来提升链路性能， 但这样做不仅仅给功率受限的卫星系统带来压力，也影响了用户终端的小型化设计，功率的增加也带来了电电磁辐射的危害，抑制了卫星通信应用的推广。发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，该系统针对功率受限的卫星通信系统，能够改善系统链路性能和扩大系统容量。
本发明的技术解决方案是一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，包括天线阵列、A/D变换模块、D/A变换模块、预处理模块和波束形成网络；
天线阵列，采用天线阵列方式接收卫星信号，对D/A变换模块输出的模拟信号通过天线阵列波束合成后进行发射；
A/D变换模块，下行时对天线阵列接收的卫星模拟信号转换成数字信号，并将转换后的数字信号发送给预处理模块；D/A变换模块，上行时将处理后的数字信号转换成模拟信号，送给天线阵列发射；
预处理模块，在小区搜索时，对接收的系统广播信号进行波束搜索，确定小区ID， 该系统广播信息中含有波束号信息；在建立卫星通信链路时，根据小区ID确定对应的阵元加权系数，将接收的数字信号以及阵元加权系数传输给波束形成网络；
波束形成网络根据接收的数字信号以及阵元加权系数初步调整天线指向对准卫星，并实现对天线指向的精确调整。
所述的预处理模块确定小区ID之前需要在系统中固化一个表格，该表格由波束号与相应阵元加权系数组成，阵元加权系数是根据卫星相应波束覆盖小区相对卫星指向确定，所述的波束号与小区ID —一对应。
所述的确定小区ID并完成天线初步指向调整的步骤如下
(3. 1)检测接收的系统广播信号，完成时间和频率同步后，提取广播信息中的波束号信息，该波束号即为小区ID;
(3. 2)根据小区ID，查找表格中相应的加权系数值，将该加权系数值输入波束形成网络，由波束形成网络完成天线初步指向调整。
所述对天线指向进行精确调整过程如下
初步调整天线指向对准卫星之后，系统无线网络控制RNC根据预先固化的精确调整表格，从表格中获取初步对准指向的一个波束宽度范围内的所有阵元加权系数，依次将阵元加权系数传给波束形成网络，波束形成网络根据接收的阵元加权系数调整天线指向， 同时天线将此时接收的卫星信号强度传回系统无线网络控制RNC;系统无线网络控制RNC 判断接收的所有卫星信号强度，将卫星信号强度最强时对应的阵元加权系数传输给波束形成网络，由波束形成网络实现该阵元加权系数对应的天线指向精确调整；上述精确调整表格为同一波束内部的位置与相应阵元加权系数的对应表格。
所述对天线指向进行精确调整过程如下
初步调整天线指向对准卫星之后，波束选择预处理模块根据预先固化的精确调整表格，从表格中获取初步对准指向的一个波束宽度范围内的所有阵元加权系数，依次将阵元加权系数传给波束形成网络，波束形成网络根据接收的阵元加权系数调整天线指向；波束选择预处理模块接收该天线指向对应的卫星信号并计算信号强度，判断接收的所有卫星信号强度，将卫星信号强度最强时对应的阵元加权系数传输给波束形成网络，由波束形成网络实现该阵元加权系数对应的天线指向精确调整；上述精确调整表格为同一波束内部的位置与相应阵元加权系数的对应表格。
本发明与现有技术相比有益效果为
(1)本发明系统在返向链路发射信号时，通过合成定向波束对准卫星，使终端发射功率更加集中，提高了用户终端的天线增益和返向接入能力。
(2)本发明系统前向链路接收下行信号时，通过阵列天线接收信号可获得增益，提高了前向链路接收性能，在同等卫星发射功率条件下，增大了系统容量。
(3)本发明还针对卫星移动通信的特殊应用场景，提出一种新的系统小区搜索过程及通信链路建立过程，在提高了频带利用率的同时，简化了流程、加快了小区搜索和通信链路建立的过程。
本发明特别适合应用于功率和频率受限的卫星通信领域。
图1为本发明系统示意图2为本发明实施方式中实例系统示意图3为本发明实施方式中实例系统天线阵列示意图4为本发明实施方式中实例系统用户波束覆盖图5为本发明实施方式中实例系统用户波束内小区划分示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细介绍本发明。
如图1所示，一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，包括天线阵列、A/ D变换模块、D/A变换模块、预处理模块、波束形成网络。本发明完成天线精确指向后由数字处理模块完成卫星信号的基带处理过程。
天线阵列，采用天线阵列方式接收卫星信号，对D/A变换模块输出的模拟信号通过天线阵列波束合成后进行发射；天线阵元数可根据实际需求适当选取，阵列形状也可根据阵元之间的几何关系可分为线阵、面阵等；A/D变换模块，下行时对天线阵列接收的卫星模拟信号转换成便于数字处理的数字信号，并将转换后的数字信号发送给预处理模块；D/A 变换模块，上行时将处理后的数字信号转换成模拟信号，送给天线阵列发射；上述天线阵列及A/D变换模块、D/A变换模块及信号处理模块为本领域公知技术，此处不赘述。
(一 )预处理模块
预处理模块，在小区搜索时，对接收的数字信号进行波束搜索，确定小区ID ；在建立卫星通信链路时，根据小区ID确定阵元加权系数，将接收的数字信号以及阵元加权系数传输给波束形成网络；
预处理模块确定小区ID之前需要在系统中固化一个表格，该表格由波束号与相应阵元加权系数组成，阵元加权系数是根据卫星相应波束覆盖小区相对卫星指向确定，所述的波束号与小区ID —一对应。
例如，卫星用户波束覆盖图如图4所示，该例中天线阵采用4天线阵列(其系统示意图如图2所示)，天线参数设置如下
4副天线各自位于如图3中的00、01、10和11位置；图3中dx为χ方向单元间隔， 尖为7方向单元间隔民约为天线波束指向，θ为俯仰角，识为方位角，(m,n)表示阵元号， (m，n)为(0，0)、(0,1) > (1,0)和(1，1).；I
dx-dy_2 λ为工作波长。
天线电流幅度比为1 :1:1:1;
天线初始相位差为0 ；
天线增益归一化为1 ；
与该覆盖图对应的表格设计如下
表格是由波束号和阵元加权系数构成的二维表格，波束号为如图4中所示的1、2、3. . . 37，阵元加权系数由下列公式(1)、(2)和(3)求得 / \
权利要求
1.一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，其特征在于包括天线阵列、A/D 变换模块、D/A变换模块、预处理模块和波束形成网络；天线阵列，采用天线阵列方式接收卫星信号，对D/A变换模块输出的模拟信号通过天线阵列波束合成后进行发射；A/D变换模块，下行时对天线阵列接收的卫星模拟信号转换成数字信号，并将转换后的数字信号发送给预处理模块；D/A变换模块，上行时将处理后的数字信号转换成模拟信号， 送给天线阵列发射；预处理模块，在小区搜索时，对接收的系统广播信号进行波束搜索，确定小区ID，该系统广播信息中含有波束号信息；在建立卫星通信链路时，根据小区ID确定对应的阵元加权系数，将接收的数字信号以及阵元加权系数传输给波束形成网络；波束形成网络根据接收的数字信号以及阵元加权系数初步调整天线指向对准卫星，并实现对天线指向的精确调整。
2.根据权利要求1所述的一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，其特征在于所述的预处理模块确定小区ID之前需要在系统中固化一个表格，该表格由波束号与相应阵元加权系数组成，阵元加权系数是根据卫星相应波束覆盖小区相对卫星指向确定，所述的波束号与小区ID —一对应。
3.根据权利要求2所述的一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，其特征在于所述的确定小区ID并完成天线初步指向调整的步骤如下(3. 1)检测接收的系统广播信号，完成时间和频率同步后，提取广播信息中的波束号信息，该波束号即为小区ID;(3. 2)根据小区ID，查找表格中相应的加权系数值，将该加权系数值输入波束形成网络，由波束形成网络完成天线初步指向调整。
4.根据权利要求1所述的一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，其特征在于所述对天线指向进行精确调整过程如下初步调整天线指向对准卫星之后，系统无线网络控制RNC根据预先固化的精确调整表格，从表格中获取初步对准指向的一个波束宽度范围内的所有阵元加权系数，依次将阵元加权系数传给波束形成网络，波束形成网络根据接收的阵元加权系数调整天线指向，同时天线将此时接收的卫星信号强度传回系统无线网络控制RNC ；系统无线网络控制RNC判断接收的所有卫星信号强度，将卫星信号强度最强时对应的阵元加权系数传输给波束形成网络，由波束形成网络实现该阵元加权系数对应的天线指向精确调整；上述精确调整表格为同一波束内部的位置与相应阵元加权系数的对应表格。
5.根据权利要求1所述的一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，其特征在于所述对天线指向进行精确调整过程如下初步调整天线指向对准卫星之后，波束选择预处理模块根据预先固化的精确调整表格，从表格中获取初步对准指向的一个波束宽度范围内的所有阵元加权系数，依次将阵元加权系数传给波束形成网络，波束形成网络根据接收的阵元加权系数调整天线指向；波束选择预处理模块接收该天线指向对应的卫星信号并计算信号强度，判断接收的所有卫星信号强度，将卫星信号强度最强时对应的阵元加权系数传输给波束形成网络，由波束形成网络实现该阵元加权系数对应的天线指向精确调整；上述精确调整表格为同一波束内部的位CN 102510304 A权禾丨J 要求书2/2页置与相应阵元加权系数的对应表格。
全文摘要
一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，天线阵列，采用天线阵列方式接收卫星信号，对D/A变换模块输出的模拟信号通过天线阵列波束合成后进行发射；A/D变换模块，下行时对天线阵列接收的卫星模拟信号转换成数字信号，并将转换后的数字信号发送给预处理模块；D/A变换模块，上行时将处理后的数字信号转换成模拟信号，送给天线阵列发射；预处理模块，在小区搜索时，对接收的系统广播信号进行波束搜索，确定小区ID，该系统广播信息中含有波束号信息；在建立卫星通信链路时，根据小区ID确定对应的阵元加权系数，将接收的数字信号以及阵元加权系数传输给波束形成网络；波束形成网络根据接收的数字信号以及阵元加权系数初步调整天线指向对准卫星，并实现对天线指向的精确调整。
文档编号H04B7/185GK102510304SQ201110418100
公开日2012年6月20日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者吕强, 梁宗闯, 薛永 申请人:中国空间技术研究院