一种卫星的多波束排布方法与流程

1.本公开一般涉及卫星通讯技术领域，具体涉及一种卫星的多波束排布方法。


背景技术：

2.高通量卫星通常采用多点波束覆盖和频率复用技术，在同样频谱资源的情况下，可以大幅提升整星容量；
3.在卫星系统设计阶段，一个服务区域内点波束的波束宽度以及排布方式(如波束排布角度)直接决定了该区域内所覆盖的波束数以及单波束的容量，从而极大程度地影响卫星设计成本以及用户的体验；
4.目前现有技术中通常通过针对不同服务区域以固定排布方式和不同波束数实现对其覆盖；这就易产生卫星转发器与单波束容量的不匹配，固定排布方式下也造成了功率带宽资源的浪费。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种可解决上述技术问题的一种卫星的多波束排布方法。
6.本技术第一方面提供一种卫星的多波束排布方法，包括：
7.获取卫星的天线型谱，得到对应所述天线型谱的可选波束宽度集合，所述可选波束宽度集合包括不同目标波束ai的不同波束宽度；
8.确定所述目标波束ai的最优排布角度，以使所述目标波束覆盖服务区域且所述目标波束的波束数最小；所述排布角度为相邻两个波束的中心连线与赤道的夹角；
9.获取转发器容量q1，所述服务区域的容量需求q2以及与所述目标波束ai对应的波束数mi，计算频率复用因子f；
10.获取所述服务区域对应的目标复用因子；
11.确定所有所述目标波束中ai的最优波束ag，所述最优波束ag对应的频率复用因子f等于或最趋近于所述目标复用因子；
12.输出所述最优波束ag的波束宽度以及其对应的最优排布角度。
13.根据本技术实施例提供的技术方案，确定所有所述目标波束ai中的最优波束ag的方法包括：
14.s51:从所述可选波束集合的筛选范围内以二分法选取一波束宽度b*，得到与其对应的频率复用因子f；所述筛选范围的初始值为全范围；
15.s52:将所述频率复用因子f与所述目标复用因子比较，根据比较结果缩小所述筛选范围，重复所述步骤s51，直至得到所述最优波束ag。
16.根据本技术实施例提供的技术方案，步骤s51具体包括：
17.s511:获取所述可选波束宽度集合的最小波束宽度b
min
和最大波束宽度b
max
；
18.s512:根据公式(一)计算优化波束宽度b：
[0019][0020]
s513:选取所述可选波束宽度集合中与所述优化波束宽度b最为相近的目标波束的波束宽度b*，得到与其对应的频率复用因子f。
[0021]
根据本技术实施例提供的技术方案，步骤s52具体包括：
[0022]
判断所述频率复用因子f大于所述目标复用因子时，将所述波束宽度b*赋值给最小波束宽度b
min
，保持最大波束宽度b
max
不变，重复步骤s512-s513；
[0023]
判断所述频率复用因子f小于所述目标复用因子时，将所述波束宽度b*赋值给最大波束宽度b
max
，保持最小波束宽度b
min
不变，重复步骤s512-s513；
[0024]
判断所述频率复用因子f等于所述目标复用因子或所述波束宽度b*第二次轮询时，将波束宽度b*输出为所述最优波束的波束宽度。
[0025]
根据本技术实施例提供的技术方案，确定所述目标波束ai的最优排布角度的方法包括：
[0026]
将排布参考位置设置于所述服务区域的纬度最低点，所述排布参考位置表示第一个所要排布的波束的中心；
[0027]
分别以不同排布角度将所述波束覆盖于所述服务区域内，得到不同排布角度对应的多个波束数；
[0028]
选取所有所述波束数中最小值所对应的排布角度，得到所述最优排布角度。
[0029]
根据本技术实施例提供的技术方案，将所述波束覆盖于所述服务区域内的方法为：通过六边形覆盖公式完成对所述服务区域的覆盖排布。
[0030]
根据本技术实施例提供的技术方案，所述排布角度大于等于0度且小于60
°
。
[0031]
根据本技术实施例提供的技术方案，频率复用因子f通过以下步骤计算得到：
[0032]
根据公式(二)计算单波束容量需求q：
[0033][0034]
根据公式(三)计算频率复用因子f：
[0035][0036]
本技术第二方面提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的卫星的多波束排布方法步骤。
[0037]
本技术第三方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的卫星的多波束排布方法步骤。
[0038]
本技术的有益效果在于：通过定义最优排布方式，即通过筛选某一波束宽度下的最优排布角度，以使所述目标波束覆盖服务区域且所述目标波束的波束数最小，由此得到了不同波束宽度下，以其对应最优排布角度下的最小波束数mi；通过获取转发器容量q1，所述服务区域的容量需求q2，得到了不同目标波束ai(对应不同波束数mi)的频率复用因子f；通过不同目标波束以最优排布方式下计算得到的频率复用因子f与目标复用因子进行比较，即可从可选波束宽度集合中筛选出最优波束宽度；进而得到以该最优波束宽度的波束
覆盖于服务区域的最优排布方式(包括最优排布角度和最小波束数)。通过上述步骤，使得确定了最优波束宽度，以及最优波束宽度的波束的最优排布角度，实现了转发器容量与波束的容量需求相匹配，同时降低了波束排布成本且资源利用率较高。
附图说明
[0039]
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0040]
图1为本技术提供的一种卫星的多波束排布方法；
[0041]
图2为a服务区最优的波束排布示意图；
[0042]
图3为b服务区最优的波束排布示意图；
[0043]
图4为本技术提供的一种终端设备。
具体实施方式
[0044]
下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
[0045]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
[0046]
实施例1
[0047]
请参考图1为本技术提供的一种卫星的多波束排布方法，包括：
[0048]
s1：获取卫星的天线型谱，得到对应所述天线型谱的可选波束宽度集合，所述可选波束宽度集合包括不同目标波束ai的不同波束宽度；
[0049]
s2：确定所述目标波束ai的最优排布角度，以使所述目标波束覆盖服务区域且所述目标波束的波束数最小；所述排布角度为相邻两个波束的中心连线与赤道的夹角；
[0050]
s3：获取转发器容量q1，所述服务区域的容量需求q2以及与所述目标波束ai对应的波束数mi，计算频率复用因子f；
[0051]
s4：获取所述服务区域对应的目标复用因子；
[0052]
s5：确定所有所述目标波束中ai的最优波束ag，所述最优波束ag对应的频率复用因子f等于或最趋近于所述目标复用因子；
[0053]
s6：输出所述最优波束ag的波束宽度以及其对应的最优排布角度。
[0054]
具体的，所述天线型谱包括：用户链路频段、波束宽度、多波束形成类型(包括单馈源每波束和多馈源每波束两种方式)、天线口径、预设频率复用因子、发射天线增益、接收天线增益、发射信干比、接收信干比等；其中，所述预设频率复用因子为未考虑转发器的约束下，用于筛选各个波束宽度对应的天线参数；
[0055]
具体的，每个天线型谱对应一个适用于其的可选波束宽度集合；所述可选波束宽度集合中包含有若干可选择的波束宽度；
[0056]
具体的，所述服务区域即所要覆盖的目标区域，例如其可以为一个国家、一个大洲，亦或是设定的不规则区域等。
[0057]
具体的，所述转发器容量q1为一路卫星转发器容量；卫星转发器安装在卫星上，是
作为无人管理中继站并用于实现远距离通信的装置。所述转发器容量q1可根据行波管放大器的带宽、输出功率并由链路计算得到。
[0058]
可以理解的，最优波束ag为所有目标波束ai中最优波束，因此得到最优波束ag后可通过步骤s2得到该最优波束ag的最优排布角度。
[0059]
可以理解的，所述目标波束ai对应的波束数mi是指该目标波束ai的波束宽度下，以最优排布角度覆盖于所述服务区域内的最小波束数。
[0060]
本技术旨在解决现有技术中，波束排布方法单一，成本较高，且转发器资源与每个波束的容量需求存在不匹配的技术问题；
[0061]
基于此，本技术提供的一种卫星的多波束排布方法，该方法中波束宽度影响着波束排布角度的选取；而某一波束宽度下以优化波束排布角度覆盖于服务区域将得到所需的波束数，该波束数与频率复用因子f相关，因此优化波束排布角度又反过来影响着波束宽度的选取。本技术核心构思即通过一种多波束排布方法，实现了优化波束宽度以及波束排布角度，以解决现有技术中转发器资源与波束容量需求不匹配，波束排布方法单一而造成的成本较高，资源浪费的技术问题。
[0062]
为了便于本领域技术人员的充分理解本技术的技术原理，如下进行具体说明：
[0063]
首先，获取卫星的天线型谱，得到对应所述天线型谱的可选波束宽度集合，所述可选波束宽度集合包括不同目标波束ai的不同波束宽度；
[0064]
其次，定义了最优排布方式，即通过筛选某一波束宽度下的最优排布角度，以使所述目标波束覆盖服务区域且所述目标波束的波束数最小。由此得到了不同波束宽度下，以其对应最优排布角度下的最小波束数mi；通过获取转发器容量q1，所述服务区域的容量需求q2，得到了不同目标波束ai(对应不同波束数mi)的频率复用因子f；
[0065]
最后，通过不同目标波束以最优排布方式下计算得到的频率复用因子f与目标复用因子进行比较，即可从可选波束宽度集合中筛选出最优波束宽度；进而得到以该最优波束宽度的波束覆盖于服务区域的最优排布方式(包括最优排布角度和最小波束数)。
[0066]
通过上述步骤，确定了最优波束宽度，以及最优波束宽度的波束的最优排布角度，实现了转发器容量与波束的容量需求相匹配；同时在满足覆盖服务区域的前提下，最大程度地减少所排布的波束数，降低了波束排布成本，提高了资源利用率。同时当业务需求地理分布不均匀时，本技术所提出的方法可实现对多个需求密度不同的区域并行优化各区域的波束宽度及其排布方式，适应性更强。
[0067]
在一些实施例中，频率复用因子f通过以下步骤计算得到：
[0068]
根据公式(二)计算单波束容量需求q：
[0069][0070]
根据公式(三)计算频率复用因子f：
[0071][0072]
在一些实施例中，确定所有所述目标波束ai中的最优波束ag的方法包括：
[0073]
s51:从所述可选波束集合的筛选范围内以二分法选取一波束宽度b*，得到与其对应的频率复用因子f；所述筛选范围的初始值为全范围；
[0074]
s52:将所述频率复用因子f与所述目标复用因子比较，根据比较结果缩小所述筛选范围，重复所述步骤s51，直至得到所述最优波束ag。
[0075]
上述步骤中，通过二分法实现了自动搜索最优波束宽度，搜索过程中不断缩小筛选范围，同时缩小范围的缩小方向由频率复用因子与目标复用因子的比较结果确定，由此提高了搜索速度，提高了筛选效率。
[0076]
实施例2
[0077]
在实施例1的基础上，一些实施例中，步骤s51具体包括：
[0078]
s511:获取所述可选波束宽度集合的最小波束宽度b
min
和最大波束宽度b
max
；
[0079]
s512:根据公式(一)计算优化波束宽度b：
[0080][0081]
s513:选取所述可选波束宽度集合中与所述优化波束宽度b最为相近的目标波束的波束宽度b*，得到与其对应的频率复用因子f。
[0082]
在一些实施例中，步骤s52具体包括：
[0083]
判断所述频率复用因子f大于所述目标复用因子时，将所述波束宽度b*赋值给最小波束宽度b
min
，保持最大波束宽度b
max
不变，重复步骤s512-s513；
[0084]
判断所述频率复用因子f小于所述目标复用因子时，将所述波束宽度b*赋值给最大波束宽度b
max
，保持最小波束宽度b
min
不变，重复步骤s512-s513；
[0085]
判断所述频率复用因子f等于所述目标复用因子或所述波束宽度b*第二次轮询时，将波束宽度b*输出为所述最优波束的波束宽度。
[0086]
上述步骤中，通过计算可选波束宽度集合中波束宽度的中间值，由此得到第一次选取的临近于所述中间值的波束宽度b*；
[0087]
由此通过计算该波束宽度b*对应的频率复用因子f，并将该频率复用因子f与目标复用因子进行比较，根据其比较结果不断缩小筛选范围。例如判断所述频率复用因子f大于所述目标复用因子时，所述波束宽度b*赋值给最小波束宽度b
min
，此时筛选范围由原来的b
min
至b
max
变为了b*至b
max
；
[0088]
此时再次计算b*至b
max
的中间值，由此得到第二次选取的临近于该中间值的波束宽度b*；
[0089]
以此类推，直至判断所述频率复用因子f等于所述目标复用因子或所述波束宽度b*第二次轮询时，将最终的波束宽度b*输出为所述最优波束的波束宽度。
[0090]
实施例3
[0091]
在实施例1的基础上，一些实施例中，确定所述目标波束ai的最优排布角度的方法包括：
[0092]
将排布参考位置设置于所述服务区域的纬度最低点，所述排布参考位置表示第一个所要排布的波束的中心；
[0093]
分别以不同排布角度将所述波束覆盖于所述服务区域内，得到不同排布角度对应的多个波束数；
[0094]
选取所有所述波束数中最小值所对应的排布角度，得到所述最优排布角度。
[0095]
具体的，不同排布角度可根据实际需求进行设置，例如本实施例中不同排布角度
分别设置为0
°
，20
°
，40
°
；进而分别以该三种排布角度将波束排布覆盖于服务区域内，对应得到三个波束数；选取波束数最小值所对应的排布角度，将其作为最优排布角度。
[0096]
在另一些实施例中，所述排布参考位置还可以设置为所述服务区域的边缘其他位置，例如服务区域的最高点；
[0097]
在一些实施例中，将所述波束覆盖于所述服务区域内的方法为：通过六边形覆盖公式完成对所述服务区域的覆盖排布。
[0098]
设波束半径为r，排布角度为α，中心波束的坐标为(x0,y0)，根据六边形公式计算得到的周围六个波束的坐标分别为：
[0099][0100][0101]
i＝1,
…
,6
[0102]
在一些实施例中，所述排布角度大于等于0度且小于60
°
。
[0103]
实施例4
[0104]
为了便于本领域技术人员的理解，本实施例中以某具体实例进行说明：
[0105]
实例1：考虑一个服务区域——a服务区
[0106]
该区域内的业务需求设置为71gbps，目标频率复用因子为4，前向和返向转发器带宽均为500mhz、输出功率为90w；
[0107]
波束排布预设角度为：0
°
，20
°
，40
°
；可选波束宽度集合为：{0.25
°
，0.3
°
,0.35
°
,0.4
°
,0.45
°
,0.5
°
,0.55
°
,0.6
°
,0.7
°
,0.8
°
,0.9
°
,1
°
}；
[0108]
通过本技术所提方法可得到最优波束宽度为0.4
°
；最优的单波束容量为747.37mbps；图2给出了所提出方法输出的a服务区内最优的波束排布方案，其中，最优排布角度为20
°
，波束数为79。
[0109]
实例2：考虑一个服务区域——b服务区
[0110]
该区域的业务需求设置为14.4gbps，其他参数同上；
[0111]
通过本技术所提方法可得到最优波束宽度为0.6
°
；最优的单波束容量为450mbps；图3给出了所提出方法输出的b服务区内最优的波束排布方案，其中，最优排布角度为0
°
，波束数为24。
[0112]
实施例5
[0113]
本实施例提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的卫星的多波束排布方法步骤。
[0114]
如图4所示，所述终端设备700包括中央处理单元(cpu)701，其可以根据存储在只读存储器(rom)702中的程序或者从存储部分加载到随机访问存储器(ram)703中的程序而执行各种适当的动作和处理。在随机访问存储器(ram)703中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。中央处理单元(cpu)701、只读存储器(rom)702以及随机访问存储器(ram)703通过总线704彼此相连。输入/输出(i/o)接口705也连接至总线704。
[0115]
以下部件连接至输入/输出(i/o)接口705：包括键盘、鼠标等的输入部分706；包括
诸如阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分707；包括硬盘等的存储部分708；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分709。通信部分709经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器也根据需要连接至输入/输出(i/o)接口705。可拆卸介质711，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器710上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分708。
[0116]
特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图1描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例1包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。在该计算机程序被中央处理单元(cpu)701执行时，执行本技术的系统中限定的上述功能。
[0117]
实施例6
[0118]
本实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的卫星的多波束排布方法步骤。
[0119]
需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0120]
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0121]
描述于本发明实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬
件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括获取模块、数据处理模块。
[0122]
其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定；
[0123]
作为另一方面，本技术还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该电子设备执行时，使得该电子设备实现如上述实施例中卫星的多波束排布方法：
[0124]
s1：获取卫星的天线型谱，得到对应所述天线型谱的可选波束宽度集合，所述可选波束宽度集合包括不同目标波束ai的不同波束宽度；
[0125]
s2：确定所述目标波束ai的最优排布角度，以使所述目标波束覆盖服务区域且所述目标波束的波束数最小；所述排布角度为相邻两个波束的中心连线与赤道的夹角；
[0126]
s3：获取转发器容量q1，所述服务区域的容量需求q2以及与所述目标波束ai对应的波束数mi，计算频率复用因子f；
[0127]
s4：获取所述服务区域对应的目标复用因子；
[0128]
s5：确定所有所述目标波束中ai的最优波束ag，所述最优波束ag对应的频率复用因子f等于或最趋近于所述目标复用因子；
[0129]
s6：输出所述最优波束ag的波束宽度以及其对应的最优排布角度。
[0130]
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
[0131]
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
[0132]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。
[0133]
以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。