基于智能超表面的多个卫星协作下行通信方法及系统与流程

本发明涉及无线通信的，特别是涉及一种基于智能超表面的多个卫星协作下行通信方法及系统。

背景技术：

1、空天地海一体化的立体网络是下一代移动通信技术的重要愿景。现有地面蜂窝网络仅覆盖了地球表面的10％。在偏远地区信号覆盖，自然灾害通信恢复等场景面临网络部署的困境。卫星通信以其覆盖范围广、在轨状态稳定的优势，可作为地面蜂窝网络的补充。因此，星地融合互补是构建空天地一体化网络的关键。多个卫星协作下行传输可以提升系统的有效服务时间，增加单位时间内的系统吞吐量。而星地融合关键技术的研究，是构建空天地一体化网络、实现信号广域覆盖和服务无缝流转的关键。

2、然而，由于数百公里以上的通信距离，卫星通信面临严重的路径损耗；由于星上资源和发射功率受限，部署大规模多输入多输出(mimo)技术成本较高，这使得星地通信的服务质量保证面临严重挑战。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于智能超表面的多个卫星协作下行通信方法及系统，以智能超表面作为中继实现多个卫星协作的下行通信，有效提高了系统传输性能。

2、第一方面，本发明提供一种基于智能超表面的多个卫星协作下行通信方法，所述方法包括以下步骤：设置多个卫星同时服务于地面节点，以构建所述卫星与所述地面节点之间的直射链路；部署智能超表面，并构建所述卫星到所述智能超表面之间的辅助链路；基于所述直射链路和所述辅助链路的协同实现所述多个卫星到所述地面节点的下行通信。

3、在第一方面的一种实现方式中，所述智能超表面部署在所述地面节点附近。

4、在第一方面的一种实现方式中，所述智能超表面的工作模式为反射模式、透射模块或同时透射反射模式；所述辅助链路为反射链路和/或透射链路。

5、在第一方面的一种实现方式中，基于所述直射链路和所述辅助链路的协同实现所述多个卫星到所述地面节点的下行通信包括以下步骤：

6、基于所述地面节点提供控制信息至所述智能超表面，所述智能超表面根据所述控制信息进行参数调整；

7、选取与所述地面节点距离最近的卫星所在的辅助链路作为优化辅助链路；

8、将所述优化辅助链路的信号和其他卫星所在的直射链路的信号在所述地面节点处进行相位对齐后相干叠加。

9、在第一方面的一种实现方式中，所述参数包括所述智能超表面的阵元相位幅度参数和俯仰角参数。

10、第二方面，本发明提供一种基于智能超表面的多个卫星协作下行通信系统，所述系统包括：

11、多个卫星，用于同时服务于地面节点，以构建所述卫星与所述地面节点之间的直射链路；

12、智能超表面，用于构建所述卫星到所述智能超表面之间的辅助链路，以使所述直射链路和所述辅助链路的协同实现所述多个卫星到所述地面节点的下行通信。

13、在第二方面的一种实现方式中，所述智能超表面部署在所述地面节点附近。

14、在第二方面的一种实现方式中，所述智能超表面的工作模式为反射模式、透射模块或同时透射反射模式；所述辅助链路为反射链路和/或透射链路。

15、在第二方面的一种实现方式中，所述直射链路和所述辅助链路的协同实现所述多个卫星到所述地面节点的下行通信包括以下步骤：

16、基于所述地面节点提供控制信息至所述智能超表面，所述智能超表面根据所述控制信息进行参数调整；

17、基于所述地面节点选取与所述地面节点距离最近的卫星所在的辅助链路作为优化辅助链路；

18、基于所述地面节点将所述优化辅助链路的信号和其他卫星所在的直射链路的信号在所述地面节点处进行相位对齐后相干叠加。

19、在第二方面的一种实现方式中，所述参数包括所述智能超表面的阵元相位幅度参数和俯仰角参数。

20、如上所述，本发明的基于智能超表面的多个卫星协作下行通信方法及系统，具有以下有益效果：

21、(1)引入智能超表面来辅助多个卫星协作的下行传输，一方面，智能超表面以低成本的优势可以灵活部署于地面节点附近；另一方面，智能超表面以较低功耗的代价实现了系统性能的突破，提高了服务周期内的传输数据量，且符合绿色通信的发展理念；

22、(2)根据卫星地轨道参数和运行状态自适应地对智能超表面的相位进行优化，使得智能超表面可工作在反射、透射和同时透射反射三种模式；

23、(3)智能超表面可灵活部署于地面接收节点附近，地面节点可根据服务需求时间，传输数据量等性能指标选择多个卫星协作传输的卫星数，从而实现星间切换次数的降低和数据传输量的显著提升；

24、(4)将智能超表面作为中继来提升多个卫星协作下行传输的传输速率，与其他有源中继方式如放大转发、解码转发技术等对比，智能超表面对入射信号的中继不会引入噪声，且无需射频链路而仅以较低功耗实现了信号无源中继；

25、(5)适用于解决星地通信场景中由于严重路径损耗造成星地下行传输速率受限的问题。

技术特征：

1.一种基于智能超表面的多个卫星协作下行通信方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于智能超表面的多个卫星协作下行通信方法，其特征在于：所述智能超表面部署在所述地面节点附近。

3.根据权利要求1所述的基于智能超表面的多个卫星协作下行通信方法，其特征在于：所述智能超表面的工作模式为反射模式、透射模块或同时透射反射模式；所述辅助链路为反射链路和/或透射链路。

4.根据权利要求1所述的基于智能超表面的多个卫星协作下行通信方法，其特征在于：基于所述直射链路和所述辅助链路的协同实现所述多个卫星到所述地面节点的下行通信包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的基于智能超表面的多个卫星协作下行通信方法，其特征在于：所述参数包括所述智能超表面的阵元相位幅度参数和俯仰角参数。

6.一种基于智能超表面的多个卫星协作下行通信系统，其特征在于：所述系统包括：

7.根据权利要求6所述的基于智能超表面的多个卫星协作下行通信系统，其特征在于：所述智能超表面部署在所述地面节点附近。

8.根据权利要求6所述的基于智能超表面的多个卫星协作下行通信系统，其特征在于：所述智能超表面的工作模式为反射模式、透射模块或同时透射反射模式；所述辅助链路为反射链路和/或透射链路。

9.根据权利要求6所述的基于智能超表面的多个卫星协作下行通信系统，其特征在于：所述直射链路和所述辅助链路的协同实现所述多个卫星到所述地面节点的下行通信包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的基于智能超表面的多个卫星协作下行通信系统，其特征在于：所述参数包括所述智能超表面的阵元相位幅度参数和俯仰角参数。

技术总结
本发明提供一种基于智能超表面的多个卫星协作下行通信方法及系统，所述方法包括以下步骤：设置多个卫星同时服务于地面节点，以构建所述卫星与所述地面节点之间的直射链路；部署智能超表面，并构建所述卫星到所述智能超表面之间的辅助链路；基于所述直射链路和所述辅助链路的协同实现所述多个卫星到所述地面节点的下行通信。本发明的基于智能超表面的多个卫星协作下行通信方法及系统以智能超表面作为中继实现多个卫星协作的下行通信，有效提高了系统传输性能。

技术研发人员：周婷,冯凯,徐天衡,赵建龙,胡宏林
受保护的技术使用者：上海前瞻创新研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12