一种卫星跳波束天线系统测试方法和装置与流程

本申请涉及无线通信和卫星通信，尤其涉及一种用于卫星跳波束天线系统测试的方法和装置。

背景技术：

1、卫星通信具有广域覆盖的特点，不受地球表面地形、地貌限制。通过多颗卫星组成的卫星通信网络，可实现全球覆盖，在地球表面包括海洋、山区、沙漠等传统通信无法覆盖的区域进行通信。通信卫星通常采用多波束设计，通过频分、空分方式，扩大单颗卫星的覆盖范围。传统卫星通常采用相对地面固定的波束设计，将地球表面划分为数万个波位小区，不同波束对应不同波位，确保在地面的覆盖区域基本固定。但由于卫星覆盖区域较大，用户的通信需求在地理、时间、带宽等多维度分布不均匀且动态变化，固定的波束设计无法灵活调配波束资源，系统整体容量较低，系统使用率较低。

2、跳波束是近年来卫星通信领域兴起的一项新型天线波束管理技术，可在空间、时间、频率和功率4个维度上进行卫星资源的动态分配。针对卫星通信业务不均匀分布和动态变化的特点，通过波束管理优化网络特性，提升系统容量。

3、卫星跳波束主要功能是在指定的时间以最有效的方式为需要的波束单元提供合适的容量，实现波束实时动态、灵活高效的跳变。跳波束功能由通信卫星的有效载荷、相控阵天线、跳波束控制器共同实现。有效载荷用于生成或转发多个波束信号，相控阵天线用于多个波束信号分别向不同波束方向发射。跳波束控制器的主要作用是根据波束跳变计划配合天线，将数据流在规定的时间内切换到正确的多个波束上，满足不同波束内终端用户的使用需求。

4、星通信系统跳波束方案设计面临较高的技术挑战。一是卫星网络拓扑结构高动态，网络中节点的运动还将导致网络拓扑结构呈现高动态变化特性。网络的高速拓扑变化一方面会造成链路变化，难以通过固定流量来传输数据；另一方面，网络协议在多跳、中继等不同变化下面临非对称链路、链路质量变化与高可靠传送反馈控制的矛盾，将造成应用层传送效率低，甚至无法保证数据传送质量。二是无线链路环境复杂。由于轨道高度的原因，卫星与地面节点间传输信号衰减损耗大且容易受到轨道变化、大气散射、雨衰、遮挡等一系列因素的影响，造成接收信号微弱且干扰强烈，这一现象在高频段将更加严重。同时，长距离传输和空间环境的影响也将导致通信过程中存在高时延和大抖动的问题，这将导致反馈适应机制面临及时调整与长时延的矛盾，使得常规的差错控制方法难以奏效。在卫星通信系统设计和设备研制过程中，需要搭建试验系统，对跳波束系统收发特性开展试验验证。

技术实现思路

1、本申请提出一种卫星跳波束天线系统测试方法和装置，解决在地面有限环境中，同时实现在轨卫星波束跳变以及星地无线信道传播环境的模拟，搭建终端与卫星之间的通信链路，解决卫星跳波束天线系统难以测试的问题。

2、本申请实施例提供一种卫星跳波束天线系统测试装置，包括第一微波暗室、星地无线信道环境模拟器和若干第一收发天线；

3、所述第一微波暗室内一端用于设置通信卫星，产生的波束朝向暗室内另一端，在暗室另一端形成多个跳变波位；

4、所述第一微波暗室内另一端设置所述第一收发天线，每一个终端天线位于一个跳变波位内设定位置；

5、第一收发天线的射频端口经过星地无线信道环境模拟器连接到终端设备，所述星地无线信道环境模拟器的每个通道仿真一个波束与一个终端之间的信道环境。

6、在本申请的一个实施例中，还包含天线接口板；所述天线接口板设置在所述第一微波按室内设置所述第一收发天线的一端，所述天线接口板设置有预设的天线安装位置。

7、在本申请的一个实施例中，所述天线接口板面向通信卫星一侧铺设有吸波材料。

8、在本申请的一个实施例中，所述星地无线信道环境模拟器布置在暗室外部。

9、在本申请的一个实施例中，所述星地无线信道环境模拟器连接到终端设备的方式为以下至少1种：通过电缆连接到终端设备的射频端；或者，通过电缆连接到第二收发天线，再通过辐射方式连接到终端设备。

10、在本申请的一个实施例中，所述测试装置还包含若干第二微波暗室。所述第二微波暗室，用于设置所述终端设备。所述第二微波暗室中设置有第二收发天线，用于通过辐射方式连接到所述终端设备。所述第二收发天线，连接所述星地无线信道环境模拟器的终端侧接口。

11、在本申请的一个实施例中，所述测试装置还包含：高速切换矩阵，用于连接所述星地无线信道环境模拟器的卫星侧接口和所述第一收发天线。

12、在本申请的一个实施例中，所述测试装置还包含：跳波束信号接收与处理模块，用于接收所述通信卫星的波束跳变信号传递到所述星地无线信道环境模拟器，所述星地无线信道环境模拟器根据波束跳变，实时模拟对应波束的信道环境。

13、本申请实施例还提出一种卫星跳波束天线系统测试方法，使用本申请任意一项实施例所述装置，所述方法包含以下步骤：调整所述第一收发天线的安装位置，模拟终端在不同波位或同一波位中的不同位置。

14、在本申请的一个实施例中，所述测试方法还包含以下步骤：用高速切换矩阵将所述星地无线信道环境模拟器的m个端口灵活切换至n个所述第一收发天线中的m个。

15、本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

16、本申请的方案模拟卫星与地面终端之间实时变化的跳变波束，实现卫星波束在不同波位之间快速跳变，覆盖不同波位下的地面终端。同时，模拟卫星与地面终端之间信号传播的无线信道环境。

17、本申请的系统，还便于接入不同类型的终端设备、以及模拟不同类型的终端天线接入，提高测试的适用性。本申请的系统，可以使用有限容量的无线信道环境模拟器以及有限数量的终端，对较大数量波位和波束变化过程进行测试。进一步提高测试系统的适用范围。

技术特征：

1.一种卫星跳波束天线系统测试装置，其特征在于，包括第一微波暗室、星地无线信道环境模拟器和若干第一收发天线；

2.如权利要求1所述的一种卫星跳波束天线系统测试装置，其特征在于，还包含天线接口板；

3.如权利要求2所述的一种卫星跳波束天线系统测试装置，其特征在于，所述天线接口板面向通信卫星一侧铺设有吸波材料。

4.如权利要求1所述的一种卫星跳波束天线系统测试装置，其特征在于，所述星地无线信道环境模拟器布置在暗室外部。

5.如权利要求1所述的一种卫星跳波束天线系统测试装置，其特征在于，所述星地无线信道环境模拟器连接到终端设备的方式为以下至少1种：

6.如权利要求1所述的一种卫星跳波束天线系统测试装置，其特征在于，还包含若干第二微波暗室；

7.如权利要求1所述的一种卫星跳波束天线系统测试装置，其特征在于，还包含高速切换矩阵，用于连接所述星地无线信道环境模拟器的卫星侧接口和所述第一收发天线。

8.如权利要求1所述的一种卫星跳波束天线系统测试装置，其特征在于，还包含：

9.一种卫星跳波束天线系统测试方法，使用权利要求1～8任意一项所述装置，其特征在于，包含以下步骤：

10.如权利要求9所述的卫星跳波束天线系统测试方法，其特征在于，还包含以下步骤：

技术总结
本申请公开了一种卫星跳波束天线系统测试装置，包括第一微波暗室、星地无线信道环境模拟器和若干第一收发天线；所述第一微波暗室内一端用于设置通信卫星，产生的波束朝向暗室内另一端，在暗室另一端形成多个跳变波位；所述第一微波暗室内另一端设置所述第一收发天线，每一个终端天线位于一个跳变波位内设定位置；第一收发天线的射频端口经过星地无线信道环境模拟器连接到终端设备，所述星地无线信道环境模拟器的每个通道仿真一个波束与一个终端之间的信道环境。本申请还包含使用所述测试装置进行卫星跳波束天线系统测试的方法。本申请的技术方案解决卫星跳波束天线系统难以测试的问题。

技术研发人员：马玉娟,李侠宇,刘硕,万屹,李思栋,刘海蛟,杨一明
受保护的技术使用者：中国信息通信研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21