簇饋源多波束通信衛(wèi)星波束成形技術(shù)

發(fā)布時(shí)間：2020-09-17 10:43

　　當(dāng)漁民出海遠(yuǎn)行作業(yè)、當(dāng)旅客高空飛行、當(dāng)探險(xiǎn)家沙漠或森林穿行或當(dāng)發(fā)生破壞性地震時(shí),手機(jī)突然失去了作用,有沒(méi)有一種方式讓手機(jī)通信信號(hào)無(wú)處不在呢?答案是:“有,天地一體化衛(wèi)星-地面融合通信網(wǎng)絡(luò)”,天地一體化網(wǎng)絡(luò)包括衛(wèi)星間組網(wǎng)、地面設(shè)備組網(wǎng)和星地組網(wǎng)。星地組網(wǎng)(衛(wèi)星和地面通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫融合)提供了一個(gè)真正的無(wú)處不在的通信解決方案,使手機(jī)等通信終端既可以和地面移動(dòng)蜂窩基站通信,也可以和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。天地一體化衛(wèi)星-地面融合網(wǎng)絡(luò)將衛(wèi)星覆蓋區(qū)與陸地基站蜂窩覆蓋區(qū)嵌套多重頻率復(fù)用,大大提高了頻譜利用率,為日常使用提供了優(yōu)越的消費(fèi)體驗(yàn),同時(shí)為公共安全、快速響應(yīng)和應(yīng)急提供了一種可互操作的通信系統(tǒng)。簇饋源多波束通信衛(wèi)星是衛(wèi)星-地面融合網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組成部分,通過(guò)與地面網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合,采用空分、頻分等技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高增益、大容量、廣域密集波束覆蓋。論文針對(duì)衛(wèi)星-地面融合網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星波束成形關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn),結(jié)合中國(guó)周邊海域通信覆蓋需求,深入探討了多波束通信衛(wèi)星反射面天線波束成形存在的問(wèn)題和解決方法,從四個(gè)方面開(kāi)展工作:(1)針對(duì)衛(wèi)星-地面融合網(wǎng)絡(luò)需要的高增益、大容量、廣域波束覆蓋問(wèn)題,提出了一種基于地基波束成形的衛(wèi)星-地面融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),從衛(wèi)星架構(gòu)、波束復(fù)用方式、多波束天線實(shí)現(xiàn)形式和波束合成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等方面進(jìn)行研究,給出了空間波束復(fù)用、多波束天線和波束合成網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案;(2)基于中國(guó)周邊海域融合網(wǎng)絡(luò)波束覆蓋需求,進(jìn)行多波束天線設(shè)計(jì),針對(duì)正饋反射面天線的饋源遮擋和無(wú)法實(shí)現(xiàn)波束掃描問(wèn)題,提出了一種低耦合的簇饋源反射面天線設(shè)計(jì)方案,實(shí)現(xiàn)了中國(guó)周邊海域地區(qū)波束掃描和區(qū)域覆蓋,并進(jìn)行了原理樣機(jī)面精度測(cè)試和饋源耦合度測(cè)試,測(cè)試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求;(3)針對(duì)中國(guó)周邊海域融合網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星覆蓋波束的不確定性,將大規(guī)模波束成形問(wèn)題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問(wèn)題,由于傳統(tǒng)優(yōu)化算法難以求解最優(yōu)值,因此提出了一種用于目標(biāo)波束優(yōu)化的改進(jìn)遺傳算法,采用了包絡(luò)法進(jìn)行優(yōu)化目標(biāo)波束建模,降低了控制難度和運(yùn)算量,引入了最優(yōu)保存策略、偽并行策略和共享小生境算法等萬(wàn)法,保證了優(yōu)化算法收斂,提高了優(yōu)化速度,使算法具有逼近Pareto最優(yōu)解的能力。另外,論文還分析了反射面天線設(shè)計(jì)存在的各種誤差,評(píng)估了肋板周期性誤差、面精度誤差、饋源指向誤差、饋源平移誤差和饋源互耦引起的誤差對(duì)合成波束的影響。(4)給出了地基波束成形網(wǎng)絡(luò)前/返向鏈路通道傳輸模型、通道標(biāo)校和通道放大器非線性傳輸模型,針對(duì)波束成形網(wǎng)絡(luò)通道幅度、相位不一致問(wèn)題,給出了兩種解決方法:點(diǎn)頻相干幅度、相位檢測(cè)法和碼分相干幅度、相位檢測(cè)法。由于連續(xù)波信號(hào)對(duì)抗寬頻干擾的能力較差,單頻的連續(xù)波解時(shí)延模糊能力不夠,因此采用了碼分相干檢測(cè)法,提出了一種基于復(fù)合正交碼序列的通道幅度、相位檢測(cè)方法,克服了小m序列互相關(guān)性能差導(dǎo)致的測(cè)試結(jié)果精度低問(wèn)題,大大提高了通道的幅度和相位檢測(cè)精度,滿足了波束合成要求,并且利用原理樣機(jī)進(jìn)行了通道校準(zhǔn)后的波束合成性能驗(yàn)證,波束合成增益與理論值僅差0.2dB,可見(jiàn)基于復(fù)合正交碼序列的通道幅度、相位檢測(cè)方法有效。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN927.2
【部分圖文】：

移動(dòng)臺(tái),基站收發(fā)信臺(tái),移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心,緒論

第１章緒論逡逑不同是它的信令和語(yǔ)音都是數(shù)字的。典型的組成如圖１－１所示，主要包括：（１）逡逑ＭＳ邋（移動(dòng)臺(tái)，Ｍｏｉ丨ｅ邋Ｓｔａｔｉｏｎ）：手機(jī)等，還包括邋ＳＩＭ邋（Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ邋Ｉｄｅｎｔｉｔｙ邋Ｍｏｄｅｌ）卡；逡逑（２）邋ＢＳＳ邋（基站子系統(tǒng)，Ｂａｓｅ邋Ｓｔａｔｉｏｎ邋Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ，）：包括邋ＢＳＣ邋（基站控制器，Ｂａｓｅ逡逑ＳｔａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｅｒ）和邋ＢＴＳ（基站收發(fā)信臺(tái)，ＢａｓｅＴｒａｎｓｃｅｉｖｅｒＳｔａｔｉｏｎ），負(fù)責(zé)移動(dòng)臺(tái)和逡逑無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)之間的連接；（３）ＮＳＳ（網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)，ＮｅｔｗｏｒｋＳｗｉｔｃｈｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）：逡逑主要由ＭＳＣ邋（移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心，Ｍｏｂｉｌｅ邋Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ邋Ｃｅｎｔｅｒ）組成；（４）邋ＯＳＳ邋（運(yùn)逡逑維支撐系統(tǒng)，Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ邋Ｓｕｐｏｒｔ邋Ｓｙｓｔｅｍ）：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的維護(hù)；在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，多個(gè)ＭＳＣ逡逑組成一個(gè)邋ＧＳＭ邋（Ｇｌｏｂａｌ邋Ｓｙｓｔｅｍ邋ｆｏｒ邋Ｍｏｂｉｌｅ邋Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）網(wǎng)絡(luò)，多個(gè)邋ＢＳＣ邋可逡逑以被一個(gè)ＭＳＣ管理

示意圖,蜂窩,嵌套方法,衛(wèi)星

邐關(guān)口站逡逑１＼邋ｒ＿邐邐ｎ邋…ｆ逡逑點(diǎn)波束邐基＾邐Ｑｉｍ逡逑圖１－３衛(wèi)星－地面融合無(wú)線網(wǎng)絡(luò)示意圖逡逑衛(wèi)星－地面融合網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)通過(guò)衛(wèi)星通信波束與地面蜂窩小區(qū)復(fù)用，大大逡逑提高了頻譜效率。圖〗－４給出了衛(wèi)星蜂窩和地面蜂窩的嵌套方法，地面小區(qū)嵌逡逑套在衛(wèi)星的波束中（點(diǎn)波束），衛(wèi)星單個(gè)波束直徑大概在２００公里，而地面小區(qū)逡逑在城市環(huán)境直徑大概１公里，在郊區(qū)環(huán)境大概５公里。逡逑－Ｉ．逡逑地面基站邐７９邋＾逡逑圖１－４衛(wèi)星蜂窩和地面蜂窩的嵌套方法逡逑１．１．２多波束成形技術(shù)逡逑多波束可以用多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)，即個(gè)波束一個(gè)天線的方式，也可以通過(guò)控制逡逑

地面,衛(wèi)星,波束,蜂窩