[发明专利]一种基于椭圆轨道的多波束低轨卫星信道仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于椭圆轨道的多波束低轨卫星信道仿真方法，步骤：配置卫星通信工作频点、卫星轨道参数和用户终端参数，并根据精度需求修改通用参数；一次性随机生成各用户的三维坐标，或利用终端坐标系手动配置各用户的三维坐标；选择多波束卫星天线模型并配置天线参数；计算卫星天线的波束增益；计算自由空间损耗、多普勒频移与时延；计算信道系数；计算卫星对用户的有效通信时间。本发明考虑了低轨卫星处于椭圆轨道面临的相关问题，仿真最后可以输出卫星不同波束天线到地面多终端的各种参数。

技术领域

本发明属于卫星移动通信领域，特别涉及了一种基于椭圆轨道的多波束低轨卫星信道仿真方法。

背景技术

未来通信要求实现人们能在任何时间、任何地点与任何人通信。随着无处不在的通信需求和高数据率通信业务的不断增长，卫星移动通信系统所具有的无缝覆盖和通信容量大的优势将在新一代通信系统中发挥关键性的作用。目前，我国仍有较大范围的陆地与海域没有被蜂窝移动通信系统覆盖，亟需发展新的移动通信技术以实现全天候与全地域的无缝通信覆盖。卫星移动通信系统作为地面通信网和地面移动网的一种延伸和补充，尤其是特殊环境通信领域，其作用是不可替代的。

在卫星移动通信系统中，低轨卫星移动通信系统由于卫星轨道高度低，使得传输延时短、路径损耗小，多个卫星组网即可实现真正的全球覆盖；另一方面蜂窝通信、多址、多波束、频率复用等技术也为低轨卫星移动通信提供了技术保障。因此，低轨卫星移动通信系统被认为是最有前途的卫星移动通信系统。装备多波束阵列天线的低轨卫星移动通信系统即为多波束低轨卫星移动通信系统。多波束天线可以利用同一波段同时为多个用户提供移动通信服务，与单波束相比具有更大的吞吐量(系统和速率)和频谱利用率。多波束低轨卫星移动通信采用同频组网，理论上可以发挥空分复用的优势，有效地提高系统吞吐量和频谱效率。

在卫星移动通信系统的相关技术研究中，需要对卫星与地面用户之间的信道特性进行模拟。一方面卫星移动通信真实信道特性的测量远不如地面蜂窝系统方便，相关测试成本也难以被普通机构承担。另一方面对于日益发挥重要作用的低轨卫星移动通信系统而言，在实际的椭圆轨道下，卫星与地面用户之间的相对速度与加速度都非常大，其产生的多普勒频移及变化率都非常可观，这些参数的变化对于卫星移动通信的性能有很大影响。所以在实验室研究环境下，需要一种支持高动态参数变化特性的信道仿真方法来参与卫星移动通信系统的仿真模拟。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种基于椭圆轨道的多波束低轨卫星信道仿真方法，考虑低轨卫星处于椭圆轨道面临的相关问题，仿真最后可以输出卫星不同波束天线到地面多终端的各种参数。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种基于椭圆轨道的多波束低轨卫星信道仿真方法，包括以下步骤：

(1)配置卫星通信工作频点、卫星轨道参数和用户终端参数，并根据精度需求修改通用参数；

(2)一次性随机生成各用户的三维坐标，或利用终端坐标系手动配置各用户的三维坐标；

(3)选择多波束卫星天线模型并配置天线参数；

(4)根据多波束卫星天线模型及参数，计算卫星天线的波束增益；

(5)根据配置的卫星轨道参数和用户终端参数，计算自由空间损耗、多普勒频移与时延；

(6)根据上述步骤配置或计算得到的参数，考虑卫星通信过程中信号的相频特性，计算信道系数；

(7)根据配置的卫星轨道参数和天线参数，计算卫星对用户的有效通信时间。