[发明专利]低轨卫星移动通信地面实验系统

说明书

本发明公开了一种低轨卫星移动通信地面实验系统，包括软件平台和硬件平台，软件平台负责卫星信道实时参数计算、数据分析和可视化表达，硬件平台包括发送信号处理模块、波束用户方向模拟模块、卫星信道模拟模块和数模转换模块。发送信号处理模块用于基带发送信号处理，波束用户方向模拟模块用于模拟天线域和波束域用户信道空间方向，卫星信道模拟模块用于模拟低轨星地信道存在的信道长时延、大衰落、多径特性以及大多普勒频偏的性质，数模转换模块将用户接收数据转换成模拟中频信号进行输出。本发明支持天线模式和波束模式两种场景模拟，同时波束模式将卫星波束成型与用户信道空间方向进行合并从而进行低复杂度实现，极大地降低了系统的资源消耗。

技术领域

本发明属于卫星移动通信领域，涉及一种低轨卫星移动通信地面实验系统。

背景技术

作为地面通信系统的互补和延伸，同时也是地面第五代(5G，5th Generation)移动通信技术的重要组成部分，宽带低轨卫星通信系统逐渐成为当前卫星通信领域的研究热点之一。低轨卫星相比于中高轨道卫星而言具有重量轻、体积小、成本低等优点，此外也有更低的传输时延，数十颗或上百颗低轨卫星还可协同工作形成星座系统以提供全球范围内的传输覆盖。但同时由于低轨卫星通信链路与地面通信环境具有显著差异，如卫星相对地面的高速运动带来的大多普勒频移等特性，也对地面站的空口信号处理带来了许多挑战。

随着用户对于卫星通信速率的需求越来越高，现用频段资源日益趋于饱和，如何采用更高效的数据传输方案是当前的研究重点。相比于单波束传输方案，多波束传输技术能同时生成多个波束覆盖目标区域，且多波束间能够实现频率复用，极大提高通信系统吞吐量。此外，星载多波束天线技术也已有较多成熟的应用，如Iridium系统配备3副天线，其中每副天线有16个点波束。

由于卫星运行的特殊环境条件，如果采用外场试验方法租用实际卫星链路对相关算法进行验证，会出现成本过于高昂、测试时间长且易受恶劣天气影响等问题。为了降低仿真成本和实现复杂度，需要一种能够真实模拟卫星载荷与星地信道特性的地面验证仿真系统。但是，多波束宽带低轨卫星系统普遍实现复杂度很高，通常的做法是在两个硬件平台分别实现多波束载荷模拟器和卫星用户信道模拟器，因此需要消耗大量的硬件资源和计算时间。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种低复杂度、集成度高、架构灵活的低轨卫星移动通信地面实验系统，用于真实模拟多波束宽带低轨卫星通信载荷与卫星地面无线信道特征，进而可用于低轨卫星系统信道容量评估和相关算法研究。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种低轨卫星移动通信地面实验系统，用于真实模拟多波束宽带低轨卫星通信载荷与卫星地面无线信道特性，所述系统包括软件平台和硬件平台；所述软件平台负责通过用户输入的卫星系统参数生成硬件平台运行过程中需要用到的卫星信道实时参数并将其发送给硬件平台，同时接收硬件平台的运行结果进行数据分析和可视化表达；所述硬件平台包括发送信号处理模块、波束用户方向模拟模块、卫星信道模拟模块和数模转换模块；

所述发送信号处理模块的输入信号为要在各个波束上进行发送的多路信号，输出信号为对应波束的数字基带IQ信号，并输入至波束用户方向模拟模块；

所述波束用户方向模拟模块接收对应波束的数字基带IQ信号进行处理，可选两种不同的工作模式，包括天线测试模式以及波束直通模式，分别模拟天线域和波束域的信道等效系数，处理后得到的输出信号为对应用户接收信号；

所述卫星信道模拟模块的输入数据为波束用户方向模拟模块的输出信号，该信道模拟模块用于模拟低轨星地信道存在的信道长时延、大衰落、多径特性以及大多普勒频偏的性质，并将经过处理的信号输出至数模转换模块；

所述数模转换模块的输入信号为卫星信道模拟模块的输出数据，经过数字模拟转换得到各个用户的模拟中频接收信号并进行输出。