簇馈源多波束通信卫星波束成形技术

发布时间：2020-09-17 10:43

　　当渔民出海远行作业、当旅客高空飞行、当探险家沙漠或森林穿行或当发生破坏性地震时,手机突然失去了作用,有没有一种方式让手机通信信号无处不在呢?答案是:“有,天地一体化卫星-地面融合通信网络”,天地一体化网络包括卫星间组网、地面设备组网和星地组网。星地组网(卫星和地面通信网络的无缝融合)提供了一个真正的无处不在的通信解决方案,使手机等通信终端既可以和地面移动蜂窝基站通信,也可以和卫星网络互联互通。天地一体化卫星-地面融合网络将卫星覆盖区与陆地基站蜂窝覆盖区嵌套多重频率复用,大大提高了频谱利用率,为日常使用提供了优越的消费体验,同时为公共安全、快速响应和应急提供了一种可互操作的通信系统。簇馈源多波束通信卫星是卫星-地面融合网络的关键组成部分,通过与地面网络联合,采用空分、频分等技术可实现高增益、大容量、广域密集波束覆盖。论文针对卫星-地面融合网络卫星波束成形关键技术和难点,结合中国周边海域通信覆盖需求,深入探讨了多波束通信卫星反射面天线波束成形存在的问题和解决方法,从四个方面开展工作:(1)针对卫星-地面融合网络需要的高增益、大容量、广域波束覆盖问题,提出了一种基于地基波束成形的卫星-地面融合网络架构,从卫星架构、波束复用方式、多波束天线实现形式和波束合成网络架构等方面进行研究,给出了空间波束复用、多波束天线和波束合成网络设计方案;(2)基于中国周边海域融合网络波束覆盖需求,进行多波束天线设计,针对正馈反射面天线的馈源遮挡和无法实现波束扫描问题,提出了一种低耦合的簇馈源反射面天线设计方案,实现了中国周边海域地区波束扫描和区域覆盖,并进行了原理样机面精度测试和馈源耦合度测试,测试结果满足设计要求;(3)针对中国周边海域融合网络卫星覆盖波束的不确定性,将大规模波束成形问题转化为优化问题,由于传统优化算法难以求解最优值,因此提出了一种用于目标波束优化的改进遗传算法,采用了包络法进行优化目标波束建模,降低了控制难度和运算量,引入了最优保存策略、伪并行策略和共享小生境算法等万法,保证了优化算法收敛,提高了优化速度,使算法具有逼近Pareto最优解的能力。另外,论文还分析了反射面天线设计存在的各种误差,评估了肋板周期性误差、面精度误差、馈源指向误差、馈源平移误差和馈源互耦引起的误差对合成波束的影响。(4)给出了地基波束成形网络前/返向链路通道传输模型、通道标校和通道放大器非线性传输模型,针对波束成形网络通道幅度、相位不一致问题,给出了两种解决方法:点频相干幅度、相位检测法和码分相干幅度、相位检测法。由于连续波信号对抗宽频干扰的能力较差,单频的连续波解时延模糊能力不够,因此采用了码分相干检测法,提出了一种基于复合正交码序列的通道幅度、相位检测方法,克服了小m序列互相关性能差导致的测试结果精度低问题,大大提高了通道的幅度和相位检测精度,满足了波束合成要求,并且利用原理样机进行了通道校准后的波束合成性能验证,波束合成增益与理论值仅差0.2dB,可见基于复合正交码序列的通道幅度、相位检测方法有效。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN927.2
【部分图文】：

移动台,基站收发信台,移动业务交换中心,绪论

第１章绪论逡逑不同是它的信令和语音都是数字的。典型的组成如图１－１所示，主要包括：（１）逡逑ＭＳ邋（移动台，Ｍｏｉ丨ｅ邋Ｓｔａｔｉｏｎ）：手机等，还包括邋ＳＩＭ邋（Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ邋Ｉｄｅｎｔｉｔｙ邋Ｍｏｄｅｌ）卡；逡逑（２）邋ＢＳＳ邋（基站子系统，Ｂａｓｅ邋Ｓｔａｔｉｏｎ邋Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ，）：包括邋ＢＳＣ邋（基站控制器，Ｂａｓｅ逡逑ＳｔａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｅｒ）和邋ＢＴＳ（基站收发信台，ＢａｓｅＴｒａｎｓｃｅｉｖｅｒＳｔａｔｉｏｎ），负责移动台和逡逑无线通信网络之间的连接；（３）ＮＳＳ（网络交换系统，ＮｅｔｗｏｒｋＳｗｉｔｃｈｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）：逡逑主要由ＭＳＣ邋（移动业务交换中心，Ｍｏｂｉｌｅ邋Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ邋Ｃｅｎｔｅｒ）组成；（４）邋ＯＳＳ邋（运逡逑维支撑系统，Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ邋Ｓｕｐｏｒｔ邋Ｓｙｓｔｅｍ）：负责系统的维护；在实际网络中，多个ＭＳＣ逡逑组成一个邋ＧＳＭ邋（Ｇｌｏｂａｌ邋Ｓｙｓｔｅｍ邋ｆｏｒ邋Ｍｏｂｉｌｅ邋Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）网络，多个邋ＢＳＣ邋可逡逑以被一个ＭＳＣ管理

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逦关口站逡逑１＼邋ｒ＿逦逦ｎ邋…ｆ逡逑点波束逦基＾逦Ｑｉｍ逡逑图１－３卫星－地面融合无线网络示意图逡逑卫星－地面融合网络通信系统通过卫星通信波束与地面蜂窝小区复用，大大逡逑提高了频谱效率。图〗－４给出了卫星蜂窝和地面蜂窝的嵌套方法，地面小区嵌逡逑套在卫星的波束中（点波束），卫星单个波束直径大概在２００公里，而地面小区逡逑在城市环境直径大概１公里，在郊区环境大概５公里。逡逑－Ｉ．逡逑地面基站逦７９邋＾逡逑图１－４卫星蜂窝和地面蜂窝的嵌套方法逡逑１．１．２多波束成形技术逡逑多波束可以用多个天线实现，即个波束一个天线的方式，也可以通过控制逡逑

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－Ｉ．逡逑地面基站逦７９邋＾逡逑图１－４卫星蜂窝和地面蜂窝的嵌套方法逡逑１．１．２多波束成形技术逡逑多波束可以用多个天线实现，即个波束一个天线的方式，也可以通过控制逡逑

【参考文献】