CN109121148B - 一种基于球面数字相控阵***的通信组网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于球面数字相控阵***的通信组网方法，该方法首先引入相控阵***，从空间上对相同频段波束进行区分，通过移动基站搭载相控阵天线，与卫星建立通信链路，同时与可通信范围内所有用户建立通信，提高频谱资源空间复用；其次，在原先只根据距离选择基站进行组网的基础上提出同时组网时同时考虑距离与夹角因素，通过分析相邻链路夹角间增益关系，尽可能降低波束间同频干扰，提高网络总体流通量。本发明提出的通信组网方法应用非常广泛，且充分利用资源，提高网络性能，该方法对未来移动通信发展具有重大意义。

Description

一种基于球面数字相控阵***的通信组网方法
技术领域
本发明涉及移动通信领域，具体涉及一种基于球面数字相控阵***的通信组网方法。
背景技术
随着日常活动日益增多，各种产业迅速发展，对通信服务高质量的需求也越发高。然而现阶段，移动用户除直接与卫星通信外，只能通过固定基站或者移动基站通信。基站通过全向性天线形成一个区域网络，与可通信范围内移动节点通信，为保障区域内各节点通信互不干扰，分配给该网络的频带需进行频谱分割，维持网络内所有节点中心频率均不同。由于同步轨道资源有限，用户可用资源稀缺，通信仍然以语音为主。随着技术发展，以多波束形成技术为核心的集成相控阵技术将以其高集成度和低成本驱动移动通信的发展和广泛应用。相控阵天线能够形成具有指向性的波束，可区分不同方向上处在相同频段的信号，因此，在原先使用全向性天线的网络中引入相控阵天线，可极大程度上提高频谱资源空间复用。然而，若以引入相控阵天线的基站节点为中心的通信网络内，各链路均使用相同频段，则会存在极大的同频干扰。改变基站的位置可有效缓解多波束间同频干扰，然而在移动多变网络中显然不适用。如何基于现有技术，在常规网络构建方法上提出更好的组网方法是一个问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种基于球面数字相控阵***的通信组网方法，具体技术方案如下：
一种基于球面数字相控阵***的通信组网方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1：构建通信网络；
该通信网络包括卫星、多个移动基站和多个移动基站通信范围内的所有用户，所述的多个移动基站均搭载相控阵天线，其与所述的卫星建立通信链路，与其通信范围内的所有用户节点建立通信，形成多个以搭载球面数字相控阵***为核心的移动通信网络，且数字相控阵***发出的所有波束频段相同；
S2：优化移动通信链路；
(1)当所有的用户均只在一个基站的覆盖范围内时，则所有的用户均与其可通信的移动基站进行通信；
(2)当存在用户位于若干个移动基站的覆盖范围内时，则考虑距离和波束间夹角两个因素对通信网络进行优化，具体实现如下：
①先按就近原则组网，所有用户均先与其距离最近的可通信的移动基站通信，将用户节点作为发射端，移动基站作为接收端，计算移动基站接收到的信号干扰比SIRij，并计算此时网络总体流通量C：
Figure BDA0001815613110000021
Figure BDA0001815613110000022
其中，pj表示移动基站i接收到来自用户j的信号功率，Ik表示用户j与移动基站i建立的该通信链路受到第k链路的同频干扰强度，B表示接收信号带宽；
②考虑夹角组网，对于只有一个可通信的移动基站的用户与其可通信移动基站通信，对于处在N个基站覆盖范围内的用户，首先将其与距离最近的可通信移动基站相连，形成通信链路，并将该用户的通信链路与相邻的两条通信链路之间的夹角中较小的那个定义为θ1，再采用同样的方法，依次将所述的用户a与另外可通信移动基站相连，并分别计算该用户连接不同基站时，用户a的通信链路与相邻的通信链路之间的较小夹角分别为θ2、θ3···θN，并比较多个夹角对应的天线增益值G(θ1)，G(θ2)，G(θ3)，···，G(θN)，用户与最小的天线增益值对应的可通信移动基站通信，将用户节点作为发射端，移动基站作为接收端，计算基站接收到的信号干扰比SIR'ij，并计算此时网络总体流通量C'
Figure BDA0001815613110000023
Figure BDA0001815613110000024
其中，pj'表示i个移动基站i接收到来自第j个用户的信号功率，Ik'表示该通信链路受到第k链路的同频干扰强度；
③比较根据两种基站选择依据得到的总体网络流通量，若C>C'，则只考虑距离，则通信重叠覆盖区域内的用户根据就近选择基站进行通信；若C<C'，则通信重叠覆盖区域内用户根据链路间夹角增益越小原则选择基站，其他不重叠区域用户与可通信范围内基站进行通信。
进一步地，所述的相控阵天线由多个阵元形成一个波束，该波束的增益随角度变化曲线图通过实测或者CST仿真得到。
本发明的有益效果：
本发明的组网方法首先利用球面数字相控阵***，从空间上对相同频段波束进行区分，提高频谱资源空间复用；其次，在原先只根据距离选择基站进行组网的基础上提出同时组网时同时考虑距离与夹角因素，通过分析相邻链路夹角间增益关系，尽可能降低波束间同频干扰，来提高网络总体流通量。
附图说明
图1是基于球面数字相控阵***的通信组网模型示意图；
图2是两种基站选择依据对应简单网络模型示意图，a图是就近原则组网示意图，b图是增益更小原则组网示意图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种基于球面数字相控阵***的通信组网方法，该方法包括如下步骤：
S1：构建通信网络，如图1所示；
该通信网络包括卫星、多个移动基站，如S1，S2等，和多个移动基站通信范围内用户，如a，b，c等，所述的多个移动基站均搭载相控阵天线，其与所述的卫星建立通信链路，与其通信范围内的用户节点建立通信，形成多个以搭载球面数字相控阵***为核心的移动通信网络。基站通信范围有限，每个圆圈为该基站可通信范围，且基站与基站之间存在覆盖重合区域，由图中阴影部分表示。且为提高频谱资源空间复用，所有波束均位于相同频段；
S2：优化移动通信链路：
(1)当所有的用户均只在一个基站的覆盖范围内时，则所有的用户均与其可通信的移动基站进行通信；
(2)当存在用户位于若干个移动基站的覆盖范围内时，则考虑距离和波束间夹角两个因素对通信网络进行优化，具体实现如下：
①先按就近原则组网，所有用户均先与其距离最近的可通信的移动基站通信，将用户节点作为发射端，移动基站作为接收端，计算移动基站接收到的信号干扰比SIRij，并计算此时网络总体流通量C：
Figure BDA0001815613110000031
Figure BDA0001815613110000041
其中，pj表示移动基站i接收到来自用户j的信号功率，Ik表示用户j与移动基站i建立的该通信链路受到第k链路的同频干扰强度，B表示接收信号带宽；
②考虑夹角组网，对于只有一个可通信的移动基站的用户与其可通信移动基站通信，对于处在N个基站覆盖范围内的用户，首先将其与距离最近的可通信移动基站相连，形成通信链路，并将该用户的通信链路与相邻的两条通信链路之间的夹角中较小的那个定义为θ1，再采用同样的方法，依次将所述的用户a与另外可通信移动基站相连，并分别计算该用户连接不同基站时，用户a的通信链路与相邻的通信链路之间的较小夹角分别为θ2、θ3···θN，并比较多个夹角对应的天线增益值G(θ1)，G(θ2)，G(θ3)，···，G(θN)，用户与最小的天线增益值对应的可通信移动基站通信，将用户节点作为发射端，移动基站作为接收端，计算基站接收到的信号干扰比SIR'ij，并计算此时网络总体流通量C'
Figure BDA0001815613110000042
Figure BDA0001815613110000043
其中，pj'表示i个移动基站i接收到来自第j个用户的信号功率，Ik'表示该通信链路受到第k链路的同频干扰强度；
③比较根据两种基站选择依据得到的总体网络流通量，若C>C'，则只考虑距离，则通信重叠覆盖区域内的用户根据就近选择基站进行通信；若C<C'，则通信重叠覆盖区域内用户根据链路间夹角增益越小原则选择基站，其他不重叠区域用户与可通信范围内基站进行通信。
如图2所示，为两种基站选择依据对应简单网络模型，用户a同时位于两个基站S1、S2覆盖范围内，此时，
①先按就近原则组网，所有用户均先与其距离最近的可通信的移动基站通信，将用户节点作为发射端，移动基站作为接收端，计算移动基站接收到的信号干扰比SIRij，并计算此时网络总体流通量C；
②考虑夹角组网，对于只有一个可通信的移动基站的用户与其可通信移动基站通信，对于处在N个基站覆盖范围内的用户a，首先将其与距离最近的可通信移动基站S1相连，形成通信链路，并将该用户的通信链路与相邻的通信链路之间的夹角中较小的那个为θas1b，再采用同样的方法，依次将所述的用户a与另外可通信移动基站S2相连，并分别计算该用户连接不同基站时，用户a的通信链路与相邻的通信链路之间的较小夹角分别为θas2c，比较两个夹角对应天线增益值G(θas1b)，G(θas2c)，若G(θas1b)>G(θas2c)，则用户a与基站S2通信，将用户节点作为发射端，移动基站作为接收端，计算基站接收到的信号干扰比SIR'ij，
Figure BDA0001815613110000051
并计算此时网络总体流通量
Figure BDA0001815613110000052
若G(θaib)<G(θaic)，则该用户与距离最近基站通信；计算基站接收到的信号干扰比SIR'ij，并计算此时网络总体流通量C'。
③比较根据两种基站选择依据得到的总体网络流通量，若C>C'，则只考虑距离，则通信重叠覆盖区域内的用户根据就近选择基站进行通信；若C<C'，则通信重叠覆盖区域内用户根据链路间夹角增益越小原则选择基站，其他不重叠区域用户与可通信范围内基站进行通信。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于球面数字相控阵***的通信组网方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1：构建通信网络；
该通信网络包括卫星、多个移动基站和多个移动基站通信范围内的所有用户，所述的多个移动基站均搭载相控阵天线，其与所述的卫星建立通信链路，与其通信范围内的所有用户节点建立通信，形成多个以搭载球面数字相控阵***为核心的移动通信网络，且数字相控阵***发出的所有波束频段相同；
S2：优化移动通信链路；
(1)当所有的用户均只在一个基站的覆盖范围内时，则所有的用户均与其可通信的移动基站进行通信；
(2)当存在用户位于若干个移动基站的覆盖范围内时，则考虑距离和波束间夹角两个因素对通信网络进行优化，具体实现如下：
①先按就近原则组网，所有用户均先与其距离最近的可通信的移动基站通信，将用户节点作为发射端，移动基站作为接收端，计算移动基站接收到的信号干扰比SIRij，并计算此时网络总体流通量C：
Figure FDA0002382255690000011
Figure FDA0002382255690000012
其中，i表示移动基站，j表示用户，pj表示移动基站i接收到来自用户j的信号功率，Ik表示用户j与移动基站i建立的通信链路受到第k链路的同频干扰强度，B表示接收信号带宽；
②考虑夹角组网，对于只有一个可通信的移动基站的用户与其可通信移动基站通信，对于处在N个基站覆盖范围内的用户，首先将其与距离最近的可通信移动基站相连，形成通信链路，并将该用户的通信链路与相邻的两条通信链路之间的夹角中较小的那个定义为θ1，再采用同样的方法，依次将用户a与另外可通信移动基站相连，并分别计算该用户连接不同基站时，用户a的通信链路与相邻的通信链路之间的较小夹角分别为θ2、θ3…θN，并比较多个夹角对应的天线增益值G(θ1)，G(θ2)，G(θ3)，…，G(θN)，用户与最小的天线增益值对应的可通信移动基站通信，将用户节点作为发射端，移动基站作为接收端，计算基站接收到的信号干扰比SIRi'j，并计算此时网络总体流通量C'
Figure FDA0002382255690000021
Figure FDA0002382255690000022
其中，pj'表示i个移动基站i接收到来自第j个用户的信号功率，Ik'表示该通信链路受到第k链路的同频干扰强度；
③比较根据两种基站选择依据得到的总体网络流通量，若C＞C'，则只考虑距离，则通信重叠覆盖区域内的用户根据就近选择基站进行通信；若C＜C'，则通信重叠覆盖区域内用户根据链路间夹角增益越小原则选择基站，其他不重叠区域用户与可通信范围内基站进行通信。
2.根据权利要求1所述的基于球面数字相控阵***的通信组网方法，其特征在于：所述的相控阵天线由多个阵元形成一个波束，该波束的增益随角度变化曲线图通过实测或者CST仿真得到。
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