CN113708822A - 一种通信链路建模仿真*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通信链路建模仿真***，属于卫星通信技术领域，包括波束判断模块、链路预算模块、干扰分析模块、策略仿真模块、冲突监视与解决模块，波束判断模块根据用户位置判断用户是否被地球遮挡，得到用户与波束中心夹角、是否在当前波束工作标识，输入到链路预算模块中；链路预算模块得到用户当前的Ec/N0，输入到干扰分析模块中；干扰分析子模块最终得到用户当前的Eb/N0，并查表得到对应的理论BER输出；策略仿真分析模块考虑当BER无法达到要求时，对用户的调制方式和EIRP进行优化。通过冲突监视和冲突解决模块对当前用户的受扰类型分析，由冲突解决模块提供解决方案。本发明综合考虑多个参数对链路预算的影响，利用链路预算计算的无扰情况下的Ec/N0，对比BER曲线图，来判断是否有额外干扰的产生并给与解决方案。

Description

一种通信链路建模仿真***
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种通信链路建模仿真***。
背景技术
近年来，随着大量联网设备的增加，以及部分地区地面无线网络难以有效覆盖，由于卫星通信覆盖区域大，可与各种多址连接技术结合构成通信网，以及通信频带宽、容量大等特点，卫星通信可以作为地面网络的有效补充。因此对于卫星通信在各个频段不同编码调制方式下的***仿真可以在卫星发射前对***通信容量和通信有效性进行验证和仿真。
在卫星通信***中，对于特定的载波频率，不同的扩频、编码、调制方式等要达到通信的误码率标准有不同的信噪比要求。因此对于不同的扩频、编码、调制方式下，提供一个可以判断并解决链路问题的通信链路建模仿真***是一个亟待解决的技术难题。因此，提出一种通信链路建模仿真***。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何在不同的扩频、编码、调制方式下，通过建模仿真判断并解决链路问题，提供了一种通信链路建模仿真***。该建模仿真***对用户需求及多用户干扰仿真分析，信道特性以S和Ka频段的多址链路仿真分析为输入；根据链路冲突情况分析和优化资源分配、调度用户任务；建立完整的中继卫星用户使用策略仿真分析***，对用户间干扰准确预测，并可以通过采用扩频通信、码分多址、极化隔离等技术，减小用户间干扰，保证用户正常通信；针对不同的调制/解调、编码、传输速率、是否扩频、极化等参数计算通信***BER(误码率)与信噪比的关系，以及通信***BER与链路余量的关系；根据目标用户的通信模式和信号特性，确定使用的BER曲线，根据中继星入口信噪比找到干扰门限角。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括波束判断模块、链路预算模块、干扰分析模块、策略仿真模块、冲突监视与解决模块；
所述波束判断模块，用于选定一个目标波束，对用户是否位于当前波束中作判定，同时判断用户是否被地球遮挡，计算得到用户与波束中心夹角、是否在当前波束工作的状态标识；
所述链路预算模块，用于对已判定好用户和卫星波束关系的用户进行链路预算，计算出用户当前的Ec/N0；
所述干扰分析模块，用于根据用户的天线极化类型和受到干扰类型对目标用户同波束内所有干扰用户进行干扰计算，计算出用户当前的Eb/N0，并查表得到对应的理论BER输出；
所述策略仿真模块，当BER无法达到要求时，对目标用户的调制方式和EIRP进行优化；
所述冲突监视与解决模块，对当前用户的受扰类型分析，并提供解决方案。
更进一步地，用户与波束中心夹角即同步卫星波束中心指向的归一化向量与卫星到用户的位置归一化向量的夹角，依据输入的波束有效宽度，当夹角小于波束有效宽度时，判定用户在目标波束内未被地球遮挡或被地球遮挡；否则认为用户在目标波束外。
更进一步地，所述是否在当前波束工作的状态标识分别为0、-1、1，状态标识为0的用户为当前波束的非工作用户，状态标识为1的用户为当前波束中正常工作的用户，状态标识为-1的用户为被地球遮挡的用户，状态标识为0与状态标识为1的用户均会对选定的目标用户产生干扰。
更进一步地，在进行链路预算时，计算公式如下：
pathloss＝92.44+20log10(dsat2user)+20log10(fc/109)
Figure BDA0003189621780000021
其中：pathloss为路损；为用户到卫星的距离；fc为用户中心频率，单位为Hz；EIRP为用户天线全向发射功率，单位为dBm；AntGain为卫星天线增益，由天线方向图获得；G/T为增益温度比；Rc为用户码速率；L0为其他损耗；玻尔兹曼常数换算后为-198.6。
更进一步地，用户发射天线极化类型分为线极化和圆极化，在相同频段、不同极化方式会产生3dB的极化隔离。
更进一步地，线极化分为水平极化和垂直极化，水平极化和垂直极化之间会产生30dB的极化隔离，圆极化分为左旋极化和右旋极化，左旋极化和右旋极化之间也有30dB的极化隔离。
更进一步地，用户受到的干扰类型为频分多址干扰或码分多址干扰。
更进一步地，对于频分多址干扰，考虑目标用户和干扰用户的交叠频带带宽，干扰功率按干扰用户平均功率谱和干扰带宽的乘积获得。
更进一步地，对于码分多址干扰，当干扰用户数小于10个时，将干扰用户功率叠加后与Rc/Rb的比值作为干扰总功率；当干扰用户数大于10个时，对干扰进行高斯等效分析，对干扰进行高斯等效分析，公式如下：
Figure BDA0003189621780000022
其中r为编码速率，N为扩频比，K表示总用户数，
Figure BDA0003189621780000023
表示信噪比，
Figure BDA0003189621780000024
第i个干扰用户的功率，P表示公共信号功率。
更进一步地，对目标用户的调制方式进行优化即将高阶调制向低阶调制优化，EIRP优化方式即增加目标用户EIRP直至最终达到BER要求。
本发明相比现有技术具有以下优点：该通信链路建模仿真***，综合考虑多个参数对链路预算的影响，利用链路预算计算的无干扰情况下的Ec/N0，对比BER曲线图，来判断是否有额外干扰的产生并给与解决方案，值得被推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例中通信链路建模仿真***框图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种通信链路建模仿真***，包括以下模块：
波束判断模块：
本模块主要功能为选定一个目标波束，对用户是否位于当前波束中作判定；若用户位于波束中，则返回状态标识为1，否则返回状态标识为0；同时判断用户是否被地球遮挡，根据卫星坐标到地面站是否有直射径，若被遮挡则返回状态标识为-1。所有状态标识为1的用户为当前波束中正常工作的用户，状态标识为0的用户为当前波束的非工作用户，这两类用户都会对选定的目标用户产生干扰；
具体的，计算同步卫星波束中心指向的归一化向量与卫星到用户的位置归一化向量的夹角，依据输入的波束有效宽度，当夹角小于波束有效宽度时，判定用户在目标波束内(状态标识为1)，用户可能会被地球遮挡(状态标识为-1)；否则认为用户在目标波束外(状态标识为0)；
然后将当前时刻用户和卫星波束关系以及用户当前状态标识输入到后续模块中，以便进行干扰分析。
链路预算模块：
对已判定好用户和卫星波束关系的用户进行链路预算，依据以下公式：
pathloss＝92.44+20log10(dsat2user)+20log10(fc/109)
Figure BDA0003189621780000031
其中：pathloss为路损；为用户到卫星的距离；fc为用户中心频率，单位为Hz；EIRP为用户天线全向发射功率，单位为dBm；AntGain为卫星天线增益，由天线方向图获得；G/T为增益温度比；Rc为用户码速率；L0为其他损耗；玻尔兹曼常数换算后为-198.6；
通过链路预算模块计算出所有用户当前的Ec/N0，即码片信号功率与噪声功率比值。输入到干扰分析模块中；
干扰分析模块：
干扰分析模块对目标用户同波束内所有干扰用户(无论是否为当前波束内的工作用户)进行干扰计算，同时考虑到用户的天线极化类型和干扰类型，计算出干扰功率相对于信号功率的比值，单位为dB，即若干扰功率和用户功率相等时，输出为0dB；
用户发射天线极化类型分为线极化和圆极化，在相同频段、不同极化方式会产生3dB的极化隔离；线极化分为水平极化和垂直极化，二者会产生30dB的极化隔离，圆极化分为左旋极化和右旋极化，二者之间也有30dB的极化隔离；根据用户是否扩频，以及工作频率、带宽等参数，确定用户受到的是频分多址干扰还是码分多址干扰。对于频分多址干扰，考虑目标用户和干扰用户的交叠频带带宽，干扰功率按干扰用户平均功率谱和干扰带宽的乘积获得。对于码分多址干扰，当干扰用户数小于10个时，将干扰用户功率叠加后与Rc/Rb的比值作为干扰总功率；当干扰用户数大于10个时，对干扰进行高斯等效分析，公式如下：
Figure BDA0003189621780000041
其中r为编码速率，N为扩频比，K表示总用户数，
Figure BDA0003189621780000042
表示信噪比，
Figure BDA0003189621780000043
第i个干扰用户的功率，P表示公共信号功率。
获得干扰功率后，计算每个用户的Eb/(Ib+N0)作为SINR(信号与干扰加噪声比)输出，之后从BER理论曲线图中找到对应BER输出。
策略仿真分析模块：
考虑当BER无法达到要求时，首先对目标用户的调制方式进行优化，将高阶调制(8PSK、QPSK)向低阶调制(BPSK)进行优化。之后基于不同编码BER理论曲线图，在相同SINR的前提下，向BER更低的编码调制方式进行优化。
若经过上述过程后BER仍不低于10e-6，则不断增加目标用户EIRP(等效全向辐射功率)直至最终达到BER要求(低于10e-6)。EIRP自动按照每次5dB进行增加，上限为100dB(均可修改)，若目标用户仍无法正常工作则停止增加。需要注意的是，目标用户功率提升时，会对同波束内的其他用户产生很大的影响，应慎重使用。
冲突监视与冲突解决模块：
冲突监视模块：用于监视当前用户的受扰类型(无干扰、频分多址干扰、码分多址干扰)、SINR、BER等状态，决定是否触发冲突解决模块。
冲突解决模块：提供冲突解决方案，输入到策略仿真分析模块中；之后，策略仿真模块综合干扰分析的结果，可以得到新的用户策略。
工作原理：
首先，波束判断模块利用输入的用户、卫星、链路关系信息，基于卫星位置和波束指向计算波束中心位置，找出当前波束覆盖范围内的所有用户，根据用户位置判断用户是否被地球遮挡，得到用户与波束中心夹角、是否在当前波束工作标识，输入到链路预算模块中；链路预算模块通过用户与卫星的距离和用户工作频率计算路径损失，结合天线方向图增益、用户速率、其他损耗等，得到用户当前的Ec/N0，输入到干扰分析模块中；干扰分析模块首先根据用户符号速率与码速率的关系，判断用户为频分或码分，对频分用户计算频率交叠产生的干扰，对码分用户计算扩频干扰，最终得到用户当前的Eb/N0，并查表得到对应的理论BER输出；策略仿真分析模块首先判断BER是否达到要求，如果没有达到要求，先对目标用户的调制方式进行优化，再对编码方式进行优化；如果经过以上步骤BER仍然大于设定的值，则对目标用户的EIRP进行增加，每次增加定量的值，若达到上限仍无法正常工作，则停止增加；冲突监视与冲突解决模块，由冲突监视模块监视当前用户的受扰类型，SINR，BER等状态，决定是否触发冲突解决模块；如果发生冲突，冲突解决模块提供冲突解决方案。
综上所述，上述实施例的通信链路建模仿真***，可以根据链路预算的理论Eb/N0对应的BER与实际的BER对比来判断多用户是否发生冲突，从而判断冲突类型，给出相应的冲突解决方案，值得被推广使用。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种通信链路建模仿真***，其特征在于：包括波束判断模块、链路预算模块、干扰分析模块、策略仿真模块、冲突监视与解决模块；
所述波束判断模块，用于选定一个目标波束，对用户是否位于当前波束中作判定，同时判断用户是否被地球遮挡，计算得到用户与波束中心夹角、是否在当前波束工作的状态标识；
所述链路预算模块，用于对已判定好用户和卫星波束关系的用户进行链路预算，计算出用户当前的Ec/N0；
所述干扰分析模块，用于根据用户的天线极化类型和受到干扰类型对目标用户同波束内所有干扰用户进行干扰计算，计算出用户当前的Eb/N0，并查表得到对应的理论BER输出；
所述策略仿真模块，当BER无法达到要求时，对用户的调制方式和EIRP进行优化；
所述冲突监视与解决模块，对当前用户的受扰类型分析，并提供解决方案。
2.根据权利要求1所述的一种通信链路建模仿真***，其特征在于：用户与波束中心夹角即同步卫星波束中心指向的归一化向量与卫星到用户的位置归一化向量的夹角，依据输入的波束有效宽度，当夹角小于波束有效宽度时，判定用户在目标波束内未被地球遮挡或被地球遮挡；否则认为用户在目标波束外。
3.根据权利要求2所述的一种通信链路建模仿真***，其特征在于：所述是否在当前波束工作的状态标识分别为0、-1、1，状态标识为0的用户为当前波束的非工作用户，状态标识为1的用户为当前波束中正常工作的用户，状态标识为-1的用户为被地球遮挡的用户，状态标识为0与状态标识为1的用户均会对选定的目标用户产生干扰。
4.根据权利要求1所述的一种通信链路建模仿真***，其特征在于：在进行链路预算时，计算公式如下：
pathloss＝92.44+20log10(dsat2user)+20log10(fc/109)
Figure FDA0003189621770000011
其中：pathloss为路损；为用户到卫星的距离；fc为用户中心频率，单位为Hz；EIRP为用户天线全向发射功率，单位为dBm；AntGain为卫星天线增益，由天线方向图获得；G/T为增益温度比；Rc为用户码速率；L0为其他损耗；玻尔兹曼常数换算后为-198.6。
5.根据权利要求1所述的一种通信链路建模仿真***，其特征在于：用户发射天线极化类型分为线极化和圆极化，在相同频段、不同极化方式会产生3dB的极化隔离。
6.根据权利要求6所述的一种通信链路建模仿真***，其特征在于：线极化分为水平极化和垂直极化，水平极化和垂直极化之间会产生30dB的极化隔离，圆极化分为左旋极化和右旋极化，左旋极化和右旋极化之间也有30dB的极化隔离。
7.根据权利要求6所述的一种通信链路建模仿真***，其特征在于：用户受到的干扰类型为频分多址干扰或码分多址干扰。
8.根据权利要求7所述的一种通信链路建模仿真***，其特征在于：对于频分多址干扰，考虑目标用户和干扰用户的交叠频带带宽，干扰功率按干扰用户平均功率谱和干扰带宽的乘积获得。
9.根据权利要求7所述的一种通信链路建模仿真***，其特征在于：对于码分多址干扰，当干扰用户数小于10个时，将干扰用户功率叠加后与Rc/Rb的比值作为干扰总功率；当干扰用户数大于10个时，对干扰进行高斯等效分析，对干扰进行高斯等效分析，公式如下：
Figure FDA0003189621770000021
其中r为编码速率，N为扩频比，K表示总用户数，
Figure FDA0003189621770000022
表示信噪比，
Figure FDA0003189621770000023
表示第i个干扰用户的功率，P表示公共信号功率。
10.根据权利要求1所述的一种通信链路建模仿真***，其特征在于：对目标用户的调制方式进行优化即将高阶调制向低阶调制优化，EIRP优化方式即增加目标用户EIRP直至最终达到BER要求。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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