低轨卫星移动通信地面实验系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113411149A(43)申请公布日2021.09.17(21)申请号202110548771.4(22)申请日2021.05.20(71)申请人东南大学地址211102江苏省南京市江宁区东南大学路2号(72)发明人王闻今李灵瑄丁睿郑奕飞任博文(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)32249代理人秦秋星(51)Int.Cl.H04B17/391(2015.01)H04B7/185(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称低轨卫星移动通信地面实验系统(57)摘要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。CN113411149ACN113411149A权利要求书1/2页1.一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，其特征在于：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。2.根据权利要求1所述的低轨卫星移动通信地面实验系统，其特征在于：所述用户输入的卫星系统参数包括卫星轨道海拔高度、卫星轨道倾角、升交点经度、载波频率、卫星最小工作仰角、各用户所在位置的纬度和经度坐标、各用户的海拔高度以及仿真总时长；所述硬件平台运行过程中需要用到的卫星信道实时参数包括用户空间方向矩阵、波束权值矩阵、信道传输时延、多普勒频偏以及多径信道系数；所述硬件平台运行结果包括各用户检测出的信道实时传输时延以及加载的实时多普勒频移。3.根据权利要求1所述的低轨卫星移动通信地面实验系统，其特征在于：所述发送信号处理模块由Nb个并行的发送基带信号处理单元组成，其中Nb为仿真系统下行波束数量；每个所述发送基带信号处理单元接收对应波束发送数据并按照时频资源要求按周期插入下行同步序列和广播信号序列，并进行正交频分复用调制得到要进行下行发送的数字基带IQ信号pk(t),1≤k≤Nb进行输出。4.根据权利要求1所述的低轨卫星移动通信地面实验系统，其特征在于：所述波束用户方向模拟模块包括信道等效系数计算单元和用户信道空间方向模拟单元；整个模块有两种工作模式，分别为天线测试模式以及波束直通模式；所述信道等效系数计算单元用于计算天线域或波束域的信道等效系数，根据当前模块工作模式选择不同的计算过程，并将对应模式的系数数据输出至用户信道空间方向模拟单元；所述用户信道空间方向模拟单元根据当前模块工作模式选取不同的信道等效系数与要发送的对应域信号进行相乘，得到对应用户接收信号。5.根据权利要求4所述的低轨卫星移动通信地面实验系统，其特征在于：所述信道等效系数计算单元包括用户方向矢量生成子单元、天线类型选择器子单元以及用户波束域信道空间方向权值计算子单元；所述用户方向矢量生成子单元首先根据输入的各用户位置信息对各用户的方向矢量2CN113411149A权利要求书2/2页进行计算，其次根据当前系统的工作模式将该用户方向矢量发送至不同的模块；若系统处于天线测试模式，则送至用户信道空间方向模拟单元；若系统处于波束直通