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1、(10)申请公布号 CN 102510304 A (43)申请公布日 2012.06.20 C N 1 0 2 5 1 0 3 0 4 A *CN102510304A* (21)申请号 201110418100.2 (22)申请日 2011.12.13 H04B 7/06(2006.01) H04B 7/185(2006.01) H01Q 3/00(2006.01) H01Q 21/00(2006.01) (71)申请人中国空间技术研究院 地址 100094 北京市海淀区友谊路104号 (72)发明人梁宗闯 吕强 薛永 (74)专利代理机构中国航天科技专利中心 11009 代理人庞静 (54)。
2、 发明名称 一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的 系统 (57) 摘要 一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的 系统，天线阵列，采用天线阵列方式接收卫星信 号，对D/A变换模块输出的模拟信号通过天线阵 列波束合成后进行发射；A/D变换模块，下行时对 天线阵列接收的卫星模拟信号转换成数字信号， 并将转换后的数字信号发送给预处理模块；D/A 变换模块，上行时将处理后的数字信号转换成模 拟信号，送给天线阵列发射；预处理模块，在小区 搜索时，对接收的系统广播信号进行波束搜索，确 定小区ID，该系统广播信息中含有波束号信息； 在建立卫星通信链路时，根据小区ID确定对应的 阵元加权系数，将接收的数字信号。
3、以及阵元加权 系数传输给波束形成网络；波束形成网络根据接 收的数字信号以及阵元加权系数初步调整天线指 向对准卫星，并实现对天线指向的精确调整。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 3 页 1/2页 2 1.一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，其特征在于：包括天线阵列、A/D 变换模块、D/A变换模块、预处理模块和波束形成网络； 天线阵列，采用天线阵列方式接收卫星信号，对D/A变换模块输出的模拟信号通过天 线阵列波束合成后进行发射； A/D变换模块，下行时对天线。
4、阵列接收的卫星模拟信号转换成数字信号，并将转换后的 数字信号发送给预处理模块；D/A变换模块，上行时将处理后的数字信号转换成模拟信号， 送给天线阵列发射； 预处理模块，在小区搜索时，对接收的系统广播信号进行波束搜索，确定小区ID，该系 统广播信息中含有波束号信息；在建立卫星通信链路时，根据小区ID确定对应的阵元加权 系数，将接收的数字信号以及阵元加权系数传输给波束形成网络； 波束形成网络根据接收的数字信号以及阵元加权系数初步调整天线指向对准卫星，并 实现对天线指向的精确调整。 2.根据权利要求1所述的一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，其特征在 于：所述的预处理模块确定小区ID之前需要。
5、在系统中固化一个表格，该表格由波束号与相 应阵元加权系数组成，阵元加权系数是根据卫星相应波束覆盖小区相对卫星指向确定，所 述的波束号与小区ID一一对应。 3.根据权利要求2所述的一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，其特征在 于所述的确定小区ID并完成天线初步指向调整的步骤如下： (3.1)检测接收的系统广播信号，完成时间和频率同步后，提取广播信息中的波束号信 息，该波束号即为小区ID； (3.2)根据小区ID，查找表格中相应的加权系数值，将该加权系数值输入波束形成网 络，由波束形成网络完成天线初步指向调整。 4.根据权利要求1所述的一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，其特征在 。
6、于所述对天线指向进行精确调整过程如下： 初步调整天线指向对准卫星之后，系统无线网络控制RNC根据预先固化的精确调整表 格，从表格中获取初步对准指向的一个波束宽度范围内的所有阵元加权系数，依次将阵元 加权系数传给波束形成网络，波束形成网络根据接收的阵元加权系数调整天线指向，同时 天线将此时接收的卫星信号强度传回系统无线网络控制RNC；系统无线网络控制RNC判断 接收的所有卫星信号强度，将卫星信号强度最强时对应的阵元加权系数传输给波束形成网 络，由波束形成网络实现该阵元加权系数对应的天线指向精确调整；上述精确调整表格为 同一波束内部的位置与相应阵元加权系数的对应表格。 5.根据权利要求1所述的一种。
7、应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，其特征在 于所述对天线指向进行精确调整过程如下： 初步调整天线指向对准卫星之后，波束选择预处理模块根据预先固化的精确调整表 格，从表格中获取初步对准指向的一个波束宽度范围内的所有阵元加权系数，依次将阵元 加权系数传给波束形成网络，波束形成网络根据接收的阵元加权系数调整天线指向；波束 选择预处理模块接收该天线指向对应的卫星信号并计算信号强度，判断接收的所有卫星信 号强度，将卫星信号强度最强时对应的阵元加权系数传输给波束形成网络，由波束形成网 络实现该阵元加权系数对应的天线指向精确调整；上述精确调整表格为同一波束内部的位 权 利 要 求 书CN 102510。
8、304 A 2/2页 3 置与相应阵元加权系数的对应表格。 权 利 要 求 书CN 102510304 A 1/4页 4 一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统 技术领域 0001 本发明涉及一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，属于卫星通信领 域。 背景技术 0002 卫星通信系统是一个功率和频率都受限的系统，为了加强卫星链路性能，提高系 统容量，前向链路一般采用增大卫星发射天线口径来增加天线增益，或通过增大卫星发射 功率来达到链路增强的目的，返向链路一般采用增大用户终端发射功率来提升链路性能， 但这样做不仅仅给功率受限的卫星系统带来压力，也影响了用户终端的小型化设计，功率 的增加。
9、也带来了电电磁辐射的危害，抑制了卫星通信应用的推广。 发明内容 0003 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种应用智能天线实现卫 星链路性能增强的系统，该系统针对功率受限的卫星通信系统，能够改善系统链路性能和 扩大系统容量。 0004 本发明的技术解决方案是：一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，包 括天线阵列、A/D变换模块、D/A变换模块、预处理模块和波束形成网络； 0005 天线阵列，采用天线阵列方式接收卫星信号，对D/A变换模块输出的模拟信号通 过天线阵列波束合成后进行发射； 0006 A/D变换模块，下行时对天线阵列接收的卫星模拟信号转换成数字信号，并将转换 后。
10、的数字信号发送给预处理模块；D/A变换模块，上行时将处理后的数字信号转换成模拟 信号，送给天线阵列发射； 0007 预处理模块，在小区搜索时，对接收的系统广播信号进行波束搜索，确定小区ID， 该系统广播信息中含有波束号信息；在建立卫星通信链路时，根据小区ID确定对应的阵元 加权系数，将接收的数字信号以及阵元加权系数传输给波束形成网络； 0008 波束形成网络根据接收的数字信号以及阵元加权系数初步调整天线指向对准卫 星，并实现对天线指向的精确调整。 0009 所述的预处理模块确定小区ID之前需要在系统中固化一个表格，该表格由波束 号与相应阵元加权系数组成，阵元加权系数是根据卫星相应波束覆盖小区相。
11、对卫星指向确 定，所述的波束号与小区ID一一对应。 0010 所述的确定小区ID并完成天线初步指向调整的步骤如下： 0011 (3.1)检测接收的系统广播信号，完成时间和频率同步后，提取广播信息中的波束 号信息，该波束号即为小区ID； 0012 (3.2)根据小区ID，查找表格中相应的加权系数值，将该加权系数值输入波束形 成网络，由波束形成网络完成天线初步指向调整。 0013 所述对天线指向进行精确调整过程如下： 说 明 书CN 102510304 A 2/4页 5 0014 初步调整天线指向对准卫星之后，系统无线网络控制RNC根据预先固化的精确调 整表格，从表格中获取初步对准指向的一个波束宽。
12、度范围内的所有阵元加权系数，依次将 阵元加权系数传给波束形成网络，波束形成网络根据接收的阵元加权系数调整天线指向， 同时天线将此时接收的卫星信号强度传回系统无线网络控制RNC；系统无线网络控制RNC 判断接收的所有卫星信号强度，将卫星信号强度最强时对应的阵元加权系数传输给波束形 成网络，由波束形成网络实现该阵元加权系数对应的天线指向精确调整；上述精确调整表 格为同一波束内部的位置与相应阵元加权系数的对应表格。 0015 所述对天线指向进行精确调整过程如下： 0016 初步调整天线指向对准卫星之后，波束选择预处理模块根据预先固化的精确调整 表格，从表格中获取初步对准指向的一个波束宽度范围内的所有。
13、阵元加权系数，依次将阵 元加权系数传给波束形成网络，波束形成网络根据接收的阵元加权系数调整天线指向；波 束选择预处理模块接收该天线指向对应的卫星信号并计算信号强度，判断接收的所有卫星 信号强度，将卫星信号强度最强时对应的阵元加权系数传输给波束形成网络，由波束形成 网络实现该阵元加权系数对应的天线指向精确调整；上述精确调整表格为同一波束内部的 位置与相应阵元加权系数的对应表格。 0017 本发明与现有技术相比有益效果为： 0018 (1)本发明系统在返向链路发射信号时，通过合成定向波束对准卫星，使终端发射 功率更加集中，提高了用户终端的天线增益和返向接入能力。 0019 (2)本发明系统前向链路。
14、接收下行信号时，通过阵列天线接收信号可获得增益，提 高了前向链路接收性能，在同等卫星发射功率条件下，增大了系统容量。 0020 (3)本发明还针对卫星移动通信的特殊应用场景，提出一种新的系统小区搜索过 程及通信链路建立过程，在提高了频带利用率的同时，简化了流程、加快了小区搜索和通信 链路建立的过程。 0021 本发明特别适合应用于功率和频率受限的卫星通信领域。 附图说明 0022 图1为本发明系统示意图； 0023 图2为本发明实施方式中实例系统示意图； 0024 图3为本发明实施方式中实例系统天线阵列示意图； 0025 图4为本发明实施方式中实例系统用户波束覆盖图； 0026 图5为本发明实。
15、施方式中实例系统用户波束内小区划分示意图。 具体实施方式 0027 下面结合附图详细介绍本发明。 0028 如图1所示，一种应用智能天线实现卫星链路性能增强的系统，包括天线阵列、A/ D变换模块、D/A变换模块、预处理模块、波束形成网络。本发明完成天线精确指向后由数字 处理模块完成卫星信号的基带处理过程。 0029 天线阵列，采用天线阵列方式接收卫星信号，对D/A变换模块输出的模拟信号通 过天线阵列波束合成后进行发射；天线阵元数可根据实际需求适当选取，阵列形状也可根 说 明 书CN 102510304 A 3/4页 6 据阵元之间的几何关系可分为线阵、面阵等；A/D变换模块，下行时对天线阵列接。
16、收的卫星 模拟信号转换成便于数字处理的数字信号，并将转换后的数字信号发送给预处理模块；D/A 变换模块，上行时将处理后的数字信号转换成模拟信号，送给天线阵列发射；上述天线阵列 及A/D变换模块、D/A变换模块及信号处理模块为本领域公知技术，此处不赘述。 0030 (一)预处理模块 0031 预处理模块，在小区搜索时，对接收的数字信号进行波束搜索，确定小区ID；在建 立卫星通信链路时，根据小区ID确定阵元加权系数，将接收的数字信号以及阵元加权系数 传输给波束形成网络； 0032 预处理模块确定小区ID之前需要在系统中固化一个表格，该表格由波束号与相 应阵元加权系数组成，阵元加权系数是根据卫星相应。
17、波束覆盖小区相对卫星指向确定，所 述的波束号与小区ID一一对应。 0033 例如，卫星用户波束覆盖图如图4所示，该例中天线阵采用4天线阵列(其系统示 意图如图2所示)，天线参数设置如下： 0034 4副天线各自位于如图3中的00、01、10和11位置；图3中d x 为x方向单元间隔， d y 为y方向单元间隔；为天线波束指向，为俯仰角，为方位角，(m，n)表示阵元号， (m，n)为(0，0)、(0，1)、(1，0)和(1，1). 0035 为工作波长。 0036 天线电流幅度比为1111； 0037 天线初始相位差为0； 0038 天线增益归一化为1； 0039 与该覆盖图对应的表格设计如下：。
18、 0040 表格是由波束号和阵元加权系数构成的二维表格，波束号为如图4中所示的1、2、 3.37，阵元加权系数由下列公式(1)、(2)和(3)求得： 0041 0042 0043 0044 其中，( s ，0)为卫星定轨位置， s 为轨道经度；N号波束中心位置为( N ， N )，其中 N 为N号波束中心经度， N 为N号波束中心纬度； N 为天线波束指 向的俯仰角，天线波束指向的方位角，为第N号波束的加权值向量，即 N1、2、3.37。 说 明 书CN 102510304 A 4/4页 7 0045 则表格为 0046 确定小区ID的步骤如下： 0047 (3.1)检测接收的系统广播信号，完。
19、成时间和频率同步后，提取广播信息中的波束 号信息，该波束号即为小区ID； 0048 (3.2)根据小区ID，查找表格中相应的加权系数值，将该加权系数值输入波束形 成网络，由波束形成网络完成天线初步指向调整。 0049 (二)波束形成网络 0050 波束形成网络根据阵元加权系数初步调整天线指向对准卫星，并实现对天线指向 进行精确调整。 0051 所述对天线指向进行精确调整有两种实现方式： 0052 方式(1)：初步调整天线指向对准卫星之后，系统无线网络控制RNC根据预先固 化的精确调整表格，从表格中获取初步对准指向的一个波束宽度范围内的所有阵元加权系 数，依次将阵元加权系数传给波束形成网络，波束。
20、形成网络根据接收的阵元加权系数调整 天线指向，同时天线将此时接收的卫星信号强度传回系统无线网络控制RNC；系统无线网 络控制RNC判断接收的所有卫星信号强度，将卫星信号强度最强时对应的阵元加权系数传 输给波束形成网络，由波束形成网络实现该阵元加权系数对应的天线指向精确调整；上述 精确调整表格为同一波束内部的位置与相应阵元加权系数的对应表格。 0053 方式(2)：初步调整天线指向对准卫星之后，波束选择预处理模块根据预先固化 的精确调整表格，从表格中获取初步对准指向的一个波束宽度范围内的所有阵元加权系 数，依次将阵元加权系数传给波束形成网络，波束形成网络根据接收的阵元加权系数调整 天线指向；波束。
21、选择预处理模块接收该天线指向对应的卫星信号并计算信号强度，判断接 收的所有卫星信号强度，将卫星信号强度最强时对应的阵元加权系数传输给波束形成网 络，由波束形成网络实现该阵元加权系数对应的天线指向精确调整；上述精确调整表格为 同一波束内部的位置与相应阵元加权系数的对应表格。 0054 该表格制作原理如上一表格，只是该表格针对具体某波束内部的小区划分，小区 划分越密集，天线指向精度调整越精确。假设系统用户位于1号波束，将1号波束按照如 图5所示进行4等份划分，1、2、3、4分别表示划分后小区的中心位置，则假设为第1号波 束的M区加权值向量，即M1、2、3、4，其中计算按照公式 (1)、(2)、(3)，只是此时的( M ， M )表示第1号波束的M区中心的经纬度，则表格为 0055 0056 本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。 说 明 书CN 102510304 A 1/3页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102510304 A 2/3页 9 图3 说 明 书 附 图CN 102510304 A 3/3页 10 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102510304 A 10 。