基于波束方向图动态匹配的低轨卫星PAPR降低方法及装置制造方法及图纸

本申请提供一种基于波束方向图动态匹配的低轨卫星PAPR降低方法及装置，方法包括：根据天线波束方向图获取动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型；根据映射关系构建不同波束方向图和对应的所述最优降低策略的最优匹配数据库；根据最相似相控阵天线波束方向图与最优匹配数据库进行适配得到对应的多用户最优选择编码序列和多用户最优相位旋转组合；根据所述多用户最优选择编码序列和所述多用户最优相位旋转组合获取控制函数；根据调度周期及仰角变化建立缩放函数；更新所述控制函数并根据所述缩放函数进行功率调整得到最终的波束成形信号。本申请能够在相控阵捷变波束下保障FBMC波形质量且有效降低峰均比。FBMC波形质量且有效降低峰均比。FBMC波形质量且有效降低峰均比。

【技术实现步骤摘要】
基于波束方向图动态匹配的低轨卫星PAPR降低方法及装置


[0001]本申请涉及卫星通信
，尤其涉及一种基于波束方向图动态匹配的低轨卫星PAPR降低方法及装置。

技术介绍

[0002]低轨卫星互联网的波形设计，必须充分考虑明显不同于地面的因素如下：1)卫星因载荷和能量限制，对通信载荷的能量利用效率要求苛刻。对于通信波形的设计上要求必须在通信载荷处于最大上限工作状态时仍保持较高的可靠性。由于星载高功率放大器(HPA)在过饱和区和饱和区对信号造成严重的非线性失真，因此，波形设计上应充分考虑抑制HPA过高的功率输入；2)在HPA的信号非线性失真区域，特别是FBMC、OFDM等多载波系统，容易受到非线性失真影响，输出信号畸变严重；3)宽带HPA的记忆效应严重，传统HPA的非线性失真可采用预失真的方式来抑制和补偿，但低轨卫星信道因传输时延大、复杂衰落严重，难以实现实时反馈处理。而相对于OFDM而言，FBMC通过子带滤波器组将每个子载波的能量集中于通带，使得峰均比(PAPR)过高的情况比OFDM更为严重。面向上述应用于低轨卫星互联网的问题，将变得更为突出。
[0003]现有技术中基于选择序列映射的波形抑制技术因序列符号的随机性，需要多次尝试与迭代，才能遍历出降低的最优设计，效率低，且相控阵低轨卫星的波束在服务周期内因波位调度和运动变化，馈电方向将发生突发或持续的变化。基于相位旋转的波形抑制技术在数据速度比较高时运算复杂度高、效率低，且相控阵低轨卫星的波束在服务周期内因波位调度和运动变化，馈电方向将发生突发或持续的变化。基于单载波或恒包络调制的峰均比抑制由于需要把多个单载波进行合并从而导致合并后的显著提升，基于削峰的波形抑制技术由于相控阵低轨卫星的动态变化，覆盖地面的功率也将发生变化，固定的削峰门限导致星载功放能量浪费或过高削峰导致信号畸变严重。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请实施例提供了一种基于波束方向图动态匹配的低轨卫星PAPR降低方法及装置，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
[0005]本申请的第一个方面提供了一种基于波束方向图动态匹配的低轨卫星PAPR降低方法，该方法包括：
[0006]根据星历位置函数构建给定低轨卫星位置及给定波位情况下的天线波束方向图模型；根据所述天线波束方向图获取动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型；
[0007]将多组选择编码序列和相位旋转组合在一个波束方向图下按照各自对应的降低方式降低FBMC信号的PAPR，计算并选取使所述FBMC信号的PAPR最低的方式以及该方式使用的最优选择编码序列和最优相位旋转组合作为最优降低策略；根据所述动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型构建不同卫星发射场景下动态最优选择编码序列和动态最优相位旋转组合的映射关系；根据所述映射关系构建不同波束方向图和对应的所述最优降低策略
的最优匹配数据库；
[0008]构建多用户预期天线波束方向图；将所述多用户预期天线波束方向图与所述动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型进行匹配，选择与所述多用户预期天线波束方向图相似等级最高的一种或两种最相似相控阵天线波束方向图；根据所述最相似相控阵天线波束方向图与所述最优匹配数据库进行适配得到对应的多用户最优选择编码序列和多用户最优相位旋转组合；
[0009]根据所述多用户最优选择编码序列和所述多用户最优相位旋转组合获取控制函数；根据调度周期及仰角变化建立缩放函数；更新所述控制函数并根据所述缩放函数进行功率调整得到最终的波束成形信号。
[0010]在本申请的一些实施例中，所述根据所述星历位置函数构建给定低轨卫星位置及给定波位情况下的天线波束方向图模型，包括：
[0011]设定相控阵为平面阵，对于所述给定波位通过所述星历位置函数和所述给定波位的中心位置坐标计算所述平面阵上的阵元与所述中心位置的平面波入射方位角集合和平面波入射俯仰角集合；选取多个所述阵元设计波束成形方案并建立天线选取函数；根据所述平面波入射方位角集合、所述平面波入射俯仰角集合和所述天线选取函数建立所述给定波位的天线波束方向图模型。
[0012]在本申请的一些实施例中，所述根据所述天线波束方向图获取动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型，包括：
[0013]根据所述星历位置函数对所述平面波入射方位角集合和所述平面波入射俯仰角集合更新得到新平面波入射方位角集合和新平面波入射俯仰角集合；根据所述新平面波入射方位角集合和所述新平面波入射俯仰角集合对所述天线波束方向图模型更新获得动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型。
[0014]在本申请的一些实施例中，所述将多组选择编码序列和相位旋转组合在一个波束方向图下按照各自对应的降低方式降低FBMC信号的PAPR，包括：
[0015]随机生成所述多组选择编码序列与所述多组相位旋转组合，所述多组选择编码序列采用降低所述FBMC信号的PAPR，所述多组相位旋转组合采用降低所述FBMC信号的PAPR。
[0016]在本申请的一些实施例中，所述根据所述动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型构建不同卫星发射场景下动态最优选择编码序列和动态最优相位旋转组合的映射关系，包括：
[0017]通过改变所述星历位置函数和所述给定波位模拟所述不同卫星发射场景，根据所述动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型构建所述不同卫星发射场景下的动态最优选择编码序列和动态最优相位旋转组合的映射关系。
[0018]在本申请的一些实施例中，所述构建多用户预期天线波束方向图；将所述多用户预期天线波束方向图与所述动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型进行匹配，选择与所述多用户预期天线波束方向图相似等级最高的一种或两种最相似相控阵天线波束方向图，包括：
[0019]设计多用户函数，基于所述多用户函数构建所述多用户预期天线波束方向图；
[0020]将所述多用户预期天线波束方向图与所述动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型进行匹配，设计匹配函数值，在所述匹配函数值最小时选择与所述多用户预期天线波
束方向图相似等级最高的一种或两种最相似相控阵天线波束方向图。
[0021]在本申请的一些实施例中，所述根据所述多用户最优选择编码序列和所述多用户最优相位旋转组合获取控制函数，包括：
[0022]在初始仰角下对所述多用户最优选择编码序列进行PTS降低PAPR的操作或对所述多用户最优相位旋转组合进行SLM降低PAPR的操作获取控制函数。
[0023]本申请的第二个方面提供了一种基于波束方向图动态匹配的低轨卫星PAPR降低装置，该装置包括：
[0024]模型构建模块，用于根据星历位置函数构建给定低轨卫星位置及给定波位情况下的天线波束方向图模型；根据所述天线波束方向图获取动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型；
[0025]数据库构建模块，用于将多组选择编码序列和相位旋转组合在一个波束方向图下按照各自对应的降低方式降低FBMC信号的PAPR，计算并选取使所述FBMC信号的PAPR最低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于波束方向图动态匹配的低轨卫星PAPR降低方法，其特征在于，该方法包括：根据星历位置函数构建给定低轨卫星位置及给定波位情况下的天线波束方向图模型；根据所述天线波束方向图获取动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型；将多组选择编码序列和相位旋转组合在一个波束方向图下按照各自对应的降低方式降低FBMC信号的PAPR，计算并选取使所述FBMC信号的PAPR最低的方式以及该方式使用的最优选择编码序列和最优相位旋转组合作为最优降低策略；根据所述动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型构建不同卫星发射场景下动态最优选择编码序列和动态最优相位旋转组合的映射关系；根据所述映射关系构建不同波束方向图和对应的所述最优降低策略的最优匹配数据库；构建多用户预期天线波束方向图；将所述多用户预期天线波束方向图与所述动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型进行匹配，选择与所述多用户预期天线波束方向图相似等级最高的一种或两种最相似相控阵天线波束方向图；根据所述最相似相控阵天线波束方向图与所述最优匹配数据库进行适配得到对应的多用户最优选择编码序列和多用户最优相位旋转组合；根据所述多用户最优选择编码序列和所述多用户最优相位旋转组合获取控制函数；根据调度周期及仰角变化建立缩放函数；更新所述控制函数并根据所述缩放函数进行功率调整得到最终的波束成形信号。2.根据权利要求所述的基于波束方向图动态匹配的低轨卫星PAPR降低方法，其特征在于，所述根据所述星历位置函数构建给定低轨卫星位置及给定波位情况下的天线波束方向图模型，包括：设定相控阵为平面阵，对于所述给定波位通过所述星历位置函数和所述给定波位的中心位置坐标计算所述平面阵上的阵元与所述中心位置的平面波入射方位角集合和平面波入射俯仰角集合；选取多个所述阵元设计波束成形方案并建立天线选取函数；根据所述平面波入射方位角集合、所述平面波入射俯仰角集合和所述天线选取函数建立所述给定波位的天线波束方向图模型。3.根据权利要求所述的基于波束方向图动态匹配的低轨卫星PAPR降低方法，其特征在于，所述根据所述天线波束方向图获取动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型，包括：根据所述星历位置函数对所述平面波入射方位角集合和所述平面波入射俯仰角集合更新得到新平面波入射方位角集合和新平面波入射俯仰角集合；根据所述新平面波入射方位角集合和所述新平面波入射俯仰角集合对所述天线波束方向图模型更新获得动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型。4.根据权利要求所述的基于波束方向图动态匹配的低轨卫星PAPR降低方法，其特征在于，所述将多组选择编码序列和相位旋转组合在一个波束方向图下按照各自对应的降低方式降低FBMC信号的PAPR，包括：随机生成所述多组选择编码序列与所述多组相位旋转组合，所述多组选择编码序列采用降低所述FBMC信号的PAPR，所述多组相位旋转组合采用降低所述FBMC信号的PAPR。5.根据权利要求所述的基于波束方向图动态匹配的低轨卫星PAPR降低方法，其特征在于，所述根据所述动态低轨卫星相控阵天线波束方向图模型构建不同卫星发射场景下动态最优选择编码序列和动态最优相位旋转组合的映射关系，包括：
通过改变所述星历位...

【专利技术属性】
技术研发人员：林文亮，孙晨华，邓中亮，黄锦涛，王珂，刘先勇，刘丽哲，王冬冬，邓耀华，万达，陆一鸣，彭博溢，胡竣赫，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：