星群协同阵列传输容量

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1、2015年9月第4l卷第9期北京航空航天大学学报JournalofBeringUniversityofAeronauticsandAstronauticsSeptember2015V01．4lNo．9http：ffbhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0681星群协同阵列传输容量肖振宇1，李瑶2，白文杰1，白琳“(1．北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100191；2．北京航空航天大学高等工程学院，北京100191)摘要：为进一步提升星群协同的系统容量，考虑在卫星星群上配置阵列天线的传

2、输模式．分析了最大化容量时下行链路的信道条件，给出了系统容量最大化的实现方式，探索了系统参数对信道容量的影响，发现信道容量随地面天线间距成周期性变化，其周期与卫星数目成反比、与地面天线阵列相对于东西方向的夹角的余弦成反比、与相邻卫星之间的角间距成反比．在多卫星多天线环境下，发现信道容量曲线的包络同样随地面天线间距成周期性变化，提出并通过仿真验证了多卫星多天线环境下减小地面天线间距和降低测控精确度要求的地面天线排布方案．关键词：阵列天线；星群协同；信道容量；多入多出；卫星信道模型中图分类号：V443+．1；TN927+．2；TB553文献标识码：A文章编号：1001-5965(201

3、5)09—1615-09由于地球同步轨道卫星轨位的缺少和可利用频谱资源的匮乏，当前的卫星通信系统往往倾向于使用更高功率的卫星平台和更多的大带宽转发器以提高信道容量．在这种情形下，生产、运营和维护这些强大而复杂的卫星平台和通信负载将变得十分昂贵¨1．分布式星群协同技术¨。可将多个功能相同或相似的卫星保持在同一轨位内，通过星间链路实现同步并交换数据，形成具有协同传输及转发能力的卫星星群，从而有效提高卫星轨道资源的利用率，弥补我国单星平台载荷与功率受限的短板．目前，各卫星大国均有开展支持分布式星群的项目，例如法国空间研究中心提出的干涉车轮计划¨o，德国宇航中心提出的TerraSAR．X／

4、Tan．DEM．X双星编队计划”1，意大利提出的BISSAT计划"引，美国航空航天局和美国空军提出的先进极高频(AEHF)军用通信卫星和转型卫星通信系统(TSAT)项目¨1，以及加拿大提出的Radar-Sat．2／3计划喁]．在这些项目中，AEHF项目一。训采用了相控阵天线和波束成形网络技术⋯1．相控阵天线技术通过电子手段改变射频波束的指向，使用户之间的波束产生快速捷变，从而提升信道的传输效率和灵活性．TSAT项目¨引利用编队卫星群协同通信组成的虚拟雷达阵列，完成被动无线电辐射测量、导航、通信等任务，借此验证编队卫星群具有通过协作通信有效完成多任务的能力¨“．此外，TSX／TDX双

5、星系统也采用了主动相控阵天线来形成灵活的波束指向、提供阵列增益．可见，基于阵列天线的分布式星群协同技术是未来卫星技术发展的重要趋势之一．本文研究了基于阵列天线的分布式星群协同传输容量，分析了最优信道容量的条件，并给出了系统容量最大化的实现方式．以此为基础，分析了多卫星单天线、单卫星多天线、多卫星多天线等场收稿日期：2014—11-04；录用日期：2015-01-30；网络出版时间：2015-03-3114：54网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20150331．1454．007．html基金项目：国家自然科学基金(61201189，

6、91338106，61231011，61231013)；中央高校基本科研业务费专项资金(YwF一14一DZXY-007，YWF-14·RSC-006，YWF一14一DZXY-020)作者简介：肖振宇(1983一)，男，湖北天门人，讲师，xiaozy06@gmail．corn+通讯作者：白琳(1982一)，男。北京人，副教授。L．Bai@buaa．edu．cn，主要研究方向为空天通信网络及地面无线通信．；f用格式：肖振字，李瑶，自文杰，等．星群协同阵列传输容量fJJ．北京航空航天大学学报，2015，41p)：1615．1623．XiaoZY，LiY，BaiWJ，eta1．Channe

7、lcapacityofcooperativegroupedsatelliteswitharraybasedtransmissionfJJ．JoumafofBe咖ngUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41f9)：1615-1623(inChinese)．1616北京航空航天大学学报2015年景下的最优信道容量，并进行了仿真验证．针对多卫星多天线场景，本文提出了一种减小地面天线间距和降低测控精确度要求的地面天线排布策略