[发明专利]卫星可切换极化通信系统及其极化切换通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星通信系统，具体涉及采用极化分集技术的卫星可切换极化通信系统及其极化切换通信方法。

背景技术：

未来卫星移动通信系统要求大幅度提高业务数据传输速率，这需要应用高效的传输和处理技术。于是，MIMO（Multi Input Multi Output：多入多出）技术成为最热门的候选方案之一。MIMO技术具备了许多优势和自由度如空间和多用户分集增益、空间复用增益、序列和编码增益以及减小干扰等，并且这些优势的取得不需要付出额外的发射功率，不占用更多的带宽，大幅度提升系统容量，有效对抗多径衰落的影响。IEEE 802.11n、802.16e、802.16m、802.20、802.22、3GPP Releases 7, 8 (LTE) 以及R99, 3GPP2 UMB、DVB-T2纷纷将MIMO技术纳入标准体系。但是，我们看到，纳入MIMO技术的上述标准体系都属于地面通信系统 而在卫星移动通信系统中，MIMO技术的研究与应用远滞后于地面系统，尚未出现成熟的解决方案。

任何潜在采用的MIMO技术，其性能是由MIMO信道矩阵决定的，信道和传播特性则是MIMO信道矩阵的主要构成部分。既然信道效应和特性将最终决定卫星上所用MIMO技术的可能性，尽管卫星无线信道在某种程度上与地面无线多径有相似性，但是卫星通信系统和地面通信系统的信道特性存在显著的区别。由于散射物仅仅存在于链路的一端，甚至当移动卫星终端处于郊区或者开阔地区时这种情况也可能不成立，所以这种小尺度效应的强度是不同的。

MIMO技术性能的发挥依赖于MIMO信道矩阵，由于星地链路通常存在直视路径（LOS），卫星周围没有散射物，使得MIMO技术未能取得预期的增益，MIMO技术在卫星通信中的应用遇到了严峻的挑战。目前克服困难的一种可能途径是采用卫星极化分集技术。

卫星极化分集技术既可以提高卫星通信的有效性，大幅度改善数据传输速率，扩大系统容量；同时也可以提高卫星通信的可靠性，例如在同一信息使用两种极化方式进行并行传输的情况下。但是，卫星业务的多样性和非对称性、星地链路信道的时变特性以及对地形的依赖使得卫星与地面之间的通信需要适应这些变化，以达到卫星与地面之间实现更高效、节能的高质量通信。

发明内容

 本发明的目的是提供一种卫星可切换极化通信系统及其极化切换通信方法，具体涉及采用极化分集技术的卫星可切换极化通信系统及其极化切换通信方法，使卫星与地面之间的通信适应卫星业务多样性和非对称性的要求，适应星地链路信道的时变特性以及不同地形构成的传播环境类型的要求，最终实现卫星与地面之间高效、节能、高质量通信的目的。

本发明的目的是通过下述的技术方案来实现的：

一种卫星可切换极化通信系统，包括星上集中控制中心、模式切换管理子系统、星上维护中心和天线子系统，天线子系统包含两副单极化天线或者一副双极化天线，星上集中控制中心分别与模式切换管理子系统、星上维护中心、天线子系统相连接，控制这些模块的运作；模式切换管理子系统监测卫星通信状态，判断模式切换时机；星上维护中心与天线子系统相连接，监测天线子系统的工作状态；由星上集中控制中心根据模式切换管理子系统或星上维护中心的监控信息，与地面指挥中心协调统一后，控制天线子系统的运作，实现极化模式的切换。

所述的模式切换管理子系统包括映射处理模块、模式切换计数器、模式状态监测器；映射处理模块负责建立极化模式切换的规则和算法，作出模式切换决策；模式切换计数器和模式状态监测器负责衡量模式切换决策的稳定性。

所述的极化模式包括单极化模式与双极化模式。

上述卫星可切换极化通信系统，第一种工作方法包括如下步骤：

（1）模式切换管理子系统包括映射处理模块、模式切换计数器、模式状态监测器；映射处理模块建立极化模式切换的规则和算法，根据卫星通信质量，确定极化模式的切换时机，作出模式切换决策；

（2）模式切换管理子系统作出模式切换决策后，启动预设好参数的模式切换计数器，在模式切换计数器计数时间内，模式状态监测器对影响极化模式切换的各指标进行实时监测，每隔相同的时间按照步骤（1）进行一次模式判决，判断是否仍维持原有的模式切换决策，如果此期间内模式切换决策发生多次跳变，则终止模式整个切换过程，维持原极化模式不变；

（3）如果在模式切换计数器计数时间内，模式状态监测器检测到极化模式决策状态一直保持稳定时，模式切换管理子系统向星上集中控制中心发出模式切换请求；