近日，鵬城實驗室聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）衛(wèi)星通信研究團隊在面向低軌衛(wèi)星的多天線數(shù)字波束合成技術(shù)關(guān)鍵外場實驗中取得突破性進展。團隊經(jīng)過數(shù)十軌次的反復(fù)測試，驗證了多天線數(shù)字波束收、發(fā)合成技術(shù)在高動態(tài)低軌衛(wèi)星星地通信場景下的技術(shù)可行性，其自研的數(shù)字波束合成基帶系統(tǒng)發(fā)送信噪比最高可提升5.5dB，接收信噪比最高可提升2.6dB，該研究成果是我國協(xié)同通信理論在衛(wèi)星通信領(lǐng)域應(yīng)用的重要里程碑,可為中國算力網(wǎng)向天基延伸，實現(xiàn)6G天地一體化泛在高速連接提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。部分研究成果已發(fā)表在《中國科學(xué)：信息科學(xué)》( http://scis.scichina.com/scis-sat6g.html)
圖1 相關(guān)論文
低軌衛(wèi)星（LEO）因其更靠近地面且具有低延遲、高帶寬等優(yōu)勢，成為當(dāng)前衛(wèi)星通信的重要發(fā)展方向，更是實現(xiàn)6G空天地一體化泛在連接愿景的關(guān)鍵通信技術(shù)之一。如何設(shè)計具有低成本、易部署、高可靠等星地通信能力的低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)已成為當(dāng)前的研究熱點。然而，現(xiàn)階段低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要采用單點單天線方案，星地通信容量提升空間有限，且難以實現(xiàn)多星同時對地通信能力，極大限制了星地通信整體系統(tǒng)容量的提升。我國正大力推進低軌衛(wèi)星通信星座的部署，迫切需要新理論和新技術(shù)，突破傳統(tǒng)低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)能力瓶頸——既要滿足未來大規(guī)模低軌衛(wèi)星星座場景下同時跟蹤多星的需求，還要在保證通信質(zhì)量的同時盡可能降低成本。
針對此問題，鵬城實驗室聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）衛(wèi)星通信研究團隊提出通過部署多個小口徑天線并在數(shù)字域進行波束合成（Digital Beamforming, DBF），從而等效大口徑天線的方案。該方案在提高通信可靠性的同時，還兼具成本低、部署靈活等優(yōu)勢。在技術(shù)攻關(guān)過程中，研究團隊通過反復(fù)的理論計算和模擬測試，成功解決了星地高動態(tài)、遠距離通信過程中高精度通道一致性問題，并提出了多波束相差和幅度差動態(tài)補償方法。該方法通過對多天線波束信號的時間、相位與幅度的精確控制，確保了基帶收發(fā)多通道數(shù)字信號的方向一致性，并有效消除了由系統(tǒng)引入的相位偏差及其它誤差對波束方向造成的影響。另外，針對低軌衛(wèi)星高速運動的特性，聯(lián)合研究團隊提出了一種融合衛(wèi)星星歷和高精度角度估計算法的衛(wèi)星跟蹤算法，利用衛(wèi)星運動方程及實時測角信息，實現(xiàn)了對低軌衛(wèi)星優(yōu)于0.1度高精度跟蹤。
圖2 實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
圖3 外場實驗現(xiàn)場圖
多天線數(shù)字波束合成技術(shù)的成功應(yīng)用，是發(fā)展大規(guī)模低軌衛(wèi)星通信的一種全新的系統(tǒng)設(shè)計思路，標(biāo)志著衛(wèi)星通信系統(tǒng)在技術(shù)路線上的重要突破，能夠為未來大規(guī)模衛(wèi)星組網(wǎng)和高可靠衛(wèi)星通信提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，同時能夠為當(dāng)前中國算力網(wǎng)的建設(shè)、運營、服務(wù)提供穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)連接，助力未來6G空天地一體化泛在連接愿景的實現(xiàn)。
