CN102255650A - 一种基于时频域的星上交换系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于时频域的星上交换系统，本系统用于实现移动通信卫星星上不同波束上波束点间的交换，包括：载波信道处理模块、载波时隙交换模块和载波信道合成模块。其中，载波时隙交换模块包括M个第一级时分接线器、第二级空分接线器和M个第三级时分接线器。第一级时分接线器用于实现对业务信息的时隙交换。第二级空分接线器用于实现从第一级时分接线器到第三级时分接线器的交换。第三级时分接线器用于实现对业务信息的载波交换。采用本发明可实现移动通信卫星星上不同子带信号间的时频域间的二维交换。

Description

一种基于时频域的星上交换系统
技术领域
本发明涉及一种基于时频域的星上交换系统。
背景技术
移动通信卫星系统是一个利用波束形成技术形成多个点波束进行广域覆盖，达到增强辐射增益，支持小终端移动通信业务，如Thuraya星形成245个点波束，Imarsat4卫星形成228个点波束。由于在波束内及波束间移动通信终端间的通信业务量不断增长，对通信容量、通信时延和通话质量要求越来越高，为充分利用卫星的资源，移动通信卫星系统均采用星上交换方式，实现单跳通信，提高通信容量。
现有星上交换技术可分为星上电路交换和星上分组交换两大类。电路交换以物理信道为交换单元，包括星上时分交换(TDMA多址方式)、星上频分交换(FDMA多址方式)和星上码分交换(CDMA多址方式)。分组交换以数据分组为交换单元，主要有星上ATM交换，IP交换等。但上述多种交换方式显然不能满足采用波束形成技术的移动通信卫星星上交换需要。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于时频域的星上交换系统和方法。采用本发明可实现移动通信卫星星上不同子带信号间的时频域间的二维交换。
本发明的技术解决方案是：
本发明所述基于时频域的星上交换系统，用于实现移动通信卫星星上不同波束上波束点间的交换，包括：载波信道处理模块、载波时隙交换模块和载波信道合成模块。
所述载波信道处理模块，接收输入的M路子带信号，对子带信号中进行下变频后输出到载波时隙交换模块；所述每路子带信号包含多路数字载波信号，在每路数字载波信号中的不同时隙包含有业务信息，其中，属于一路子带信号的多路数字载波信号具有相等间隔的载波频率，各路数字载波信号的载波频率顺序排号。
所述载波时隙交换模块，包括M个第一级时分接线器、第二级空分接线器和M个第三级时分接线器。
M个第一级时分接线器分别接收输入的M路下变频后的子带信号中多路数字载波信号的业务信息，并根据数字载波信号的载波频率号和业务信息的时隙号确定的存储地址进行存储，然后按照路由表中的目的时隙将存储的数字载波信号输出到第二级空分接线器。
其中，对于一个第一级时分接线器，存储时：业务信息的高位存储地址由该路数字载波信号的载波频率号确定，业务信息的低位存储地址时隙号确定；输出时：第一级时分接线器按照路由表中业务信息的目的时隙所对应当前时刻读取存储的业务信息，并输出到第二级空分接线器。
第二级空分接线器具有M路输入端和M路输出端，分别接收从M个第一级时分接线器分别输出的业务信息，并根据路由表确定业务信息的输出端，将业务信息输出到第三级时分接线器。
M个第三级时分接线器分别接收第二级空分接线器输出的M路业务信息，存储时：根据路由表确定业务信息的存储地址，所述第三级时分接线器中业务信息的存储地址包括根据路由表中目的载波频率号确定的高位存储地址和目的时隙所确定的低位存储地址；输出时：第三级时分接线器按照时间将对应时隙的业务信息输出到载波信道合成模块。
载波信道合成模块接收从M个第三级时分接线器输出的业务信息；将M个第三级时分接线器输入的业务信息构成数字载波信号；对数字载波信号进行上变频生成M路子带信号后输出。
所述第一级时分接线器在接收到属于一路子带信号中多路数字载波信号的业务信息时，将首个数字载波信号的载波频率号与每个载波频率包含的时隙数相乘确定首个数字载波信号中业务信息的高位存储地址，并根据每路数字载波信号的载波频率号依次确定每路数字载波信号中业务信息的高位存储地址；根据每个业务信息在数字载波信号中的时隙号确定低位存储地址；所述第一级时分接线器的高位存储地址与低位存储地址相加为业务信息在第一级时分接线器中的存储地址。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)采用本发明可以提高多波束星地上下行链路的频谱利用率，星地之间的各种类型业务可以占据不同的载波和时隙，而交换过程只需实现不同载波之间的时隙交换，因此，本发明的星上交换系统实现简单，效率高，特别适用于卫星应用环境，具有很高的工程应用价值。
(2)星上有效载荷结构简单，基于时频域二维的星上交换只需要分路出载波以及交换后的载波合路。而采用ATM交换或IP交换，则需要进行基带信号信道译码、分组交换以及信道编码、再调制处理，因此，采用本发明的技术方案减少了对交换过程中信号的处理，降低了星上有效载荷的复杂度。
(3)本发明具有良好的扩展性能，现有的具有星上基带处理和星载交换的卫星系统与卫星的通信体制相关联，而本方案提出的基于时频域二维的星上交换只针对载波和时隙进行，对不同的通信体制可以实现透明的交换，因此可以在不同通信体制的系统中进行扩展。
附图说明
图1为时频域二维示意图；
图2为本发明系统示意图；
图3为载波时隙交换模块示意图；
图4为实施例图。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
如图2所示，为本发明系统示意图。本发明所述系统包括：载波信道处理模块、载波时隙交换模块和载波信道合成模块。采用本发明可以实现移动通信卫星星上不同波束上波束点间的交换，即将属于不同子带信号里不同载波、不同时隙中的业务信息交换到另一路子带信号的不同载波和时隙上。
所述载波信道处理模块接收M路子带信号，对子带信号中的数字载波信号进行下变频处理后直接输出到载波时隙交换模块。在子带信号中的多路数字载波信号具有等间隔的载波频率，因此，如图1所示，在一路子带信号中，可以对多路数字载波信号的载波频率进行顺序标号。在一路数字载波信号上，具有多个时隙，在不同时隙携带有不同的业务信息。通过对数字载波信号的载波频率号和每个载波中包含的时隙数进行统计可以获得子带信号中不同业务信息的绝对时隙号。
载波时隙交换模块接收由载波信道处理模块处理后产生的M路经过下变频后子带信号中数字载波信号内的业务信息。在载波时隙交换模块中，如图3所示，包括M个第一级时分交换器、第二级空分接线器和M个第三级时分接线器。
每一个第一级时分交换器接收属于一路子带信号的多路数字载波信号，并存储包含的业务信息，再按照根据路由表对存储的业务信息进行读取输出到第二级空分接线器。
在存储时，第一级时分交换器根据业务信息的载波频率号确定高位存储地址，根据业务信息收到时隙确定低位存储地址，再利用高位存储地址和低位存储地址相加构成业务信息的存储地址，将业务信息存储到第一级时分交换器中。
在输出时，第一级时分交换器根据路由表中的目的时隙确定对存储的业务信息的读取时间，即第一级时分交换器每一时刻的读取时间对应于一个时隙，按照时隙对应的时间读取后并输出进而实现业务信息时隙交换后的输出。
第二级空分接线器按路由表实现从第一级时分接线器到第二级空分接线器的交换。第二级空分接线器具有M个输入端和M个输出端。根据路由表中规定的业务信息载波频率号和目的时隙，确定接收第一级时分接线器输出业务信息的输入端与面向第三级时分接线器的输出端的连接关系，并按照确定的连接关系将业务信息输出到第三级时分接线器。
每一个第三级时分接线器接收第二级空分接线器输出的业务信息。并根据路由表确定业务信息的目的存储地址(目的存储地址的确定方法如上述第一级时分接线器中存储地址的确定方法)。在存储完所需处理的所有业务信息后，将属于同一路子带信号的数字载波信号输出到载波信道合成模块。
载波信道合成模块接收共M个第三级时分接线器输出的业务信息，并按照业务信息的载波频率号和时隙号形成多路未经上变频的数字载波信号，对多路数字载波信号上变频后形成子带信号，将形成M路子带信号后输出。
下面再进一步结合实施例对上述载波时隙交换模块中的交换过程进行说明。
如图4所示，下面以实现第X个子带信号中第A个载波第i个时隙与第Y个子带信号中第B个载波第j个时隙的业务交换为例，说明在载波时隙交换模块中基于时频域二维的星上交换工作过程。其中0≤X，Y≤M，0≤i，j≤S，S表示每个载波的时隙数，N表示在每个子带信号中所有载波频率上包含的时隙总数。
图4中，SMAX，CMAX分别代表接收第X个子带信号的第X个第一级时分接线器中的存储器和读取路由表并产生读地址的控制器；CMCY为第二级空分接线器中的读取路由表并产生选择信息的控制器；SMBY，CMBY分别代表对应于第Y个子带信号的第Y个第三级时分接线器中的存储器和读取路由表并产生写地址的控制器。图4中的其他名称依次类推。
星上控制器根据地面信关站的业务需求，生成路由表，并发送给载波时隙交换模块。
当载波时隙交换模块中的第X个第一级时分交换器接收到位于第X个子带信号中第A个载波、第i个时隙的业务信息后，按照路由表进行查询，得到交换后的目的路由信息为第Y个子带信号中第B个载波、第j个时隙。
因此，第X个第一级时分交换器接收的第A个载波第i个时隙的业务信息存储到地址为：A*S+i的存储单元中，(其中，A*S为高位存储地址，由载波频率号A获得；i为低位存储地址，为业务信息的时隙号)。然后，在对应于第A*S+j时隙的时刻将A*S+i的存储单元中的信号读出并输出到中间级的第二级空分接线器的第X个输入线。其中，j为业务信息的目的时隙，利用在第一级时分接线器的此次操作实现了对业务信息的时隙交换。
为实现将信号输出到第Y个第三级时分接线器位于B*S+j的存储单元中的交换，第二级空分接线器的CMCY根据路由表将接收业务信息的输入端X与第B个载波、第J个时隙所对应的输出端Y相连，从而将从输入端X输入的业务信息从输出端Y输出到第三级时分接线器。
在第三级时分接线器中，根据路由表确定到来的业务信息的存储地址，根据目的路由信息，存储地址为B*S+j。因此，SMBY根据CMBY产生的存储地址B*S+j将业务信息进行存储。通过此次操作，在第三级时分接线器中实现了业务信息的载波交换。存储完成后，第三级时分接线器在B*S+j所对应的时刻将存储的业务信息输出，完成了载波与时隙交换。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (2)

1.一种基于时频域的星上交换系统，用于实现移动通信卫星星上不同波束上波束点间的交换，其特征在于包括：载波信道处理模块、载波时隙交换模块和载波信道合成模块，
所述载波信道处理模块，接收输入的M路子带信号，对子带信号中进行下变频后输出到载波时隙交换模块；所述每路子带信号包含多路数字载波信号，在每路数字载波信号中的不同时隙包含有业务信息，其中，属于一路子带信号的多路数字载波信号具有相等间隔的载波频率，各路数字载波信号的载波频率顺序排号；
所述载波时隙交换模块，包括M个第一级时分接线器、第二级空分接线器和M个第三级时分接线器，
M个第一级时分接线器分别接收输入的M路下变频后的子带信号中多路数字载波信号的业务信息，并根据数字载波信号的载波频率号和业务信息的时隙号确定的存储地址进行存储，然后按照路由表中的目的时隙将存储的数字载波信号输出到第二级空分接线器；
其中，对于一个第一级时分接线器，存储时：业务信息的高位存储地址由该路数字载波信号的载波频率号确定，业务信息的低位存储地址时隙号确定；输出时：第一级时分接线器按照路由表中业务信息的目的时隙所对应当前时刻读取存储的业务信息，并输出到第二级空分接线器；
第二级空分接线器具有M路输入端和M路输出端，分别接收从M个第一级时分接线器分别输出的业务信息，并根据路由表确定业务信息的输出端，将业务信息输出到第三级时分接线器；
M个第三级时分接线器分别接收第二级空分接线器输出的M路业务信息，存储时：根据路由表确定业务信息的存储地址，所述第三级时分接线器中业务信息的存储地址包括根据路由表中目的载波频率号确定的高位存储地址和目的时隙所确定的低位存储地址；输出时：第三级时分接线器按照时间将对应时隙的业务信息输出到载波信道合成模块；
载波信道合成模块接收从M个第三级时分接线器输出的业务信息；将M个第三级时分接线器输入的业务信息构成数字载波信号；对数字载波信号进行上变频生成M路子带信号后输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于时频域的星上交换系统，其特征在于：所述第一级时分接线器在接收到属于一路子带信号中多路数字载波信号的业务信息时，将首个数字载波信号的载波频率号与每个载波频率包含的时隙数相乘确定首个数字载波信号中业务信息的高位存储地址，并根据每路数字载波信号的载波频率号依次确定每路数字载波信号中业务信息的高位存储地址；根据每个业务信息在数字载波信号中的时隙号确定低位存储地址；所述第一级时分接线器的高位存储地址与低位存储地址相加为业务信息在第一级时分接线器中的存储地址。
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