CN102665278A - 一种卫星通信网状网终端站 - Google Patents

Abstract

一种卫星通信网状网终端站包括多个终端站，其中多个终端站中有一个为具有管理能力的终端站，其它终端站为发起请求终端或目标终端站；每个终端站均包括以下模块：射频接收模块、射频发射模块、基带模块和资源管理控制模块；射频接收模块由下变频模块、接收频率产生模块和A/D模块构成；射频发射模块由上变频模块、发射频率产生模块和D/A模块构成；本发明在基带处理模块能力有限的情况下，实现终端站的MF-TDMA体制通信，且在通信能力上不逊于支持多载波同时解调的终端站。

Description

一种卫星通信网状网终端站

技术领域

本发明涉及一种卫星通信网状网终端站，用于终端站的MF-TDMA体制通信。

背景技术

采用网状网结构的卫星通信，终端站间借助透明转发卫星，可以实现一跳的卫星通信，信息传输时延小，可支持实时性通信的应用环境。

在MF-TDMA通信体制下，允许众多用户终端共享一系列不同速率的载波，每个载波进行时隙划分，通过综合调度时频二维资源，达到资源的灵活分配。如图2所示，在MF-TDMA系统中，每个载波是时分使用的，每个载波的TDMA速率可以相同也可以不同，甚至同一载波不同时隙的载波速率也可以不同。通过使用不同速率载波的组合可构成一个能够同时兼容大、小用户终端站且具有灵活组网能力的卫星通信系统。

采用MF-TDMA传输体制的网状网卫星通信系统具有灵活组网和支持实时性通信应用的优势。现有终端方案多为多载波同时解调，终端站成本高，功耗大，不利于网状网卫星通信系统的推广。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种卫星通信网状网终端站，支持MF-TDMA通信体制，终端站仅具有在每一时刻解调一路载波信号的能力，而其实际通信能力却不逊于支持多载波同时解调的终端站，这种终端站具有低功耗、低成本的优点。

本发明技术解决方案：一种卫星通信网状网终端站，包括多个终端站，其中多个终端站中有一个为具有管理能力的终端站，其它终端站为发起请求终端或目标终端站；每个终端站均包括以下模块：射频接收模块、射频发射模块、基带模块和资源管理控制模块；射频接收模块由下变频模块、接收频率产生模块和A/D模块构成；射频发射模块由上变频模块、发射频率产生模块和D/A模块构成；

所述射频接收模块中的下变频模块把高频信号变频到基带信号，下变频所需要的载波频率由接收频率产生模块产生；A/D模块完成对信号的模数变换，模数变换后的信号输出至基带模块进行突发包解调；接收频率产生模块在资源管理控制模块控制下，依据跳频跳时图案在不同时刻为下变频模块提供相应的载波频率；

所述射频发射模块中的上变频模块把基带信号变频到高频信号，上变频所需要的载波频率由发射频率产生模块产生；D/A模块完成对信号的数模变换，数模变换后的信号输出至上变频模块；所述发射频率产生模块在资源管理控制模块控制下，依据跳频跳时图案在不同时刻为上变频模块提供相应的载波频率；

对于具有管理功能终端站的资源管理控制模块，在某一时刻接收网络内某终端站资源管理器资源的请求；检测此时自己内部有无空闲资源，如果无空闲资源，通知发起请求的终端站告之当前无资源，如果有空闲资源，则按请求业务的数据量分配资源，即跳频和跳时图案，所述跳频和跳时图案满足每时隙分配一个载波，不同时隙载波可以不同；然后登记已分配跳频和跳时图案，并将分配后的跳频和跳时图案通知发起请求的终端站和目标终端站；

对于发起请求终端站和目标终端站的资源管理控制模块，根据具有管理能力的终端站所分配的跳频和跳时图案，配置接收或发射频率产生模块产生相应载波频率，同时控制基带模块对基带信号进行处理；

所述基带模块为对基带信号的相关处理，完成突发包解调、解码、解扰、调制、编码、加扰处理，在资源管理控制模块的控制下，根据已经分配的跳频和跳时图案进行单载波信号处理。

本发明的原理：本发明具有多个终端站，其中多个终端站中有一个为具有管理能力的终端站，其它终端站为发起请求终端或目标终端站，上述多个终端站组成卫星通信网状网系统。组成卫星通信网状网系统后，网状网终端站中的某个终端站发出资源请求，根据某个终端站的请求，网络内具有管理能力的终端站，根据载波信道资源的分配情况，为每个终端站配置跳频和跳时图案。终端站的资源管理控制模块依据跳频和跳时图案的配置控制终端对信号进行处理。对于给定终端站的跳频和跳时图案配置为：使得终端站在每个时隙仅在一个载波上发送或接收信号，在不同时隙载波频率则可以灵活变化，但满足仍然保证同一时刻的发送或接收载波数为1(即每时隙分配一个载波)，通过时频二维资源的综合调度，使终端站以跳时的方式进行单载波信号处理，从而实现终端站的MF-TDMA体制通信。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明的卫星通信网状网终端具有低功耗、低成本的优点；且每个终端站在每一时刻仅需支持一路载波信号的处理，终端站在某一时刻需要传输数据包时，资源管理控制模块可以灵活的配置载波信道资源给终端站，相比于多载波同时解调的终端站，大大降低了终端站的成本。

附图说明

图1为本发明的卫星通信网状网系统示意图；

图2本发明中每个终端站硬件框图；

图3为MF-TDMA示意图；

图4为本发明卫星通信网状网终端站跳频跳时图案配置实现流程图；

图5为本发明卫星通信网状网终端站跳频跳时示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种卫星通信网状网终端站包括多个终端站，其中多个终端站中有一个为具有管理能力的终端站，其它终端站为发起请求终端或目标终端站。

如图2所示，每个终端均包括以下模块：射频接收模块1、射频发射模块2、基带模块3和资源管理控制模块4；射频接收模块1由下变频模块11、接收频率产生模块12和A/D模块13构成；射频发射模块2由上变频模块21、发射频率产生模块22和D/A模块23构成。接收端天线接收的射频信号首先经过滤波器滤除高频信号，然后根据接收频率产生模块12配置的接收频率，经过下变频模块11将信号下变频到基带信号，再经过A/D模块13将模拟信号数字化输出，最后送入基带模块3进行相关处理；发射端基带信号首先经过D/A模块23将数字信号转换为模拟信号，经过滤波器后，然后根据发射频率产生模块22配置的发射频率，由上变频模块21将模拟信号上变频到高频信号，放大后送至天线发射。其中，资源管理控制模块4依据跳频和跳时图案的配置，配置接收或发射频率产生模块产生相应载波频率，同时控制基带模块对基带信号进行处理。终端站的跳频跳时图案配置为每时隙一个载波，不同时隙载波可以不同。通过时频二维资源的综合调度，使终端站以跳时的方式进行单载波信号处理。

本发明所采用芯片仅作为实施案例，不在专利保护范围内。实施例中A/D模块13采用AD9201；下变频模块11采用AD8347，接收频率产生模块12采用ADF4350。资源管理控制模块4通过SPI接口控制接收频率产生模块12，为接收端A/D模块13配置所需解调频率。

实施例D/A模块23采用AD9763；上变频模块21采用AD8349，发射频率产生模块22采用ADF4350，与接收端相同。资源管理控制模块4通过SPI接口控制发射频率产生模块22，为发射端D/A模块23配置所需调制频率。

实施例基带模块3采用Xilinx Spartan 6系列FPGA XC6SLX150来实现。XC6SLX150具有150万门的资源，相对于Virtex系列FPGA，XilinxSpartan 6系列器件具有低功耗、高性能等特征。基带模块3通过编程来完成对突发包的调制解调、编解码等运算。

实施例资源管理模块4是基于PowerPC405平台，采用软件来实现的。PowerPC405处理器，主频速度200MHz，性能可达到304MIPS。资源管理控制模块4通过PCI接口控制基带处理模块FPGA来实现对分配时隙上基带信号的处理。在基带模块3，每一时刻仅对一个发射或者接收载波上的信号进行处理。

如图3所示，本发明所述的网状网终端资源配置方式如下所述：将卫星链路中的载波/时隙资源占用表看成是一个2维的矩阵，其中行代表不同频率的载波，列表示按时间划分的时隙，则MF-TDMA资源分配问题可以描述为：具有管理能力的终端，将从现有的空闲载波信道资源中找到合适的信道资源，给每个终端站配置跳频和跳时的图案，终端将基于跳频跳时图案实现对数据的收发。

如图4所示，卫星通信网状网终端的跳频跳时图案配置实现流程为：

(1)在某一时刻，网络内某终端站向具有管理能力的终端站发起资源请求；

(2)具有管理能力终端站的资源管理控制模块检测此时有无空闲资源；

(3)如果无空闲资源，通知发起请求的终端当前无资源，重复步骤(1)，如果有空闲资源，则进入步骤(4)；

(4)按请求业务的数据量分配资源(跳频和跳时图案)，满足每时隙分配一个载波，不同时隙载波可以不同；

(5)然后具有管理能力终端站的资源管理控制模块登记已分配跳频和跳时图案，并将分配后的跳频和跳时图案通知发起请求的终端站和目标终端站；

(6)成功分配资源给发起请求的终端和目标终端后，发起请求终端站和目标终端站的资源管理控制模块，根据具有管理能力的终端站所分配的跳频和跳时图案，配置接收或发射频率产生模块产生相应载波频率。

如图5所示，为卫星通信网状网终端之间通信的实例化。

卫星通信网状网终端站的跳频跳时实现方式为：假设网状网内A、B和C三个终端站，当某一时刻，终端站A发起资源请求，与终端站B通信；具有管理能力的终端站检测当前是否有空闲资源，如果有空闲资源，则根据业务请求的数据量，分配相应的资源，并在资源管理系统中登记，例如，给发起请求端A分配资源为T1时刻f3载波信道，T2时刻f1载波信道以及T3时刻f2载波信道，依据此生成跳频跳时图案，然后将分配资源通知发起请求的终端站A和目标终端站B，终端站A和B资源管理控制器将根据已分配的跳频跳时图案，配置终端站载波信道和时隙资源；当终端站A发起请求结束后，终端站B发起资源请求，需要与终端站A通信，则具有管理能力的终端站根据当前资源分配情况，分配相应的资源，并在资源管理系统中登记，例如，给发起请求端B分配资源为Ti时刻f3载波信道，Tj时刻f2载波信道，依据此生成跳频和跳时图案，然后将分配资源通知发起请求的终端站B和目标终端站A，终端站B和A资源管理控制器将根据已分配的跳频跳时图案，配置终端站载波信道和时隙资源；终端站C和A以及终端站C和B通信亦如上。由此可以看出，本发明中每个终端站一个时刻只占用一个载波，且不同时刻，载波可以灵活变化，因此本发明具有低功耗、低成本的优势，充分发挥了MF-TDMA网状网卫星通信系统的优点。

Claims (1)

1.一种卫星通信网状网终端站，其特征在于包括多个终端站，其中多个终端站中有一个为具有管理能力的终端站，其它终端站为发起请求终端或目标终端站；每个终端站均包括以下模块：射频接收模块、射频发射模块、基带模块和资源管理控制模块；射频接收模块由下变频模块、接收频率产生模块和A/D模块构成；射频发射模块由上变频模块、发射频率产生模块和D/A模块构成；

所述射频接收模块中的下变频模块把高频信号变频到基带信号，下变频所需要的载波频率由接收频率产生模块产生；A/D模块完成对信号的模数变换，模数变换后的信号输出至基带模块进行突发包解调；接收频率产生模块在资源管理控制模块控制下，依据跳频跳时图案在不同时刻为下变频模块提供相应的载波频率；

所述射频发射模块中的上变频模块把基带信号变频到高频信号，上变频所需要的载波频率由发射频率产生模块产生；D/A模块完成对信号的数模变换，数模变换后的信号输出至上变频模块；所述发射频率产生模块在资源管理控制模块控制下，依据跳频跳时图案在不同时刻为上变频模块提供相应的载波频率；

对于具有管理功能终端站的资源管理控制模块，在某一时刻接收网络内某终端站资源管理器资源的请求；检测此时自己内部有无空闲资源，如果无空闲资源，通知发起请求的终端站告之当前无资源，如果有空闲资源，则按请求业务的数据量分配资源，即跳频和跳时图案，所述跳频和跳时图案满足每时隙分配一个载波，不同时隙载波可以不同；然后登记已分配跳频和跳时图案，并将分配后的跳频和跳时图案通知发起请求的终端站和目标终端站；

对于发起请求终端站和目标终端站的资源管理控制模块，根据具有管理能力的终端站所分配的跳频和跳时图案，配置接收或发射频率产生模块产生相应载波频率，同时控制基带模块对基带信号进行处理；

所述基带模块为对基带信号的相关处理，完成突发包解调、解码、解扰、调制、编码、加扰处理，在资源管理控制模块的控制下，根据已经分配的跳频和跳时图案进行单载波信号处理。

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