CN103220078A

CN103220078A - 一种实现卫星通信的方法及装置

Info

Publication number: CN103220078A
Application number: CN201210019929XA
Authority: CN
Inventors: 周海军; 徐红艳; 戴晓明; 康绍莉
Original assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT
Current assignee: China Academy of Telecommunications Technology CATT; Datang Mobile Communications Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: CN103220078B

Abstract

本发明涉及通信领域，公开了一种实现卫星通信的方法及装置。该方法为：基于FDD-SCDMA机制，为卫星通信系统重新设计了一种帧结构，采用这种帧结构，发送端可以采用较长的TTI，传输进行数据发送，即延长了的数据的发送时间，这样，可以降低对数据发送功率的要求，同时也降低了对信干噪比的要求，有效保证了通信信号的质量，令卫星通信系统在穿透损耗较大的应用场景下也可以正常工作，从而令卫星通信系统的整体性能得到有效提升。

Description

一种实现卫星通信的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种实现卫星通信的方法及装置。

背景技术

GMR-1卫星通信系统是TDMA(Time Division Multiple Access；时分复用接入)系统，其帧结构由hyperframe(超超帧)、superframe(超帧)、multiframe(复帧)、frame(帧)和timeslot(时隙)组成，具体参阅图1所示。各部分的相互关系如表1所示：

表1

其中，时隙序号范围为：0～23，范围：0～313343(超超帧长度)。定义超超帧是出于数据加密的需要，因为帧序号是加密处理过程的一个输入参数。

现有技术下，终端基于TDMA机制向卫星发送通信数据时，通常采用较高的发射功率(如，等效全向发射功率为5-10dBw)，尽量在较短的时间内将数据发送完毕。这种数据发送方式在链路预算中上行功率余量较小，对信干噪比的要求较高，因而在穿透损耗相对较大地区(如，丛林)时不能有效工作，无法实现正常通信，并且同步误差要求较高，当同步误差达到1/2chip(码片)时几乎不能正常工作。

发明内容

本发明实施例提供一种实现卫星通信的方法及装置，用于提高卫星通信系统的数据传输性能。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

一种实现卫星通信的方法，包括：

发送端确定待发送的原始数据；

发送端通过基带处理过程，按照预设的帧结构，将所述原始数据封装为相应的数据帧，其中，所述预设的帧结构包括：帧长为40毫秒ms、每帧中包含的时隙数目最少为2、时隙长度最少为10ms、每个时隙中最少包含2个训练序列、每个时隙中包含的码片chip数目最少为800、每个chip占用的传输时长最少为5微秒us，码片速率最少为40千次每秒kcps；

发送端将封装后的数据帧发往卫星通信系统中的接收端。

一种实现卫星通信的装置，包括：

控制单元，用于确定待发送的原始数据，并通过基带处理过程，按照预设的帧结构，将所述原始数据封装为相应的数据帧，其中，所述预设的帧结构包括：帧长为40毫秒ms、每帧中包含的时隙数目最少为2、时隙长度最少为10ms、每个时隙中最少包含2个训练序列、每个时隙中包含的码片chip数目最少为800、每个chip占用的传输时长最少为5微秒us，码片速率最少为40千次每秒kcps；

通信单元，用于将封装后的数据帧发往卫星通信系统中的接收端。

本发明实施例中，基于FDD-SCDMA机制，为卫星通信系统重新设计了一种帧结构，采用这种帧结构，发送端可以采用较长的TTI，传输进行数据发送，即延长了的数据的发送时间，这样，可以降低对数据发送功率的要求，同时也降低了对信干噪比的要求，有效保证了通信信号的质量，令卫星通信系统在穿透损耗较大的应用场景下也可以正常工作，从而令卫星通信系统的整体性能得到有效提升。

附图说明

图1为现有技术下卫星通信系统帧结构示意图；

图2为本发明实施例中卫星通信系统通信流程图；

图3为本发明实施例中卫星通信系统帧结构示意图；

图4为本发明实施例中二级编码示意图；

图5为本发明实施例中发送端功能结构示意图。

具体实施方式

为了提高卫星通信系统的数据传输性能，本发明实施例中，采用FDD-SCDMA(Frequency Division Duplex Synchronized Code Division MultipleAccess，频分双工同步码分多址接入)机制来实现数据传输，具体为：重新设计了数据帧的帧结构，令待发送数据的发送时间得到适当延长，从而降低了对发送功率的要求以及信干噪比的要求。

下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。

参阅图2所示，本发明实施例中，基于FDD-SCDMA机制实现卫星通信流程图，包括：

步骤200：发送端确定待发送的原始数据。

本实施例中，发送端可以是终端侧装置，如UE、PC等等，也可以是网络侧装置，如，卫星中转器。

步骤210：发送端通过基带处理过程，按照预设的帧结构，将获得的原始数据封装为相应的数据帧，其中，所谓预设的帧结构是指：帧长为40ms、每帧中包含的时隙数目最少为2、时隙长度最少为10ms、每个时隙中最少包含2个训练序列(即Midamble)、每个时隙中包含的chip数目最少为800、每个chip占用的传输时长最少为5微秒us，码片速率最少为40kcps。

实际应用中，在不同的载波带宽下，上述帧结构都会存在相应的适应性调整，具体如表2所示，表2中也同样记录了采用各种帧结构在实际应用效果：

表2

例如，参阅图3所示，以载波带宽为100kHZ为例，此时卫星通信系统采用的帧结构为：码片速率80kcps、射频带宽为100kHZ、射频带宽相对码片速率的比值为1.25、滤波器滚降系数为0.22、帧长为40ms、每帧的时隙数为4、时隙长度为10ms、每时隙的chip数目为800、每chip时长为12.5us、GP+Data+midamble的chip数目为10+43*16+51*2，即一个时隙中有两个midamble，这样，在QPSK下每时隙的数据可以达到86bits，3.5M下支持的理论2.4K用户数可以达到56～2240，而卫星最小接收电平相对Turaya系统增益可以降低(8.9+A)～2.9dB。其他载波带宽方案均具体参阅表2，在此不再一一赘述。

基于上述帧结构，发送端可以采用较长的TTI(Transmission Timing Interval，传输时间间隔)进行数据发送，即延长了的数据的发送时间，这样，可以降低对数据发送功率的要求，同时也降低了对信干噪比的要求，有效保证了通信信号的质量，令卫星通信系统在穿透损耗较大的应用场景下也可以正常工作，从而令卫星通信系统的整体性能得到有效提升。

步骤220：发送端将封装后的数据帧发往卫星通信系统中的接收端。

本实施例中，发送端可以是网络侧装置，如，卫星中转器，也可以是终端侧装置，如UE、PC等等。

基于上述实施例，在上述步骤210中，发送端通过基带处理过程，按照预设的帧结构，将获得的原始数据封装为相应的数据帧，是指发送端对原始数据进行CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余验证)、信道编码、速率匹配、交织、物理信道映射、调制、扩频等处理后，将获得的扩频序列按照预设的帧结构封装为一个或多个数据帧。参阅图3所示，在进行数据帧封装的过程中，要在原始数据形成的扩频序列的基础上，加入GP(Guard Period，保护间隔)和Midamble，形成数据帧。由于采用了上述帧结构，可以实现了信号在时间轴上的扩展，从而可以获得更大的编码交织增益。

较佳的，在上述过程中，可以通过执行以下操作来优化系统性能：

(1)参阅图4所示，在进行信道编码时，发送端采用两级编码方式将经CRC处理后的原始数据(即待编码数据)转换对数据进行编码，从而可以获得额外的增益。

例如，对于语音数据，其中的第一级编码可以采用Thuraya现有的语音编码方式、第2级编码可以采用卷积编码方式。

(2)在进行扩频处理时，针对小速率业务采用设定的(如，大于某一设定门限值的)扩频因子，并且传输时间在时间轴上进行扩展，这样，可以获得较大的相对等效扩频增益；

例如：Thuraya系统每个40ms帧内使用5ms发送语音业务数据，而FDD-SCDMA系统中可以采用40ms帧内所有时间来发送语音业务数据，这样可以获得9dB的相对等效扩频增益，即降低9dB的最小接收灵敏度的需求。

进一步的，在进行扩频处理时，可以采用wash code(信道码)与扰码的复合码作为扩频码，其目的是降低复合码向前和向后偏移1chip时的自相关和互相关的最大值。

例如，SF16时，复合码的1chip内自相关值和互相关值可以做到不大于8。

具体的扰码可以采用：【11111-11-11-1-1111-1-1】

(3)在发送端在发送数据帧之前，需要先进行初始同步，较佳的，可以保持同步精度不低于1/8chip，如，可以每个UE的上行同步误差最好控制在1/8chip 3sigma，这样，可以在上述同步精度下保证系统的可靠性能。

(4)进行信道编码以及调制处理的过程中，根据信道质量状况和可用的剩余功率选择相应的调制方式和编码方式。

例如，发送端为系统侧装置时，可以根据终端侧上报的信道质量状况和可用的剩余功率为业务分配合适的调制方式和编码方式。如，信道质量较好、剩余功率较大时，采用较高的调制阶数和编码率；反之，则采用较低的调制阶数和编码率；其中、信道质量可通过高层信令传递；剩余功率可通过物理层信令传递。

另一方面，本发明实施例中，接收端在接收发送端发送的信号时，可以采用联合检测处理。

如，接收端接收到的多用户数据为：e＝Ad+n，其中A为多用户信道估计和复合码构造的信道冲激响应矩阵，称为系统矩阵，d为各个用户发送的数据符号、n为等效热噪声。接收机检测出的数据符号d’＝(AHA)-1AH*e＝d+(AHA)-1AH*n。即多个用户的数据都当做有用信息来检测，克服了多用户之间的干扰。

基于上述实施例，参阅图5所示，本发明实施例中，发送端包括控制单元50和通信单元51，其中，

控制单元50，用于确定待发送的原始数据，并通过基带处理过程，按照预设的帧结构，将所述原始数据封装为相应的数据帧，其中，所述预设的帧结构包括：帧长为40毫秒ms、每帧中包含的时隙数目最少为2、时隙长度最少为10ms、每个时隙中最少包含2个训练序列、每个时隙中包含的码片chip数目最少为800、每个chip占用的传输时长最少为5微秒us，码片速率最少为40千次每秒kcps；

通信单元51，用于将封装后的数据帧发往卫星通信系统中的接收端。

综上所述，本发明实施例中，基于FDD-SCDMA机制，为卫星通信系统重新设计了一种帧结构，采用这种帧结构，发送端可以采用较长的TTI，传输进行数据发送，即延长了的数据的发送时间，这样，可以降低对数据发送功率的要求，同时也降低了对信干噪比的要求，有效保证了通信信号的质量，令卫星通信系统在穿透损耗较大的应用场景下也可以正常工作，从而令卫星通信系统的整体性能得到有效提升。

另一方面，由于降低了对卫星手持终端的发射功率需求、令信号功率低于噪声，使得卫星终端更易实现、通信更安全，并且可以支持更高的移动速度；以及，由于降低了卫星链路的最小接收电平，使得卫星通信的信号质量更能得到保障、可进行通信的场景更为丰富；同时，可以采用更高阶的调制技术、提高系统容量，也可以采用联合检测、级联码、交织等技术可以有效降低信号bit级功率与噪声功率的比值，记为Eb/N0，在语音激活等技术下更有利于降低下行的功率需求。进一步地，针对支持384K业务的应用场景，可以做到仅用单载波传输，这样有利于降低终端和基站的实现复杂度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种实现卫星通信的方法，其特征在于，包括：

发送端确定待发送的原始数据；

发送端将封装后的数据帧发往卫星通信系统中的接收端。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送端通过基带处理过程，按照预设的帧结构，将所述原始数据封装为数据帧，包括：

对原始数据进行循环冗余验证、信道编码、速率匹配、交织、物理信道映射、调制、扩频处理后，将获得的扩频序列按照预设的帧结构封装为一个或多个数据帧。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在进行信道编码时，发送端采用两级编码方式对数据进行编码。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在进行扩频处理时，采用信道码与扰码的复合码作为扩频码；针对小速率业务采用设定的扩频因子。

5.如权利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，在进行信道编码以及调制处理的过程中，根据信道质量状况和可用的剩余功率选择相应的调制方式和编码方式。

6.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述发送端为终端侧装置或网络侧装置，所述接收端为网络侧装置或终端侧装置。

7.一种实现卫星通信的装置，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制单元通过基带处理过程，按照预设的帧结构，将所述原始数据封装为数据帧，包括：

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，在进行信道编码时，所述控制单元采用两级编码方式对数据进行编码。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制单元在进行扩频处理时，采用信道码与扰码的复合码作为扩频码，其中，其码；针对小速率业务采用大于设定门限值的扩频因子。

11.如权利要求8、9或10所述的装置，其特征在于，所述控制单元在进行信道编码以及调制处理的过程中，根据信道质量状况和可用的剩余功率选择相应的调制方式和编码方式。

12.如权利要求7-10任一项所述的装置，其特征在于，所述装置为终端侧装置或网络侧装置。