CN103414508A

CN103414508A - 主从卫星间通信链路建立方法

Info

Publication number: CN103414508A
Application number: CN2013103572031A
Authority: CN
Inventors: 韩睿; 彭涛; 刘海燕; 刘春玲
Original assignee: Dalian University
Current assignee: Dalian University
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-08-14
Also published as: CN103414508B

Abstract

本发明公开了一种主从卫星间通信链路建立方法，所述主从式卫星中包括一个主卫星和至少一个从卫星，具有如下步骤：将主卫星与从卫星之间的信道划分为控制信道和通信信道；主卫星和从卫星建立各自的体系结构；主卫星与从卫星之间建立链路，开始握手过程：主卫星在控制时隙发送与各个从卫星对应的控制帧，从卫星捕获控制帧的同步头，从卫星的本地时钟参照主卫星的本地时钟进行校准，完成时隙同步；时隙同步后，从卫星在握手时隙发送握手帧，主卫星捕获到各从卫星发送的握手帧后链路建立完成，网络调节到通信信道开始数据通信。本链路建立方案具有集中管理、易于维护、安全性高、延迟时间小、传输误码率低的特性。

Description

主从卫星间通信链路建立方法

技术领域

本发明属于卫星网络通信技术领域，尤其涉及一种主从卫星间通信链路建立方法。

背景技术

传统的LEO、GEO单层卫星网络由于运行轨道单一，其通信时延、通信范围等性能不能满足未来卫星通信业务发展的需求。基于星间链路组网的GEO-LEO双层网络，不仅具有GEO通信容量大、通信范围广，LEO移动速度快、传输时延短的优点，还具有星间路径选择性多，网络抗毁能力强等单层卫星网络无法比拟的优势。采用主从式星状组网方式的GEO-LEO双层网络，即通过LEO作为从卫星围绕GEO这个主卫星中心节点完成星间链路建立进行组网，它与其他组网方式相比，具有网络便于集中控制管理，易于维护和安全性高，延迟时间小，传输误码率低等特性，最大的缺点是主卫星必须具有极高的可靠性，一旦主卫星损坏，整个网络将趋于瘫痪。由于GEO使用寿命长、覆盖范围广、抗毁能力强、容量大、地理位置相对稳定，所以使用GEO作为主卫星的可靠性极高，因此GEO-LEO双层网络采用主从式星状组网具有很大的优势。

目前国内外在研究无线通信链路建立方面，绝大多数都是研究星地链路建立或者是地面无线通信链路建立，针对卫星点对点的星间链路建立的研究极少。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种主从卫星间通信链路建立方法，适用于包括一个主卫星和至少一个从卫星组成的卫星网络，具有如下步骤：

步骤1：主卫星检测其覆盖区域内从卫星的数量、从卫星的轨道参数信息，计算主卫星与各个从卫星之间的距离大小并按照从小到大顺序排列；

步骤2：主卫星将控制信道划分成周期性的TDMA帧，将每个TDMA帧依次划分成一个控制时隙、多个握手时隙和一个申请时隙，按步骤1中从卫星的排列顺序排列所述的多个握手时隙，握手时隙与从卫星一一对应；

步骤3：建立三种类型的帧信号：主卫星在控制时隙时发送的带有同步头的控制帧、主卫星覆盖区域内的从卫星在握手时发送的握手帧、新入网的从卫星在申请时隙时发送的申请帧；

步骤4：主卫星与从卫星之间建立链路，开始握手过程：主卫星在控制时隙发送与各个从卫星对应的控制帧，从卫星捕获控制帧的同步头，从卫星的本地时钟参照主卫星的本地时钟进行校准，完成时隙同步；

时隙同步后，从卫星在握手时隙发送握手帧，主卫星捕获到各从卫星发送的握手帧后链路建立完成，网络调节到通信信道开始数据通信。

所述控制帧包括：用于实现时隙同步的同步头、用于识别帧种类的标识符、与时隙相对应的从卫星编号信息、以及用于校验帧数据的纠错码；

所述握手帧包括：用于实现时隙同步的同步头、用于识别帧种类的标识符、主卫星和从卫星的地址信息、包含是否保留时隙或者卸载时隙的控制信息以及用于校验帧数据的纠错码；

所述申请帧包括：用于实现时隙同步的同步头、用于识别帧种类的标识符、从卫星的地址信息、以及用于校验帧数据的纠错码。

所述主卫星的体系结构具有物理层I、中间层I和管理层I；所述从卫星的体系结构具有物理层II、中间层II和管理层II。

所述管理层I获取各从卫星的轨道参数信息，并将该轨道参数信息转化成基带信息传送至中间层I，所述基带信息包括卫星的身份信息、位置信息和状态信息；所述中间层I接收管理层I传送的基带信息，提取卫星的身份信息、位置信息和状态信息，并将上述信息按照握手协议封装成控制帧后传送至物理层I；所述物理层I接收中间层I传送的控制帧，并将该控制帧进行数字调制和载波调制后发送至从卫星；

所述物理层II接收物理层I发送的调制信号，对接收到的调制信号进行数字解调后得到控制帧再发送至中间层II；所述中间层II接收物理层II传送的控制帧，将该控制帧进行分解，获取主卫星的基带信息，并将该基带信息传送至管理层II；所述管理层II接收中间层II传送的基带信息，并将该信息存储。

所述管理层II存储主卫星的基带信息后，生成控制信息传送到中间层II，所述中间层II接收管理层II传送的控制信息封装成握手帧后传送至物理层II，所述物理层II接收中间层II传送的握手帧，并将该握手帧进行数字调制和载波调制后发送至主卫星；

本发明公开的主从卫星间通信链路建立方法，在主卫星与从卫星之间建立用于建立链路的控制信道和用于数据传输的通信信道，主卫星和从卫星都建立各自的体系结构后，主卫星将控制信道划分成周期性的TDMA帧，将每个TDMA帧依次划分成一个控制时隙、多个握手时隙和一个申请时隙，从卫星的排列顺序排列所述的多个握手时隙，握手时隙与从卫星一一对应，主卫星与从卫星之间建立链路开始实施握手过程，主卫星在控制时隙发送与各个从卫星对应的控制帧，从卫星捕获控制帧的同步头，从卫星的本地时钟参照主卫星的本地时钟进行校准，完成时隙同步；时隙同步后，从卫星在握手时隙发送握手帧，主卫星捕获到各从卫星发送的握手帧后链路建立完成，网络调节到通信信道开始数据通信。本发明公开的链路建立方案，不仅能满足一个主卫星对多个从卫星之间的链路建立和组网通信。本发明公开的链路建立方法中卫星网络具有集中管理、易于维护、安全性高、延迟时间小、传输误码率低的特性。本通信链路建立方法不仅适用于GEO-LEO主从式星状网络的建立，也能广泛适用于其他类型的具有中心节点的卫星网络的建立，对未来卫星通信的发展具有促进作用，能带来一定的社会效益和经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的主从式卫星间信道划分的结构示意图。

图2为本发明主卫星和从卫星建立体系结构的示意图。

图3为本发明中TDMA帧的结构示意图。

图4为本发明中控制帧、握手帧和申请帧的结构示意图。

图5为本发明中主卫星与从卫星链路建立的示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

本发明公开的主从卫星间通信链路建立方法，适用于包括一个主卫星和至少一个从卫星组成的卫星网络：具有如下步骤：

步骤1：主卫星检测其覆盖区域内从卫星的数量、从卫星的轨道参数信息，计算主卫星与各个从卫星之间的距离，按所述距离由近到远的顺序排列从卫星。如图1所示，主卫星检测其覆盖范围内的多个从卫星的数量以及轨道参数信息，统计主卫星与各个从卫星之间的距离，并将各个距离值从小到大的顺序排列。将主卫星与从卫星之间的信道划分成控制信道和通信信道。

步骤2：主卫星将控制信道划分成周期性的TDMA帧，如图3所示：将每个TDMA帧依次划分成一个控制时隙、多个握手时隙和一个申请时隙，按步骤1中从卫星的排列顺序排列所述的多个握手时隙，握手时隙与从卫星一一对应。即与主卫星距离最近的从卫星的握手时隙排列在最前面。

步骤3：建立三种类型的帧信号：如图主卫星在控制时隙时发送的带有同步头的控制帧、主卫星覆盖区域内的从卫星在握手时发送的握手帧、新入网的从卫星在申请时隙时发送的申请帧，控制帧、握手帧和申请帧的结构如图4所示。

步骤4：主卫星与从卫星之间建立链路，开始握手过程：如图5所示：主卫星在控制时隙发送与各个从卫星对应的控制帧，从卫星捕获控制帧的同步头，从卫星的本地时钟参照主卫星的本地时钟进行校准，完成时隙同步；时隙同步后，从卫星在握手时隙发送握手帧，主卫星捕获到各从卫星发送的握手帧后链路建立完成，网络调节到通信信道开始数据通信。即主卫星按照TDMA帧的控制时隙发送控制帧，从卫星捕获控制帧的同步头后，调整自己的本地时钟跟主卫星的本地时钟校准，完成时隙同步。各从卫星完成时隙同步后，各从卫星根据握手时隙定时发送握手帧，主卫星接收这些握手帧后，统计握手帧的控制信息，看各个从卫星是否要求保留时隙或者卸载时隙，然后更新时隙分配表并在下一个TDMA帧进行发送。其中要卸载时隙是由于原本网络内的从卫星节点根据轨道信息预知自身快要飞出网络，所以提前释放时隙，以提高网络效率。TDMA帧的末尾时隙是用于正在链路建立过程中原本不在网内的从卫星飞入网内后，按照申请时隙发送申请帧要求入网，等到主卫星接收到申请帧，便在新的时隙分配表中为其分配握手时隙，而新时隙表继续保留申请时隙，用于下次这种突发情况。主卫星接收到网内所有从卫星的握手帧，表明该主从式星状网组网建立完成，链路建立工作结束，系统调谐到通信信道开始业务通信。

进一步的，所述控制帧包括：用于实现时隙同步的同步头、用于识别帧种类的标识符、与时隙相对应的从卫星编号信息、以及用于校验帧数据的纠错码；如图4所示控制帧的结构示意图：P：同步头，用于时隙同步，I：标识符，用于区分、识别当前帧的类型，A_j：j＝1～m，表示第j个时隙分配的从卫星的地址编号信息；RS：纠错码，用于校验帧格式的数据。

握手帧包括：用于实现时隙同步的同步头、用于识别帧种类的标识符、主卫星和从卫星的地址信息、包含是否保留时隙或者卸载时隙的控制信息以及用于校验帧数据的纠错码。P：同步头，用于时隙同步；I：标识符，用于区分、识别当前帧的类型；A_S：从卫星地址信息，A_d：主卫星地址信息，C：控制信息，是否保留时隙还是卸载时隙；RS：纠错码，用于校验帧格式的数据。

所述申请帧包括：用于实现时隙同步的同步头、用于识别帧种类的标识符、从卫星的地址信息、以及用于校验帧数据的纠错码。P：同步头，用于时隙同步；I：标识符，用于区分、识别当前帧的类型；A_S：从卫星地址信息；RS：纠错码，用于校验帧格式的数据。

进一步的，如图2所示，所述主卫星的体系结构具有物理层I、中间层I和管理层I；所述从卫星的体系结构具有物理层II、中间层II和管理层II。

本发明公开的主从卫星间通信链路建立方法，通过在主卫星与从卫星之间建立控制信道和通信信道来实现链路的建立和数据的传输，主卫星与从卫星建立各自的体系结构后实现链路的建立，在建立链路过程中采用TDMA多址协议：主卫星在控制时隙发送与各个从卫星对应的控制帧，从卫星捕获控制帧的同步头，从卫星的本地时钟参照主卫星的本地时钟进行校准，完成时隙同步；时隙同步后，从卫星在握手时隙发送握手帧，主卫星捕获到各从卫星发送的握手帧后链路建立完成，网络调节到通信信道开始数据通信。本发明公开的链路建立方法建链时间短、有效性高、建链概率高、可靠性高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种主从卫星间通信链路建立方法，适用于包括一个主卫星和至少一个从卫星组成的卫星网络，其特征在于具有如下步骤：

2.根据权利要求1所述的主从卫星间通信链路建立方法，其特征还在于：所述控制帧包括：用于实现时隙同步的同步头、用于识别帧种类的标识符、与时隙相对应的从卫星编号信息、以及用于校验帧数据的纠错码；

3.根据权利要求1所述的主从卫星间通信链路建立方法，其特征还在于：所述主卫星的体系结构具有物理层I、中间层I和管理层I；所述从卫星的体系结构具有物理层II、中间层II和管理层II。

4.根据权利要求3所述的主从卫星间通信链路建立方法，其特征还在于：

所述管理层II存储主卫星的基带信息后，生成控制信息传送到中间层II，所述中间层II接收管理层II传送的控制信息封装成握手帧后传送至物理层II，所述物理层II接收中间层II传送的握手帧，并将该握手帧进行数字调制和载波调制后发送至主卫星。