CN104301025B - 利用时间标签实现多目标用户支持的卫星中继方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用时间标签实现多目标用户支持的卫星中继方法，包括:步骤1：N个目标用户各自在要传输的L位中继数据头部加入K位时间标签，控制N个目标用户依次错开1/N位周期时间依次发送数据；步骤2：中继卫星接收N路电磁波叠加信号，并转发至地面站；步骤3：地面站接收端以1/N位周期的检测判决周期进行判决解调，解调出N*L+N*K+N‑1位数据；步骤4：根据时间标签的先验信息，经过错位减法运算依次解算出N路数据；步骤5：将解算出的数据经过N路并行转化后输出，即恢复出N个目标用户各自发送的数据。本发明优化利用中继卫星资源，具有简化硬件要求,减少终端数量，节省系统重量和功耗的优点。

Description

利用时间标签实现多目标用户支持的卫星中继方法
技术领域
本发明涉及航天技术领域中的卫星中继系统，尤其涉及一种利用时间标签实现多目标用户支持的卫星中继方法。
背景技术
中继卫星系统是为中、低轨道的航天器与航天器之间、航天器与地面站之间提供数据中继、连续跟踪与轨道测控服务的系统。
随着航空航天领域中对地观测、军事侦察以及深空探测等技术的不断发展，中继卫星数据传输呈现了大容量、高速率以及多样化中继任务的特点，星上中继资源变得尤为珍贵，如何高效的利用星上中继资源，使其在有限的终端配置下为更多的目标用户服务成为一个亟待解决的问题。
现有的支持多目标用户的中继方法采用的多为码分多址方法，该种方法限制了卫星中继速率。同时,时分多址方法也同样存在该问题，而频分多址方法无法有效缓解中继终端资源紧张的问题。因此,急需一种新的支持多目标用户的卫星中继方法以满足应用需求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用时间标签实现多目标用户支持的卫星中继方法，旨在优化利用中继卫星资源，简化了多目标中继卫星系统中卫星的硬件要求,减少了终端数量，有效节省了卫星系统的重量和功耗。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种利用时间标签实现多目标用户支持的卫星中继方法，通过将多个目标用户的数据加入时间标签后依次错开1/N个时隙发送，由中继卫星在接收端进行物理层电磁波叠加接收，再经过短周期多电平判决解调，和错位减法运算，恢复出多个目标用户的数据,具体包括以下步骤：
步骤1：N个目标用户将各自需要中继传输的长度为L bit的数据在头部加入时间标签：1010……10，共Kbit数据，控制N个目标用户依次错开1/N个bit周期的时间依次发送数据，使得中继卫星依次错开1/N个bit周期时间接收N路数据；
步骤2：中继卫星直接接收叠加的N路电磁波信号，并转发给地面站；
步骤3：地面站接收端以1/N个bit周期的检测判决周期和N+1个判决电平进行判决解调，依次解调出N*K+N*K+N-1个数据；
步骤4：根据以切片表示的时间标签的先验信息，经过错位减法运算依次解算出第1路数据的第1个bit、第2路数据的第1个bit、……第N路数据的第1个bit、第1路数据的第2个bit、第2路数据的第2个bit、第N路数据的第2个bit……第1路数据的第K+L个bit、第2路数据的第K+L个bit、第N路数据的第K+L个bit。最后还有N-1个bit为无效数据。
步骤5：将解算出的数据经过N路并行转化后输出，即恢复出N个目标用户各自发送的数据后，将其输出至对应的N个地面用户数据接收方
优选地，步骤2包括：将每个bit数据用N个切片表示，即时间标签用N*K个切片表示，N路中继信号经中继卫星直接接收再加上电磁波叠加后信号共N*K+N*L+N-1个切片。
优选地，步骤1中所述的时间标签是整个卫星中继系统约定的数据，其长度、内容和格式根据系统需要改变。
与现有方法相比，本发明提供的支持多目标用户卫星中继方法，在不使用时分复用、空分复用、频分复用和码分复用的前提下，利用时间标签错位提供的冗余信息，实现一个中继终端的一个信道同时接收与传输多个目标用户信息的能力，从而大大节省中继终端与信道数量。数据的解调与解算在地面实现。该方法不需要对现有卫星中继终端进行改进和升级，只需更新和升级地面站接收设备，即可实现卫星中继系统的快速扩容。而地面系统的改进相比中继卫星更加容易、成本更加低廉，并且由于地面系统运用成熟的商业器件(非宇航器件)，其资源远远大于中继卫星，容易实现数据的解调与解算。与现有技术相比，本发明优化利用中继卫星资源，简化了多目标中继卫星系统中卫星的硬件要求,减少了星上终端数量，有效节省了卫星系统的重量和功耗，节省了系统成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例1的实现原理图；
图2为本发明实施例1的错位减法运算的运算原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
一种利用时间标签实现多目标用户支持的卫星中继方法，通过将多个目标用户的数据加入时间标签后依次错开1/N个时隙发送，由中继卫星在接收端进行物理层电磁波叠加接收，再经过短周期多电平判决解调，和错位减法运算，恢复出多个目标用户的数据,具体包括以下步骤：
步骤1：N个目标用户将各自需要中继传输的长度为L bit的数据在头部加入时间标签：1010……10，共Kbit数据，控制N个目标用户依次错开1/N个bit周期的时间依次发送数据，使得中继卫星依次错开1/N个bit周期时间接收N路数据；
步骤2：中继卫星直接接收叠加的N路电磁波信号，并转发给地面站；
由于中继卫星是错时1/N个bit周期叠加接收的，因此，将每个bit数据用N个切片表示，即时间标签用N*K个切片表示，N路中继信号经中继卫星直接接收再加上电磁波叠加后信号共N*K+N*L+N-1个切片。
步骤3：地面站接收端以1/N个bit周期的检测判决周期和N+1个判决电平进行判决解调，依次解调出N*K+N*K+N-1个数据；
步骤4：根据时间标签(以切片表示)的先验信息，经过错位减法运算依次解算出第1路数据的第1个bit、第2路数据的第1个bit、……第N路数据的第1个bit、第1路数据的第2个bit、第2路数据的第2个bit、第N路数据的第2个bit……第1路数据的第K+L个bit、第2路数据的第K+L个bit、第N路数据的第K+L个bit。最后还有N-1个bit为无效数据。
步骤5：将解算出的数据经过N路并行转化后输出，即恢复出N个目标用户各自发送的数据后，将其输出至对应的N个地面用户数据接收方。
需要说明的是，步骤5中的将解调出的数据经过N路并行转化后输出至对应的N个地面用户数据接收方，是为了方便区分各个目标用户数据而采用的方法，本发明在步骤4中并不限于以上的一种方法，如先N/2路并行转化，再级联一次2路并行转换也可实现上述目的，总之，采用任何方法的目的是有序分拣出N路用户数据。
为使本发明的方法更易理解，以下结合附图和具体实施例对本发明所提供的方法作进一步详细说明。
实施例一
为了使本发明实施例更加具有可读性，本实施例中将目标用户数定义为2，目标用户需要传输的数据量为10bit，时间标签为10101010共8bit。
一种利用时间标签实现多目标用户支持的卫星中继方法，具体包括步骤如下：
步骤1：2个目标用户(目标用户A和目标用户B)将各自需要中继传输的10个bit数据在头部加入时间标签：10101010，共8bit数据，控制2个目标用户发送时间，使得中继卫星依次错开1/2个bit周期时间接收到2路数据；
其中，2路10比特数据分别为：RA：1101011100(目标用户A预发送给中继卫星的数据)，RB：1011101101(目标用户B预发送给中继卫星的数据)
步骤2：中继卫星直接接收叠加的2路电磁波信号，并转发给地面站；
由于中继卫星是错时1/2个bit周期叠加接收的，在此，将每个bit数据用两个切片表示，即时间标签用1100110011001100共16个切片表示，则RA可表示为11110011001111110000，RB可表示为11001111110011110011。两路经中继卫星直接接收再加上电磁波叠加后信号为1210121012101210122101221121122210011，共37个切片。
步骤3：地面站接收端以1/2个bit周期的检测判决周期和3个电平进行判决解调，依次解调出37个数据；
此步骤中解调出的数据即为：1210121012101210122101221121122210011，共37个切片。
步骤4：根据时间标签1100110011001100(以切片表示)的先验信息，经过错位减法运算依次解算出第1路数据的第1个bit、第2路数据的第1个bit、第1路数据的第2个bit、第2路数据的第2个bit……第1路数据的第18个bit、第2路数据的第18个bit。最后还有一个0为无效数据。
错位减法运算如下：
将解算出的37个bit数据作为被减数，将时间标签1100110011001100作为减数，其最高位对应37个bit数据的次高位，依次对应相减至时间标签的最末一位0，得出第一个有效数据，然后将第一个有效数据右移一位作为减数，做减法运算，得出第二个有效数据，再将第二个有效数据右移一位作为减数，做减法运算，得出第三个有效数据，依次地推解算出20个bit有效数据。
步骤5：将解调出的数据经过2路并行转化后输出，即恢复出2个目标用户各自发送的数据。
进行两路并行转化后的数据为：101010101101011100和101010101011101101；其中前8个bit数据为时间标签，后10个bit数据为目标用户发送的有效数据。最后一个bit数据为无效数据。在实际应用中，目标用户发送的有效数据应该远远大于时间标签数据。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (1)

1.一种利用时间标签实现多目标用户支持的卫星中继方法，其特征在于：通过将多个目标用户的数据加入时间标签后依次错开1/N个时隙发送，由中继卫星接收端进行物理层电磁波叠加接收，传输给地面站后，地面站接收端再经过短周期多电平判决解调，和错位减法运算，恢复出多个目标用户的数据，具体包括以下步骤：
步骤1：N个目标用户将各自需要中继传输的长度为L bit的数据在头部加入时间标签：1010……10，共Kbit数据，控制N个目标用户依次错开1/N个bit周期的时间依次发送数据，使得中继卫星依次错开1/N个bit周期时间接收N路数据，所述的时间标签是整个卫星中继系统约定的数据，其长度、内容和格式根据系统需要改变；
步骤2：中继卫星直接接收叠加的N路电磁波信号，并转发给地面站，将每个bit数据用N个切片表示，即时间标签用N*K个切片表示，N路中继信号经中继卫星直接接收再加上电磁波叠加后信号共N*K+N*L+N-1个切片；
步骤3：地面站接收端以1/N个bit周期的检测判决周期和N+1个判决电平进行判决解调，依次解调出N*K+N*K+N-1个数据；
步骤4：根据以切片表示的时间标签的先验信息，经过错位减法运算依次解算出第1路数据的第1个bit、第2路数据的第1个bit、……第N路数据的第1个bit、第1路数据的第2个bit、第2路数据的第2个bit、第N路数据的第2个bit……第1路数据的第K+L个bit、第2路数据的第K+L个bit、第N路数据的第K+L个bit，最后还有N-1个bit为无效数据；
步骤5：将解算出的数据经过N路并行转化后输出，即恢复出N个目标用户各自发送的数据后，将其输出至对应的N个地面用户数据接收方。
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