CN104836612A - 一种自适应卫星信道动态接入方法 - Google Patents

Abstract

一种自适应卫星信道动态接入方法，步骤1：卫星地球站在空闲状态采用基于谱相关的频谱感知方法检测可用信道，并在检测到的可用信道上轮询接收信标信号；步骤2：主叫卫星终端用户通过卫星地球站发起本次业务通信，并设置通信参数，通信参数包括业务类型、通信带宽；步骤3：主叫卫星地球站判断是否与对端已经建立连接信道，若已建立连接信道则进入通信，通信结束；若未建立连接信道或建立的信道带宽小于等于申请带宽，转步骤4：卫星地球站对检测到的可用信道进行判断，若可用信道带宽小于用户申请通信带宽，则进行处理。步骤5：对检测到的信道按照信道号进行排序，并确定排序后的中位数信道x_m；步骤6：在中位数信道上发送信标信号。

Description

一种自适应卫星信道动态接入方法

技术领域

本发明涉及卫星通信接入控制领域，特别涉及一种自适应卫星通信信道动态接入方法。

背景技术

随着卫星平台和载荷技术的不断发展，可用卫星带宽越来越宽，而由于资费等原因，造成卫星用户相对稀少、卫星频谱利用率较低。另一方面，传统的卫星通信资源分配一般采用集中控制分配方式，即由网络控制中心站根据地球站业务申请和目前卫星资源使用情况分配信道，而由于自然灾难或恶劣天气等原因，一旦网络控制中心站出现故障，将导致全系统瘫痪。因此，建立一种不依赖中心站集中控制的自主动态接入方法，不仅可以提供卫星频谱利用率，且能在应急突发情况下提高系统的可靠性，就显得很有必要了。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是，提供一种自适应卫星信道动态接入方法，每个终端用户采用认知的方法独立的检测当前可用的卫星信道情况，并通过自适应自主协调算法，动态的建立起相互间连接关系。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出一种自适应卫星信道动态接入方法，该方法包括以下步骤:

步骤1：卫星地球站在空闲状态采用基于谱相关的频谱感知方法检测可用信道，并在检测到的可用信道上轮询接收信标信号；

步骤2：主叫卫星终端用户通过卫星地球站发起本次业务通信，并设置通信参数，通信参数包括业务类型、通信带宽；

步骤3：主叫卫星地球站判断是否与对端已经建立连接信道，若已建立连接信道则进入通信，通信结束后转步骤8；若未建立连接信道或建立的信道带宽小于等于申请带宽，转步骤4；

步骤4：卫星地球站对检测到的可用信道进行判断，若可用信道带宽小于用户申请通信带宽，则进行如下处理：

步骤41：判断本次业务是否对延时敏感，若为延时敏感类业务则提示用户通信失败，转步骤8；

步骤42：计算剩余带宽＝申请带宽-可用带宽，缓存业务数据至下一检测周期，转步骤6；

步骤5：对检测到的信道按照信道号进行排序x₀,x₁,x₂...x_m,...x_n；并确定排序后的中位数信道x_m；

步骤6：在中位数信道上发送信标信号，并等待对端卫星地球站应答；

步骤7：若收到对端卫星地球站应答，则双方进入通信，若没有收到应答，可认为中位数信道x_m不在对端检测信道范围内，则在可用信道序列中去掉x_m，并转步骤5，若在最大延时内仍无法建立连接，则提示用户通信失败，转步骤8；

步骤8：通信结束，通信双方卫星地球站释放卫星信道资源，回到空闲状态。

进一步的，步骤1中的信道检测算法采用基于谱相关的频谱感知方法如下：

步骤11：计算谱相关函数；

$S_x^{\mathrm{\α}}\left(f\right)=\frac{1}{\mathrm{NT}}\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}X(n,f+\mathrm{\α}/2)X^{*}(n,f-\mathrm{\α}/2)$

其中，为信号的谱相关函数；α为循环频率；f为待检测信道；N个样本数据分成每组T个样本的数据块，n为采样次数；N为采样总数；T为每次样本数；X(n,f)为第n次采样的样本数的快速傅立叶变换；

步骤12：计算谱相关系数；

$C_x^{\mathrm{\α}}\left(f\right)=\frac{S_x^{\mathrm{\α}}\left(f\right)}{{\left[S_x^0(f+\mathrm{\α}/2)S_x^0(f-\mathrm{\α}/2)\right]}^{1/2}}$

其中，为信号的谱相关系数；α为循环频率；f为待检测信道；为信号的谱相关函数；为α＝0时的谱相关函数；

步骤13：判断信道是否被占用：如果则信道未被占用，否则信道已被占用，这里η为预先定义的判决门限；记录下未被占用信道号。

进一步的，在步骤7中，当通信双方进入通信后，增加控制步骤如下：通信双方持续检测使用信道是否出现主用户；一旦主用户出现，通信双方应立即释放卫星信道并重新进行连接。

进一步的，在步骤7中当通信双方建立连接后，双方首先交互释放信道后重新连接的后备信道序列；一旦主用户出现，则双方重新连接时按照后备序列顺序进行。

有益效果：本发明给出一种新的自适应卫星信道动态接入方法，通过该方法，卫星通信地球站采用频谱感知方法，自主的检测可用卫星信道，并根据中位数规则选择通信信道；在授权主用户出现后立即释放信道并根据预先定义的后备选择序列重新建立连接。由于本方法地球站使用认知的方法动态接入卫星信道，与传统的集中控制方法相比无需设置控制信道，地球站也无需配置控制信道，因此不仅提高了频谱利用率而且降低了信道终端的成本；另一方面，本方法无需网络控制中心站设备，因此降低了系统建设成本，而且在应急突发情况下提高了系统可用度。

附图说明

图1是地球站动态接入卫星信道流程图；

图2是地球站握手过程示意图；

图3地球站使用后备序列重连接过程示意图；

图4通信流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明。

参见图1－4，本发明提供的自适应卫星信道动态接入方法，该方法包括以下步骤:

1)卫星地球站在空闲状态采用谱相关算法检测可用卫星信道；

2)用户发起本次业务通信，并设置通信参数(业务类型、通信带宽等)；

3)主叫卫星地球站判断是否与对端卫星地球站已建立连接信道且信道带宽大于等于申请带宽，若是则转步骤6，否则转步骤3；

4)主叫卫星地球站对检测到的可用信道进行判断，若可用信道带宽小于用户申请通信带宽，则进行如下处理：

(a)判断本次业务是否对延时敏感，若为延时敏感类业务则提示用户通信失败，转步骤8；

(b)计算剩余带宽＝申请带宽-可用带宽，缓存业务数据至下一检测周期，转步骤6；

5)对检测到的信道按照信道号进行排序x₀,x₁,x₂...x_m,...x_n并确定排序后的中位数信道x_m；

6)在中位数信道上发送信标信号，并等待对端卫星地球站应答；

7)若收到对端卫星地球站应答，则双方进入通信，若没有收到应答，则在可用信道序列中去掉x_m，并转步骤5，若在最大延时内仍无法建立连接，则提示用户通信失败，转步骤8；

8)通信结束，通信双方卫星地球站释放卫星信道资源，回道空闲状态。

步骤1中的信道检测算法采用基于谱相关的频谱感知方法，具体计算如下：

(a)计算谱相关函数

$S_x^{\mathrm{\α}}\left(f\right)=\frac{1}{\mathrm{NT}}\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}X(n,f+\mathrm{\α}/2)X^{*}(n,f-\mathrm{\α}/2)$

其中，为信号的谱相关函数；α为循环频率；f为待检测信道；N个样本数据分成每组T个样本的数据块，n为采样次数；N为采样总数；T为每次样本数；X(n,f)为第n次采样的样本数的快速傅立叶变换；

(b)计算谱相关系数

$C_x^{\mathrm{\α}}\left(f\right)=\frac{S_x^{\mathrm{\α}}\left(f\right)}{{\left[S_x^0(f+\mathrm{\α}/2)S_x^0(f-\mathrm{\α}/2)\right]}^{1/2}}$

其中，为信号的谱相关系数；α为循环频率；f为待检测信道；为信号的谱相关函数；为α＝0时的谱相关函数；

(c)判断信道是否被占用：如果则信道未被占用，否则信道已被占用，这里η为预先定义的判决门限。记录下未被占用信道号。

在步骤7中，为避免干扰主用户通信，必须立即释放信道，重新进行信道接入。为此，在步骤7中当通信双方进入通信后，增加控制步骤如下：通信双方持续检测使用信道是否出现主用户。一旦主用户出现，通信双方应立即释放卫星信道并重新进行连接。

为了减小通信双方重新接入的延时，可以采用如下方法：在步骤7中当通信双方建立连接后，双方首先交互释放信道后重新连接的后备信道序列，如x₃,x₄,x₇...；一旦主用户出现，则双方重新连接时按照后备序列顺序进行。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (4)

1.一种自适应卫星信道动态接入方法，其特征是包括以下步骤:

步骤1：卫星地球站在空闲状态采用基于谱相关的频谱感知方法检测可用信道，并在检测到的可用信道上轮询接收信标信号；

步骤2：主叫卫星终端用户通过卫星地球站发起本次业务通信，并设置通信参数，通信参数包括业务类型、通信带宽；

步骤3：主叫卫星地球站判断是否与对端已经建立连接信道，若已建立连接信道则进入通信，通信结束后转步骤8；若未建立连接信道或建立的信道带宽小于等于申请带宽，转步骤4；

步骤4：卫星地球站对检测到的可用信道进行判断，若可用信道带宽小于用户申请通信带宽，则进行如下处理：

步骤41：判断本次业务是否对延时敏感，若为延时敏感类业务则提示用户通信失败，转步骤8；

步骤42：计算剩余带宽＝申请带宽-可用带宽，缓存业务数据至下一检测周期，转步骤6；

步骤5：对检测到的信道按照信道号进行排序x₀,x₁,x₂...x_m,...x_n；并确定排序后的中位数信道x_m；

步骤6：在中位数信道上发送信标信号，并等待对端卫星地球站应答；

步骤7：若收到对端卫星地球站应答，则双方进入通信，若没有收到应答，可认为中位数信道x_m不在对端检测信道范围内，则在可用信道序列中去掉x_m，并转步骤5，若在最大延时内仍无法建立连接，则提示用户通信失败，转步骤8；

步骤8：通信结束，通信双方卫星地球站释放卫星信道资源，回到空闲状态。

2.根据权利要求1所述的自适应卫星信道动态接入方法，其特征是步骤1中的信道检测算法采用基于谱相关的频谱感知方法如下：

步骤11：计算谱相关函数；

$S_x^{\mathrm{\α}}\left(f\right)=\frac{1}{\mathrm{NT}}\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}X(n,f+\mathrm{\α}/2)X^{*}(n,f-\mathrm{\α}/2)$

其中，为信号的谱相关函数；α为循环频率；f为待检测信道；N个样本数据分成每组T个样本的数据块，n为采样次数；N为采样总数；T为每次样本数；X(n,f)为第n次采样的样本数的快速傅立叶变换；

步骤12：计算谱相关系数；

$C_x^{\mathrm{\α}}\left(f\right)=\frac{S_x^{\mathrm{\α}}\left(f\right)}{[S_x^0(f+\mathrm{\α}/2)S_x^0(f-\mathrm{\α}/2){]}^{1/2}}$

其中，为信号的谱相关系数；α为循环频率；f为待检测信道；为信号的谱相关函数；为α＝0时的谱相关函数；

步骤13：判断信道是否被占用：如果则信道未被占用，否则信道已被占用，这里η为预先定义的判决门限；记录下未被占用信道号。

3.根据权利要求1所述的自适应卫星信道动态接入方法，其特征是在步骤7中，当通信双方进入通信后，增加控制步骤如下：通信双方持续检测使用信道是否出现主用户；一旦主用户出现，通信双方应立即释放卫星信道并重新进行连接。

4.根据权利要求1所述的自适应卫星信道动态接入方法，其特征是在步骤7中当通信双方建立连接后，双方首先交互释放信道后重新连接后备信道序列；一旦主用户出现，则双方重新连接时按照后备序列顺序进行。