CN106301527B - 卫星通信方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了卫星通信方法及装置，该方法包括：用户设备通过下行帧接收卫星传输的下行信息，其中，该下行帧结构采用划分时隙的CDMA制式，采取时分或者码分的方式区分不同的用户设备。通过本发明至少解决现有技术中卫星通信使用的下行帧结构所导致的问题，改善了系统性能。

Description

卫星通信方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及卫星通信方法及装置。。

背景技术

卫星移动通信受地面设备和地理环境影响较小，在航空航天、远洋运输、防灾减灾、特种通信等方面应用广泛。卫星移动通信系统多采用不涉及数据协议处理的透明转发的形式在地-星-地间交换信息(如：globalstar、thuraya等)，少数系统具备星上数据处理和数据交换能力(如：铱星、orbcomm等)。具备星上处理的系统在时延、效率、适应性等方面对比透明转发系统存在着较大优势，但同时大幅提高了卫星通信系统的复杂度。一般具备星上协议处理能力的卫星通信系统在接入方式上多采用TDMA、FDMA、CDMA、SDMA等多址方式。铱星系统为TDMA、FDMA混合多址方式，orbcomm为TDMA方式。

常用的TDMA、FDMA及TDMA/FDMA混合多址形式抗干扰能力较差，落地功率谱密度较高。同时，以上多址方式一般需要较多的保护频带和保护时隙，造成频谱资源的浪费和效率的下降，并且较难适应当前需求较为急迫的高速数据业务。一般的卫星应用场景多为局部热点区域加大面积低密度用户需求的形式，而单纯的CDMA和FDMA等多址方式用户占用整个下行时段，无论当前容量大小下行信号在所有下行时间连续发射，造成射频发射通道及功率放大器等模块始终处于工作状态，不利于卫星平台功耗及热设计。

针对现有技术中卫星通信使用的下行帧结构所导致的问题，目前没有有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了卫星通信方法及装置，以至少解决现有技术中卫星通信使用的下行帧结构所导致的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种卫星通信方法，包括：用户设备通过下行帧接收卫星传输的下行信息，其中，所述下行帧结构采用划分时隙的CDMA制式，采取时分或者码分的方式区分不同的用户设备。

进一步地，所述用户设备通过所述下行帧接收所述下行信息包括：所述用户设备在所述下行帧中的时隙0接收以下至少之一：同步信道、广播信道、寻呼信道、随机接入响应信道、下行公共控制信道。

进一步地，所述用户设备通过所述下行帧接收所述下行信息包括：所述用户设备在所述下行帧中除所述时隙0之外的部分或者全部时隙接收业务数据。

进一步地，采取码分的方式区分不同的用户设备包括：信道码资源分为N组，其中一组为公共导频组，其余N-1组为业务数据组，相邻波束使用不同的信道码资源组，非相邻波束能够使用相同的信道码资源组。

进一步地，单波束占用一组信道码资源。

进一步地，所述用户设备通过所述下行帧接收所述下行信息包括：在用户容量低于阈值，所述用户设备配合所述下行帧中的时隙0和时隙1接收所述下行信息。

进一步地，在所述用户设备通过所述下行帧接收所述下行信息之前，所述方法还包括：所述卫星根据业务需求为所述用户设备分配下行资源，其中，分配所述下行资源包括：优先使用打开的时隙，在当前打开的时隙资源已经分配完毕或者无法满足用户需求的情况下为所述用户设备分配靠前的未开放时隙并配置射频部分在该时隙时期为打开状态。

进一步地，所述卫星根据业务需求为所述用户设备分配下行资源包括：所述卫星以预订时间间隔为周期或者以预订事件为触发对下行资源进行整理。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种卫星通信装置，位于用户设备中，包括：传输模块，用于通过下行帧接收卫星传输的下行信息，其中，所述下行帧结构采用划分时隙的CDMA制式，采取时分或者码分的方式区分不同的用户设备。

进一步地，所述传输模块，用于在所述下行帧中的时隙0接收以下至少之一：同步信道、广播信道、寻呼信道、随机接入响应信道、下行公共控制信道。

进一步地，所述传输模块用于在所述下行帧中除所述时隙0之外的部分或者全部时隙接收业务数据。

通过本发明，采用用户设备通过下行帧接收卫星传输的下行信息，其中，所述下行帧结构采用划分时隙的CDMA制式，采取时分或者码分的方式区分不同的用户设备。通过本发明至少解决现有技术中卫星通信使用的下行帧结构所导致的问题，改善了系统性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种帧结构图；

图2是根据本发明实施例的一种资源整理的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在本实施例中提供了一种卫星通信方法，包括：用户设备通过下行帧接收卫星传输的下行信息，其中，该下行帧结构采用划分时隙的CDMA制式，采取时分或者码分的方式区分不同的用户设备。

通过上述方法至少解决现有技术中卫星通信使用的下行帧结构所导致的问题，改善了系统性能。

在一个可选实施例中，该用户设备通过该下行帧接收该下行信息包括：该用户设备在该下行帧中的时隙0接收以下至少之一：同步信道、广播信道、寻呼信道、随机接入响应信道、下行公共控制信道。

在一个可选实施例中，该用户设备通过该下行帧接收该下行信息包括：该用户设备在该下行帧中除该时隙0之外的部分或者全部时隙接收业务数据。

在一个可选实施例中，采取码分的方式区分不同的用户设备包括：信道码资源分为N组，其中一组为公共导频组，其余N-1组为业务数据组，相邻波束使用不同的信道码资源组，非相邻波束能够使用相同的信道码资源组。

在一个可选实施例中，单波束占用一组信道码资源。

在一个可选实施例中，该用户设备通过该下行帧接收该下行信息包括：在用户容量低于阈值，该用户设备配合该下行帧中的时隙0和时隙1接收该下行信息。

在一个可选实施例中，在该用户设备通过该下行帧接收该下行信息之前，该方法还包括：该卫星根据业务需求为该用户设备分配下行资源，其中，分配该下行资源包括：优先使用打开的时隙，在当前打开的时隙资源已经分配完毕或者无法满足用户需求的情况下为该用户设备分配靠前的未开放时隙并配置射频部分在该时隙时期为打开状态。

在一个可选实施例中，该卫星根据业务需求为该用户设备分配下行资源包括：该卫星以预订时间间隔为周期或者以预订事件为触发对下行资源进行整理。

在本实施例中还提供了一种卫星通信装置，位于用户设备中，包括：传输模块，用于通过下行帧接收卫星传输的下行信息，其中，该下行帧结构采用划分时隙的CDMA制式，采取时分或者码分的方式区分不同的用户设备。

在一个可选实施例中，该传输模块，用于在该下行帧中的时隙0接收以下至少之一：同步信道、广播信道、寻呼信道、随机接入响应信道、下行公共控制信道。

在一个可选实施例中，该传输模块用于在该下行帧中除该时隙0之外的部分或者全部时隙接收业务数据。

下面结合图1和图2对优选实施例进行说明。图1是根据本发明实施例的一种帧结构图。图中时隙为共享时隙，发送同步信道、广播信道及其他下行公共控制信道，该时隙为常开状态。还有时隙为业务专有时隙，当有业务接入时根据业务需求开启部分或全部。图2是本发明实施例的一种资源整理的示意图。图中用户1的资源释放后，可以将用户4的资源从时隙3重配到时隙1，从而将时隙3释放并在该时隙时间段内关闭射频单元以降低功耗。

本优选实施例提供适用于卫星移动通信系统下行帧结构及其收发装置。该帧结构形式可以适应移动通信应用所需的高低业务速率，能够满足卫星应用可能涉及的频率资源受限、落地功率受限、与其他系统混合组网等问题，同时能够较好的降低系统功耗以满足卫星平台太阳能帆板、电池及散热等设计约束。

本优选实施例提供的卫星移动通信系统下行帧结构采用划分时隙的CDMA制式，用户间可以采取时分或码分的形式进行区分，结合了CDMA和TDMA的优点。CDMA信号码片速率可以根据系统可用带宽进行配置。TDMA时隙长度可以结合扩频增益、符号速率及最小业务需求等进行设定。

单用户以较低的功率谱密度发射信号，满足落地功率及抗干扰等要求。当系统容量较低时，可以降低发射时隙数，在下行无信号发射的时隙将射频通路及功率放大器等耗能部件关电以达到节省功耗的目的。

一般的，可以将下行所需的同步信道、广播信道、寻呼信道以及其他所必须的公共控制信道在首时隙进行发送。如无用户接入时，发射通路及功放只在首时隙加电。用户终端设备开机后，首先搜索下行同步信号。根据同步信号获得下行定时、粗频偏以及当前波束使用的各种扰码及信道码等分组序列号信息。之后，利用解扰后的首时隙的公共导频信号计算精细频偏和信道估计信息，并对广播信道进行解调以获得额外的小区相关信息。如此时终端无业务需求可以监听下行广播信道及寻呼信道，等待本地或远端业务的产生。如需要开展业务则终端进行上行接入并监听下行公共控制信道完成接入流程。卫星在用户完成接入流程后，根据用户业务需求，为其分配下行资源。分配的基本原则为在满足用户需求的前提下，尽量使用已经打开的时隙。如当前打开的时隙资源已经分配完或剩余资源无法支撑用户应用，在卫星电量及能耗允许的前提下，尽量为用户分配靠前的未开放时隙并配置射频部分在该时隙时期为打开状态。卫星将下行资源配置通过首时隙公共控制信道通知用户终端，终端获取相应下行资源后开始业务流程。卫星以一定时间间隔为周期或以某些事件为触发对下行资源进行整理。当靠前的已开放时隙的部分或全部资源获得释放后，应尽力将后面时隙的资源调整到靠前时隙以达到将后面整时隙全部资源释放并在该时隙关闭射频单元降低功耗的目的。

该方法可以根据不同应用场景。在满足同样用户业务带宽情况下，以少数时隙进行高功率发射或多个时隙进行低功率发射获得卫星功耗和落地功率的折中。

本优选实施例方案亦可满足在卫星应用中能够极大提升系统容量的SDMA工作方式。具体方法为单一波束用户只占用部分信道码资源。如信道码使用OVSF码时，单一波束占用1/4或1/8的码字资源，相邻覆盖波束使用不同OVSF码字资源，非相邻覆盖波束间进行OVSF码资源复用以达到SDMA效果。考虑下行多波束统一由单卫星进行发射，且一般认为大部分时间卫星通信信道条件较为理想，能够保证单星内部波束间系统内部多用户干扰问题影响较小。

下面结合几个实例进行说明。

实例1

一种移动通信卫星下行帧结构为帧长10ms，分为10个时隙。信道码选取OVSF码，最大扩频倍数64。码片速率3.84兆，每帧38400个码片，每个时隙3840个码片，对应每个时隙60个数据符号。采用(3,1,7)卷积编码，QPSK调制方式，单时隙可以提供4kbps物理层传输速率，可以满足常用的2.4kbps语音业务应用。

同步信道、广播信道、寻呼信道、随机接入响应信道及其他下行公共控制信道可以在时隙0发送。业务接入后，可以将后9个时隙部分或全部开放用来传输业务数据。

信道码资源分为8组，每组占用全部资源的1/8。固定一组为公共导频组，其余七组为业务数据组，单波束可以占用其中一组。相邻波束使用不同信道码组，非相邻可以使用相同码组，以达到频率复用的目的。

单用户使用(3,1,7)卷积码时，最大可以使用8倍扩频的OVSF码，占用9个时隙，形成3840/8*2/3*9＝2880比特的资源块，提供288kbps的物理层速率。如需进一步提升用户速率，可以采用低冗余的编码方式或采用16QAM等高阶调制方式。

当用户容量较低如单波束只需要不超过8路话音用户时，可以只打开时隙1，与时隙0配合使用。此时，射频部分功耗不超过峰值功耗的1/5。

实例2

用户1开机后，利用下行同步信号可以获得定时、粗频偏信息，同时获得下行扰码、OVSF码组等信息。根据帧定时、粗同步及扰码信息可以获得下行公共导频信号，并计算精确频偏将卫星和终端频偏控制在几十Hz内，时偏控制在1/4码片长度内。

完成时间和频率同步后，进行广播信道的解调，获得当前系统信息。

如此时用户无具体业务，将进入监听状态或与卫星约定进入睡眠状态，终端定时监听广播信道和寻呼信道。

如用户需要开展相应业务，则发起上行随机接入流程，并在下行首时隙监听下行公共控制信道完成接入。

卫星可将用户1分配在时隙1进行业务传输。如此时用户2进行接入并且时隙1仍有足够的空闲资源支持用户2业务，将用户2也分配在时隙1。如时隙1资源无法承载用户2数据，将时隙2打开，用户2资源分配在时隙2上。如用户3、4接入，同理分配用户资源。假设用户3资源分配在时隙1上，用户4分配在时隙3上。

当用户1资源释放后，卫星及时整理用户2、3、4的资源。用户4资源从时隙3整理到时隙1后卫星释放时隙3资源，并在时隙3时间段内关闭射频通路及功放等耗能单元达到节省功耗的目的。

在本优选实施例中，采用CDMA/TDMA混合接入方式，同时兼顾低功率谱密度、抗干扰能力及节能省电效果。下行所必需的同步信道、广播信道、寻呼信道及其他公共控制信道在首时隙发射，保证在无用户时后续时隙整条发射通路关闭，卫星发射功耗最低。当有用户接入时根据用户所需资源逐步打开后续时隙发送用户信号。卫星定期或依靠某事件触发整理下行资源。当前面已打开时隙的用户资源获得释放后，将后面时隙的用户资源尽量向前集中，释放后面时隙资源并关闭射频部分，达到降低功耗的目的。能够较好的适应卫星通信中重要的SDMA方式，以提升频率复用率及系统容量。能较好的适应各种射频带宽及业务带宽需求。

利用本优选实施例的开展卫星移动通信业务时，有以下有优点：

1、系统能够具备较好的抗干扰能力。能够以较低的落地信号功率谱密度完成通信业务，以满足不同的频率限制条件。

2、能够以最低的功耗维持待机状态。当用户开展业务时能够以理想的方式根据不同业务需求逐步开启发射时隙，达到较好的节省功耗的目的。

3、能够较好的适应SDMA工作方式。能够根据不同射频带宽及业务带宽灵活配置各项参数。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种卫星通信方法，其特征在于包括：

用户设备通过下行帧接收卫星传输的下行信息，其中，所述下行帧结构采用划分时隙的CDMA制式，采取时分或者码分的方式区分不同的用户设备；

所述用户设备在所述下行帧中的时隙0接收以下至少之一：同步信道、广播信道、寻呼信道、随机接入响应信道、下行公共控制信道；在所述下行帧中除所述时隙0之外在某个时段根据用户数或业务量开启部分时隙接收业务数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采取码分的方式区分不同的用户设备包括：

信道码资源分为N组，其中一组为公共导频组，其余N-1组为业务数据组，相邻波束使用不同的信道码资源组，非相邻波束能够使用相同的信道码资源组。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，单波束占用一组信道码资源。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户设备通过所述下行帧接收所述下行信息包括：

在用户容量低于阈值，所述用户设备配合所述下行帧中的时隙0和时隙1接收所述下行信息。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述用户设备通过所述下行帧接收所述下行信息之前，所述方法还包括：

所述卫星根据业务需求为所述用户设备分配下行资源，其中，分配所述下行资源包括：优先使用打开的时隙，在当前打开的时隙资源已经分配完毕或者无法满足用户需求的情况下为所述用户设备分配靠前的未开放时隙并配置射频部分在该时隙时期为打开状态。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述卫星根据业务需求为所述用户设备分配下行资源包括：

所述卫星以预订时间间隔为周期或者以预订事件为触发对下行资源进行整理。

7.一种卫星通信装置，其特征在于，位于用户设备中，包括：

传输模块，用于通过下行帧接收卫星传输的下行信息，其中，所述下行帧结构采用划分时隙的CDMA制式，采取时分或者码分的方式区分不同的用户设备；用于在所述下行帧中的时隙0接收以下至少之一：同步信道、广播信道、寻呼信道、随机接入响应信道、下行公共控制信道，在所述下行帧中除所述时隙0之外在某个时段根据用户数或业务量开启部分时隙接收业务数据。

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