CN107749773B - 一种卫星通信系统及其通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种卫星通信系统及其通信方法，空间段系统，用于接收地面段系统通信信息，发送给位于北极/赤道地区终端用户；或接收北极/赤道地区终端用户通信信息，发送给地面段系统；地面段系统，用于接收普通用户发往北极/赤道地区终端用户的通信信息，进行处理转发到空间段系统；或接收空间段系统通信信息转发给普通用户。北极/赤道地区终端用户为：位于北极/赤道地区的可以和空间段系统直接通信的用户；普通用户为：通过地面段系统与空间段系统通信的用户。本发明有效覆盖北极和赤道，且对以上区域实现多重覆盖，使得卫星转发减少，减小时延。

Description

一种卫星通信系统及其通信方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种卫星通信系统及其通信方法。
背景技术
全球能源互联网是以特高压电网为骨干网架(通道)，以输送清洁能源为主导，全球互联泛在的坚强智能电网。全球能源互联网由跨国、跨洲骨干网架和各国各电压等级电网(输电网、配电网)构成，连接“一极一道”(北极、赤道)大型能源基地，适应各种集中式、分布式电源，能够将风能、太阳能、海洋能等可再生能源输送到各类用户。
由于全球能源互联天地协同通信网络体系要求覆盖全球，在高纬地区极端气候环境条件下，对站内通信及卫星通信技术提出了严峻的考验，极地的复杂环境对地面站、通信终端的通信可靠性是一大挑战。赤道地区的能源传输体系也与极地类似，只是地理位置相对容易安装卫星地面站以及通过光纤方式接入临近城市的通信公网。由上可见，全球能源互联天地协同通信网络是一个结构庞大的复杂系统，尤其在该系统部署地区包含“一极一道”(即北极和赤道)复杂环境的情况下，为保证该系统的可用可信，因此需要研究针对“一极一道”的复杂环境，建立“一极一道”地区的卫星通信网络。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种卫星通信系统及其通信方法，可有效覆盖北极和赤道，并且可以对以上区域实现多重覆盖，使得卫星转发减少，减小时延，从而实现北极、赤道地区和国域的实时数据传输。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种卫星通信系统，其改进之处在于，包括：
空间段系统，用于接收地面段系统通信信息，发送给位于北极/赤道地区终端用户；或接收北极/赤道地区终端用户通信信息，发送给地面段系统；
地面段系统，用于接收普通用户发往北极/赤道地区终端用户的通信信息，进行处理转发到空间段系统；或接收空间段系统通信信息转发给普通用户；
所述北极/赤道地区终端用户为：位于北极/赤道地区的可以和空间段系统直接通信的手持终端用户；所述普通用户为：通过地面段系统与空间段系统通信的用户。
进一步地，所述空间段系统包括分集协同传输模块，用于通过星地链路或星间链路将通信信息分集协同后传输至地面段系统。
进一步地，所述通过星地链路或星间链路将通信信息分集协同后传输至地面段系统指的是：空间段系统对北极/赤道地区终端用户发送的通信信息通过空间段系统分集协同后再通过星地链路发送至地面段系统；
所述通过星间链路将分集协同后传输至地面段系统指的是：空间段系统接收到地面段系统发送的通信信息后通过星间链路在空间段系统内部转发。
进一步地，所述空间段系统还包括GEO卫星和倾斜轨道卫星，所述GEO卫星和倾斜轨道卫星用于接收北极/赤道地区终端用户发送的通信信息，并建立星地链路和星间链路通过分集协同模块向地面段系统、北极/赤道的用户段系统传输通信信息。
进一步地，所述通过星间链路在空间段系统内部转发指的是空间段系统卫星之间传输通信信息。
进一步地，所述GEO卫星位于轨道高度为35786km的地球同步轨道内，其轨道倾角均为0°；
所述倾斜轨道卫星位于轨道高度为964-39396km的地球倾斜椭圆轨道，一共8颗卫星平均分布在两个平面上，每个平面4颗卫星，其轨道倾角均为62.8°。
进一步地，所述分集协同模块还包括优先级子模块，用于根据通信信息的优先级，对所述传输到空间段系统的通信信息进行分集协同后传输到地面段系统。
进一步地，所述地面段系统包括路由器、网关和加密机，所述网关和加密机均通过光纤网络与路由器连接，所述地面段系统将接收的空间段系统卫星传输的通信信息依次通过加密机、网关和路由器通过有线方式或无线方式传输给普通用户。
本发明还提供一种卫星通信系统的通信方法，其改进之处在于：
当普通用户向北极/赤道地区终端用户发送通信信息时：
地面段系统接收普通用户发往北极/赤道地区终端用户的通信信息，进行处理转发到空间段系统；空间段系统将所述通讯信息发送到北极/赤道地区终端用户；
当北极/赤道地区终端用户向普通用户发送通信信息时：
向空间段系统发送通信信息；空间段系统接收到北极/赤道地区终端用户发送的通信信息后，转发到地面段系统；地面段系统接收空间段系统通信信息转发给普通用户。
进一步地：所述空间段系统接收到北极/赤道地区终端用户发送的通信信息后，转发到地面段系统，包括：通过星地链路或星间链路将通信信息分集协同后传输至地面段系统。
进一步地：所述通过星地链路将分集协同后传输至地面段系统，包括：
空间段系统对北极/赤道地区终端用户发送的通信信息通过空间段系统分集协同后再通过星地链路发送至地面段系统；
所述通过星间链路将分集协同后传输至地面段系统，包括：
空间段系统接收到地面段系统发送的通信信息后通过星间链路在空间段系统内部转发。
进一步地，所述通过星间链路在空间段系统内部转发指的是空间段系统卫星之间传输通信信息。
进一步地，所述空间段系统卫星之间传输通信信息，包括：所述北极/赤道地区终端用户将通信信息发送给所有可见的空间段系统卫星，找出距离与北极/赤道地区终端用户最近的卫星，或是找出覆盖北极/赤道地区终端用户卫星中最近的卫星，由最近的卫星传送通信信息。
进一步地：还包括按照根据业务的优先级，对所述传输到空间段系统的通信信息进行分集协同后传输到地面段系统。
进一步地：所述星地链路包括：空间段系统的覆盖北极/赤道地区的所有空间段系统GEO卫星与地面段系统之间的通信链路以及和倾斜轨道卫星与地面段系统之间的通信链路。
进一步地：所述星间链路包括：空间段系统中GEO卫星和倾斜轨道卫星之间建立的通信链路。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的有益效果是：
本发明当普通用户向北极/赤道地区终端用户发送通信信息时：地面段系统接收普通用户发往北极/赤道地区终端用户的通信信息，进行处理转发到空间段系统；空间段系统将所述通讯信息发送到北极/赤道地区终端用户；当北极/赤道地区终端用户向普通用户发送通信信息时：向空间段系统发送通信信息；空间段系统接收到北极/赤道地区终端用户发送的通信信息后，转发到地面段系统；地面段系统接收空间段系统通信信息转发给普通用户。
本发明根据用户的不同实现不同的传输通信信息方式，北极/赤道地区终端用户被所述覆盖北极/赤道地区的卫星多重覆盖，有效覆盖北极和赤道，并且可以对以上区域实现多重覆盖，使得卫星转发减少，减小时延，从而实现北极、赤道地区和我国的实时数据传输。
本发明方法在综合考虑系统性能和成本的前提下，采用了分集协同、业务优先级路由和存储转发的方式，与采用传统的位于地球同步轨道的跟踪与数据中继系统相比，大大降低了系统端到端时延，有效保证了分离模块化卫星通信系统对实时数据业务的支持。
本发明的卫星通信系统适应各种集中式、分布式电源，能够将风能、太阳能、海洋能等可再生能源输送到各类用户，要保证能源互联网的大服务范围、强配置能力、安全可靠、绿色低碳的全球能源配置，并且本发明的卫星通信系统具有覆盖跨度大、传输距离长、通信时延短的特点。
附图说明
图1是本发明提供的一种卫星通信系统的简易结构图；
图2是本发明提供的本发明一种卫星通信系统原理示意图；
图3是本发明系统中基于覆盖北极和赤道的卫星通信系统的星座结构示意图；
图4是本发明系统中北极或赤道用户与中国地区用户进行卫星通信流程示意图；
图5是本发明系统中北极或赤道用户与中国地区用户进行时卫星数据传输机制示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
实施例一、
本发明针对现有卫星通信系统中，实时数据传输采用位于地球同步轨道的跟踪与数据中继卫星通信系统所带来的端到端时延过大的问题，提出了一种卫星通信系统的通信方法。
本发明提供一种卫星通信系统的通信方法，包括：
S11、当普通用户向北极/赤道地区终端用户发送通信信息时：
地面段系统接收普通用户发往北极/赤道地区终端用户的通信信息，进行处理转发到空间段系统；空间段系统将所述通讯信息发送到北极/赤道地区终端用户；
S12、当北极/赤道地区终端用户向普通用户发送通信信息时：
向空间段系统发送通信信息；空间段系统接收到北极/赤道地区终端用户发送的通信信息后，转发到地面段系统；地面段系统接收空间段系统通信信息转发给普通用户。
所述空间段系统接收到北极/赤道地区终端用户发送的通信信息后，转发到地面段系统，包括：通过星地链路或星间链路将通信信息分集协同后传输至地面段系统。所述分集协同传输，包括：
所述通过星地链路将分集协同后传输至地面段系统，包括：空间段系统对北极/赤道地区终端用户发送的通信信息通过空间段系统分集协同后再通过星地链路发送至地面段系统；
所述通过星间链路将分集协同后传输至地面段系统，包括：空间段系统接收到地面段系统发送的通信信息后通过星间链路在空间段系统内部转发。
所述通过星间链路在空间段系统内部转发指的是空间段系统卫星之间传输通信信息，即所述北极/赤道地区终端用户将通信信息发送给所有可见的空间段系统卫星，找出距离与北极/赤道地区终端用户最近的卫星，由最近的卫星传送通信信息；这个过程叫分集协同传输。分集协同传输由空间段系统实现。
所述星地链路包括：空间段系统的覆盖北极/赤道地区的所有空间段系统GEO卫星与地面段系统之间的通信链路以及和倾斜轨道卫星与地面段系统之间的通信链路。所述星间链路包括：空间段系统中GEO卫星和倾斜轨道卫星之间建立的通信链路。
还包括按照根据业务的优先级，对所述传输到空间段系统的通信信息进行分集协同后传输到地面段系统。所述业务的优先级包括：按照通讯地域的范围设定阈值，所述阈值内的通讯优先级大于所述阈值外的通讯。所述阈值为国家范围，国家业务的优先级大于国域业务的优先级。
如图1和2所示，显示了基于覆盖北极和赤道的卫星通信系统简易结构示意图和原理示意图。该系统包括：
空间段系统，用于接收地面段系统通信信息，发送给位于北极/赤道地区终端用户；或接收北极/赤道地区终端用户通信信息，发送给地面段系统；
地面段系统，用于接收普通用户发往北极/赤道地区终端用户的通信信息，进行处理转发到空间段系统；或接收空间段系统通信信息转发给普通用户。
所述北极/赤道地区终端用户为：位于北极/赤道地区的可以和空间段系统直接通讯的手持终端用户。所述普通用户为：通过地面段系统与空间段系统通信的用户。
所述空间段系统包括分集协同传输模块，用于通过星地链路或星间链路将通信信息分集协同后传输至地面段系统。
所述星地链路用于：空间段系统对北极/赤道地区终端用户发送的通信信息通过空间段系统分集协同后发送至地面段系统；所述星间链路用于空间段系统接收到地面段系统发送的通信信息后在空间段系统内部转发。
在空间段系统内部转发指的是空间段卫星之间传输通信信息，包括：所述北极/赤道地区终端用户将通信信息发送给所有可见的空间段系统卫星，找出距离与北极/赤道地区终端用户最近的卫星，由最近的卫星传送通信信息；
所述普通用户将通信信息发送给所有可见的空间段系统卫星，先将通信信息发送至地面段系统，地面段系统接收普通用户发往北极/赤道地区终端用户的通信信息，进行处理转发到空间段系统。
所述分集协同模块还包括优先级子模块，用于根据通信信息的优先级，对所述传输到空间段系统的通信信息进行分集协同后传输到地面段系统。
如图3所示，显示了基于覆盖北极和赤道的卫星通信系统星座示意图。其星座结构包括：
GEO卫星和倾斜轨道卫星，所述GEO卫星和倾斜轨道卫星用于接收用户段系统发送的通信信息，并建立星地链路和星间链路通过分集协同模块向地面段系统、北极/赤道的用户段系统传输通信信息。
所述地面段系统包括路由器、网关和加密机，所述网关和加密机均通过光纤网络与路由器连接，所述地面段系统将接收的空间段系统卫星传输的通信信息依次通过加密机、网关和路由器通过有线方式或无线方式传输给普通用户。
实施例二、
如图4所示，显示了本发明系统中北极或赤道终端用户与中国地区用户进行卫星通信流程示意图。北极或赤道终端用户给所有覆盖其的卫星发送信息，进行分集协同传输；卫星建立星间链路，根据业务的优先级，通过存储转发将数据传送到国内地面站；地面站对收到的数据进行进一步分析处理，然后发送给普通用户。
分集协同传输为：所述北极/赤道地区终端用户将通信信息发送给所有可见的空间段系统卫星，找出距离与北极/赤道地区终端用户最近的卫星，由最近的卫星传送通信信息；
通用户将通信信息发送给所有可见的空间段系统卫星，先将通信信息发送至地面段系统，地面段系统接收普通用户发往北极/赤道地区终端用户的通信信息，进行处理转发到空间段系统。
北极/赤道地区终端用户为：位于北极/赤道地区的可以和空间段系统直接通讯的手持终端用户。普通用户为：通过地面段系统与空间段系统通信的用户。
如图5所示，显示了本发明系统中北极或赤道用户与中国地区用户进行时卫星数据传输机制示意图。现结合图5，进行说明。具体如下：
步骤1：首先获取卫星的位置信息；
步骤2，将用户要发送的信息发送给所有能覆盖其的卫星，进行分集协同传输；
步骤3，判断这些接收数据包的卫星中是否有能覆盖另一用户的卫星：
若有，则进行步骤6；
若没有，则进行步骤4；
步骤4，将数据包放入队列中；
步骤5：判断该数据包的优先级是否高于队列中其他包：
若是，则进行存储等待，进行步骤4；
若不是，则进行步骤6；
步骤6，将数据包转发到另一卫星；
步骤7，由于该系统的多重覆盖性，数据至多转发一次即可到达，所以将数据包发出；
步骤8，通信结束。
本发明基于卫星通信相关理论及原理，提出了一种北极和赤道的卫星通信系统及其通信方法，该方法在综合考虑系统性能和成本的前提下，采用了分集协同、业务优先级路由和存储转发的方式，与采用传统的位于地球同步轨道的跟踪与数据中继系统相比，大大降低了系统端到端时延，有效保证了分离模块化卫星通信系统对实时数据业务的支持。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种卫星通信系统，其特征在于，包括：
空间段系统，用于接收地面段系统通信信息，发送给位于北极/赤道地区终端用户；或接收北极/赤道地区终端用户通信信息，发送给地面段系统；
地面段系统，用于接收普通用户发往北极/赤道地区终端用户的通信信息，进行处理转发到空间段系统；或接收空间段系统通信信息转发给普通用户；
所述北极/赤道地区终端用户为：位于北极/赤道地区的可以和空间段系统直接通信的用户；所述普通用户为：通过地面段系统与空间段系统通信的用户；
所述空间段系统包括分集协同传输模块，用于通过星地链路或星间链路将通信信息分集协同后传输至地面段系统；
所述通过星地链路或星间链路将通信信息分集协同后传输至地面段系统包括：空间段系统对北极/赤道地区终端用户发送的通信信息通过空间段系统分集协同后再通过星地链路发送至地面段系统；
所述通过星间链路将分集协同后传输至地面段系统包括：空间段系统接收到地面段系统发送的通信信息后通过星间链路在空间段系统内部转发；
所述空间段系统还包括GEO卫星和倾斜轨道卫星，所述GEO卫星和倾斜轨道卫星用于接收北极/赤道地区终端用户发送的通信信息，并建立星地链路和星间链路通过分集协同模块向地面段系统、北极/赤道的用户段系统传输通信信息；
所述通过星间链路在空间段系统内部转发包括空间段系统卫星之间传输通信信息；
所述空间段系统卫星之间传输通信信息，包括：所述北极/赤道地区终端用户将通信信息发送给所有可见的空间段系统卫星，找出距离与北极/赤道地区终端用户最近的卫星，或是找出覆盖北极/赤道地区终端用户卫星中最近的卫星，由最近的卫星传送通信信息；
所述地面段系统包括路由器、网关和加密机，所述网关和加密机均通过光纤网络与路由器连接，所述地面段系统将接收的空间段系统卫星传输的通信信息依次通过加密机、网关和路由器通过有线方式或无线方式传输给普通用户；
当普通用户向北极/赤道地区终端用户发送通信信息时：
地面段系统接收普通用户发往北极/赤道地区终端用户的通信信息，进行处理转发到空间段系统；空间段系统将所述通信信息发送到北极/赤道地区终端用户；
当北极/赤道地区终端用户向普通用户发送通信信息时：
向空间段系统发送通信信息；空间段系统接收到北极/赤道地区终端用户发送的通信信息后，转发到地面段系统；地面段系统接收空间段系统通信信息转发给普通用户；
所述空间段系统接收到北极/赤道地区终端用户发送的通信信息后，转发到地面段系统，包括：通过星地链路或星间链路将通信信息分集协同后传输至地面段系统；
所述通过星地链路将分集协同后传输至地面段系统，包括：
空间段系统对北极/赤道地区终端用户发送的通信信息通过空间段系统分集协同后再通过星地链路发送至地面段系统；
所述通过星间链路将分集协同后传输至地面段系统，包括：
空间段系统接收到地面段系统发送的通信信息后通过星间链路在空间段系统内部转发。
2.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述GEO卫星位于轨道高度为35786km的地球同步轨道内，其轨道倾角均为0°；
所述倾斜轨道卫星位于轨道高度为964-39396km的地球倾斜椭圆轨道，一共8颗卫星平均分布在两个平面上，每个平面4颗卫星，其轨道倾角均为62.8°。
3.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述分集协同模块还包括优先级子模块，用于根据通信信息的优先级，对所述传输到空间段系统的通信信息进行分集协同后传输到地 面段系统。
4.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述通过星间链路在空间段系统内部转发包括空间段系统卫星之间传输通信信息。
5.如权利要求4所述的通信系统，其特征在于，所述空间段系统卫星之间传输通信信息，包括：所述北极/赤道地区终端用户将通信信息发送给所有可见的空间段系统卫星，找出距离与北极/赤道地区终端用户最近的卫星，或是找出覆盖北极/赤道地区终端用户卫星中最近的卫星，由最近的卫星传送通信信息。
6.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于：还包括按照根据业务的优先级，对所述传输到空间段系统的通信信息进行分集协同后传输到地面段系统。
7.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于：所述星地链路包括：空间段系统的覆盖北极/赤道地区的所有空间段系统GEO卫星与地面段系统之间的通信链路以及和倾斜轨道卫星与地面段系统之间的通信链路。
8.如权利要求1所述的通信系统，其特征在于：所述星间链路包括：空间段系统中GEO卫星和倾斜轨道卫星之间建立的通信链路。
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