CN108494469A - 一种用于数据收集系统载荷的下行链路的通信方法 - Google Patents

一种用于数据收集系统载荷的下行链路的通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于数据收集系统载荷的下行链路的通信方法，数据收集系统载荷运用在物联网星座系统中，在地面终端与所述卫星进行通信时，数据收集系统用于接收卫星通过下行链路传输的下行数据，与分散在各地的地面终端进行通信，该方法包括采用单个宽波束发射天线、提高地面终端接收天线的增益以及增大卫星发射的有效全向辐射功率。本发明涉及的用于数据收集系统载荷的下行链路的通信方法，不但能够保证通信质量，有效的提高了系统的通信容量，还可以合理选择频率资源，使各系统间的干扰影响减小或完全避免。

Description

一种用于数据收集系统载荷的下行链路的通信方法
技术领域
本发明涉及通信方法，具体是一种用于数据收集系统载荷的下行链路的 通信方法。
背景技术
近年来，物联网技术及应用进入了蓬勃发展的黄金时期，物联网星座作 为地面物联网的必要补充，可有效解决地面网络覆盖不到的海上、空中及偏 远区域的物联网络接入问题，具体而言，物联网星座系统基于卫星对地面全 球的数据大容量实时性的采集能力，能够实现各行业的短数据采集功能、大 数据分析应用、具备卫星商业搭载试验等功能。物联网星座系统后续将技术 平滑增强演变为宽带通信星座，实现全球宽带通信、基于系统的其他增值服 务。满足军队、政府、行业、个人用户对于航空、海事、林业、地震、水利、 环保、气象、海洋等应用方向的海量数据获取需求。国外较为典型的该类系 统有美国的Orbcomm和法国的Argos系统。
在上述通信系统中都具有数据收集系统(Data Colleting Platform System，下称”DCS”)，DCS在物联网星座系统中属于空间段部分，具备实时 数据采集回传的能力。DCS载荷是开展物联网星座应用的核心模块，其本质 上是一种天基短报文通信系统，用于接收分散于全球的各类终端上行数据， 存储并转发至地面数据中心，还可提供下行业务信息广播，进而实现对地面 终端管控。其中，DCS载荷所使用的工作频点为2400～2483.5MHz，属于ISM 频段，该频段是世界各国免授权的公用频段，各种通信设备都可以在此频段 上通信。目前，应用于该频段的主要无线通信系统和技术标准有： Wi-Fi/IEEE802.11、蓝牙/IEEE802.15.1、ZigBee/IEEE802.15.4、无线USB 和无绳电话等。其中，Wi-Fi系统同时使用三个互不重叠的分布式信道，每 个信道带宽为22MHz，采用直接序列扩频(DSSS)和跳频(FHSS)体制；蓝 牙系统将频段划分成79个1MHz的信道，采用跳频扩频(FHSS)体制，在79 个信道间每秒钟跳1600次；ZigBee采用DSSS的调制方式，将频段划分了16 个3MHz的信道，相邻信道间留有2MHz的间隔；无线USB的频段划分类似蓝 牙系统，但其采用DSSS体制，当信道的链路质量不理想时会动态地改变信道。 无绳电话多数采用FHSS，采用5-10MHz的信道带宽。数量众多的无线通信系 统在该ISM频段带宽有限(83.5MHz)的频谱上工作，导致下行通信链路的通 信质量较差，通信容量较小。
发明内容
有鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种用于数据收集系统 载荷的下行链路的通信方法。
为解决上述问题，本发明的技术方案如下：
本发明提供一种用于数据收集系统载荷的下行链路的通信方法，数据收 集系统载荷运用在物联网星座系统中，物联网星座系统包括卫星、数据收集 系统、地面终端以及地面数据中心，在地面终端与所述卫星进行通信时，数 据收集系统用于接收卫星通过下行链路传输的下行数据，与分散在各地的地 面终端进行通信，该方法包括采用单个宽波束发射天线、提高地面终端接收 天线的增益以及增大卫星发射的有效全向辐射功率。
作为优选，还包括采用频分多址-时分复用-扩展频谱模式的下行链路多 址方式。
作为优选，在频分多址模式中，下行工作频点的确定是依据地面终端对 地面环境的频谱分析结果而进行的统计，地面终端的频谱分析结果会在上行 数据中传输给卫星。
作为优选，在时分复用模式中，下行的广播时隙，采用多频点发送相同 的广播信息的方式播发。
作为优选，在扩展频谱模式中，下行的其他时隙，包括应答时隙和下传 时隙，采用多频点发送不同的数据内容，并采用扩频调制方式。
本发明涉及的用于数据收集系统载荷的下行链路的通信方法，不但能够 保证通信质量，有效的提高了系统的通信容量，还可以合理选择频率资源， 使各系统间的干扰影响减小或完全避免。
附图说明
图1是2.4G频段发射频谱掩模(DSSS、CCK方式)的示意图；
图2是2.4G频段发射频谱掩模(OFDM、DSSS-OFDM方式)的示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具 体实施方式对本发明作详细说明。
本发明运用在一种物联网星座系统中，该物联网星座系统包括卫星、数 据收集系统、地面终端以及地面数据中心等，在地面终端与卫星进行通信时， 数据收集系统用于接收卫星通过下行链路传输的下行数据，与分散在各地的 地面终端进行通信，其中，DCS载荷是开展物联网星座应用的核心模块，其 本质上是一种天基短报文通信系统，用于接收卫星发送的下行数据，提供下 行业务信息广播，具体地：
本发明提供一种用于数据收集系统载荷的下行链路的通信方法，这种方 法包括采用单个宽波束发射天线，其中，发射天线的发射功率为10w，其中， 表1给出了不同信息速率的下行链路预算表。
表1下行链路预算表
由上表1可知，卫星在发射功率为10w时，最大支持下行速率为4k，要 获得更高的信息速率，地面终端需提高接收天线的增益，或者增大卫星发射 的有效全向辐射功率(EIRP)。
这种方法还包括采用频分多址(FDMA)-时分复用(TDM)-扩展频谱(DSSS) 模式的下行链路多址方式，具体包括:
(1)在频分多址模式中，下行工作频点的确定是依据地面终端对地面环境 的频谱分析结果而进行的统计，地面终端的频谱分析结果会在上行数据中传 输给卫星；
(2)在时分复用模式中，下行的广播时隙，采用多频点发送相同的广播信 息的方式播发，用于提高地面终端的信号检测成功率；
(3)在扩展频谱模式中，下行的其他时隙，包括应答时隙和下传时隙，采 用多频点发送不同的数据内容，用于提升系统容量；采用扩频调制方式，提 高抗干扰和抗截获性能。
此外，考虑到由于在城市等环境下，地面众多的WLAN系统会对下行链路 的信号造成严重的干扰，即时不在同一载频上，也会抬高该频段内的噪底， 对接收造成一定的影响。根据无线WIFI行业标准白皮书，WIFI信号在ISM 频段中，将频率划分为5MHz间隔的13个子带，如下表2所示，
表2频带划分表
根据规定，WIFI的发送功率最大为20dBm，带外杂散抑制的要求如图1 和图2所示，其中，WIFI的信号带宽为22MHz，因此可以从频率划分中看 出，2400～2401MHz的带内只有旁边信号，对于该旁边信号，DSSS体制要求 低于主瓣30dB，OFDM体制要求低于主瓣20dB。
当WIFI发射功率为20dBm，且频点选择2412MHz时， 2400～2401MHz的带内干扰的功率大小，计算分析如下表3所示：
表3WIFI干扰功率计算表
带外的WIFI信号相当于宽带干扰影响下行信号，因此，在这种情况下， 需要调整下行信号的伪码速率和信息速率以及策略，保证下行链路的通信， 下行链路预算表如表4所示：
表4 WIFI干扰下的下行链路预算表
由上表4可知，当地面干扰严重时，可以选择2400～2401MHz的子带作 为下行频带，仍采用DSSS体制，伪码速率调整为511.5Kcps，信息速率调整 为500bps时，仍可以完成通信，并有一定的余量。
本发明涉及的下行链路通信体制如下表5所示：
表5下行链路通信体制
当然，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进 和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于数据收集系统载荷的下行链路的通信方法，所述数据收集系统载荷运用在物联网星座系统中，所述物联网星座系统包括卫星、数据收集系统、地面终端以及地面数据中心，在所述地面终端与所述卫星进行通信时，所述数据收集系统用于接收所述卫星通过下行链路传输的下行数据，与分散在各地的所述地面终端进行通信，该方法包括采用单个宽波束发射天线、提高所述地面终端接收天线的增益以及增大所述卫星发射的有效全向辐射功率。
2.根据权利要求1所述的用于数据收集系统载荷的下行链路的通信方法，其特征在于，还包括采用频分多址-时分复用-扩展频谱模式的下行链路多址方式。
3.根据权利要求2所述的用于数据收集系统载荷的下行链路的通信方法，其特征在于，在频分多址模式中，下行工作频点的确定是依据地面终端对地面环境的频谱分析结果而进行的统计，地面终端的频谱分析结果会在上行数据中传输给卫星。
4.根据权利要求2所述的用于数据收集系统载荷的下行链路的通信方法，其特征在于，在时分复用模式中，下行的广播时隙，采用多频点发送相同的广播信息的方式播发。
5.根据权利要求2所述的用于数据收集系统载荷的下行链路的通信方法，其特征在于，在扩展频谱模式中，下行的其他时隙，包括应答时隙和下传时隙，采用多频点发送不同的数据内容，并采用扩频调制方式，提高抗干扰和抗截获性能。
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