CN108599889A - 一种天基信息搜集系统的组网方法及系统 - Google Patents

一种天基信息搜集系统的组网方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种天基信息搜集系统的组网方法及系统，所述方法基于频分多址和时分多址进行组网，并包括步骤：A、将频率分配给信道，实现频分多址；在信道上将时间分割成若干个用于发送报文的时帧，并将每个时帧分割成若干个时隙；B、在报文的数据段之前设置地址码，且每个时隙对应唯一的地址码；C、目标根据地址码对应的时隙依次发送报文，实现时分多址。由于采用频分多址+时分多址混合组网方式，简化自组网方式，采用目标根据地址码分配固定时隙自动发送，解决不同频度的多目标组网，实现了频率紧张情况下的大量用户入网。

Description

一种天基信息搜集系统的组网方法及系统
技术领域
本发明涉及时分多址技术领域，尤其涉及的是一种天基信息搜集系统的组网方法及系统。
背景技术
现有技术中，天基信息搜集系统是短报文卫星通信系统，通过卫星搜集陆地、海洋和空中各类目标的自报信息，从而实现全球范围内关键目标的有用信息，特别针对无人区或海洋上的气象、水文、海洋探测、环境监测、科学与管理数据等应用，通过卫星采集接收并转发给相应的使用和管理部门，可获取大量资料和数据。
因为天基信息搜集系统为全球性的系统，需要协调使用全世界通用的频率，故频率非常紧张，需要尽可能采用窄带通信机制，但天基系统覆盖的目标众多，报文多，且都需要通过卫星转发数据，容易导致数据传输效率较低。这给多址接入和组网提出了苛刻的要求。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种天基信息搜集系统的组网方法及系统，旨在解决现有技术中频率紧张情况下的大量用户入网且不能信号冲突的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种天基信息搜集系统的组网方法，其中，其基于频分多址和时分多址进行组网，并包括步骤：
A、将频率分配给信道，实现频分多址；在信道上将时间分割成若干个用于发送报文的时帧，并将每个时帧分割成若干个时隙；
B、在报文的数据段之前设置地址码，且每个时隙对应唯一的地址码；
C、目标根据地址码对应的时隙依次发送报文，实现时分多址。
所述的天基信息搜集系统的组网方法，其中，所述步骤A之前还包括步骤：
S、预先设置与目标一一对应的地址码。
所述的天基信息搜集系统的组网方法，其中，所述步骤A具体包括步骤：
A1、将频率分配给各个信道，实现频分多址；
A2、在信道上将将时间分割成互不重叠的第一时帧、第二时帧以及第三时帧，所述第一时帧用于发送高频短报文，所述第二时帧用于发送低频短报文，所述第三时帧用于发送中长报文；
A2、将所述第一时帧分割成若干个不重叠的第一时隙，将所述第二时帧分割成若干个不重叠的第二时隙，将所述第三时帧分割成若干个不重叠的第三时隙。
所述的天基信息搜集系统的组网方法，其中，所述第一时帧的时长为8秒，并分为75个第一时隙。
所述的天基信息搜集系统的组网方法，其中，所述第二时帧的时长为4分钟，并分为2250个第二时隙。
所述的天基信息搜集系统的组网方法，其中，所述第三时帧的时长为7分钟，并分为900个第三时隙。
所述的天基信息搜集系统的组网方法，其中，所述地址码可通过卫星的前向遥控功能进行重置。
所述的天基信息搜集系统的组网方法，其中，所述报文包括依次设置的上升沿、训练序列、起始标志、地址码、数据段、CRC校验码、结束标志、和缓冲区。
所述的天基信息搜集系统的组网方法，其中，所述缓冲区包括：依次设置的比特填充、地面台同步抖动、星载台同步抖动、传输时延差、空闲。
一种天基信息搜集系统的组网系统，其中，包括用于采集信息的目标及用于收集目标信息的卫星，所述目标与所述卫星采用如上述任意一项所述的天基信息搜集系统的组网方法进行组网。
有益效果：由于采用频分多址+时分多址混合组网方式，简化自组网方式，采用目标根据地址码分配固定时隙自动发送，解决不同频度的多目标组网，实现了频率紧张情况下的大量用户入网。
附图说明
图1是本发明中所述的天基信息搜集系统的组网方法较佳实施例的流程图。
图2是本发明中所述的天基信息搜集系统的组网方法较佳实施例的低频度短报文数据接收OTDMA多址接入帧结构图。
图3是本发明中所述的天基信息搜集系统的组网方法较佳实施例的高频度短报文数据接收OTDMA多址接入帧结构图。
图4是本发明中所述的天基信息搜集系统的组网方法较佳实施例的中长报文数据接收OTDMA多址接入帧结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
短报文占用时间少，长报文传输效率高，各有所长；根据本行业惯例，长于100字节的为中长报文。而发射频度与用户需求有关，如缓变信号可采用低频短报文；速变信号可采用高频短报文；根据本行业惯例，刷新周期在分钟级以上的为低频，刷新周期为秒级的为高频报文。中长报文占用时间较长，故一般应用在低频场合。因此，本发明中刷新周期为秒级，且报文长度小于100字节的为高频短报文；刷新周期为分钟级，且报文长度小于100字节的为低频短报文；刷新周期为分钟级，且报文长度大于100字节的为中长报文。
请同时参见图1-图4，图1是天基信息搜集系统的组网方法的较佳实施例的流程图。如图1所示，本发明实施例所述天基信息搜集系统的组网方法，其基于频分多址和时分多址进行组网。
最基本的多址体制有时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)、频分多址(Frequency Division Multiple Access，FDMA)和码分多址(Code Division MultipleAccess，CDMA)。组合多址体制有两种：FDMA+TDMA的通信体制和CDMA+TDMA的通信体制。参数对比如表1所示：
表1不同组网体制参数对比
比较项目 FDMA+TDMA CDMA+TDMA
带宽占用 窄 宽
用户容量(同等带宽条件) 大 小
抗干扰能力 没有 强
抗截获能力 弱 强
地面发射机复杂度 简单 略微复杂
地面接收系统复杂度 简单 略微复杂
系统同步体制 略微复杂 简单
综合考虑，天基信息搜集系统对应的目标数大，带宽需要尽可能窄，采用FDMA+TDMA体制比较适合。将频率分配给各个信道，先实现频分多址；再在不同信道上将时间分割成若干个时帧，再将时帧分割成多个时隙，再实现时分多址；两者结合能实现海量用户的入网。
所述天基信息搜集系统的组网方法包括：
步骤S100、预先设置与目标一一对应的地址码。
在目标投放之前，可以确定该目标的投放在哪个区域，例如华东地区的某目标，则将华东地区的地址码分配给该目标，地址码与该目标是一一对应的。当然还可以通过卫星的前向遥控功能对该目标的地址码进行重置。当该目标退役后，地址码会自动退出，天基信息搜集系统根据目标的数据信息分析重新分配地址码。
步骤S200、将频率分配给信道，实现频分多址；在信道上将时间分割成若干个用于发送报文的时帧，并将每个时帧分割成若干个时隙。
具体的，步骤S200包括步骤：
S210、将频率分配给信道，实现频分多址；
具体地，这里的信道通常为多个，从而实现频分多址。
S220、在信道上将时间分割成互不重叠的第一时帧、第二时帧以及第三时帧，所述第一时帧用于发送高频短报文，所述第二时帧用于发送低频短报文，所述第三时帧用于发送中长报文。
具体地，在每个信道上将时间分割成互不重叠的第一时帧、第二时帧以及第三时帧，所述第一时帧可以是一个或多个，所述第二时帧、所述第三时帧与所述第一时帧一样，可以是一个或多个，不论是一个或多个，所述第一时帧、所述第二时帧以及第三时帧均不重叠。
S230、将所述第一时帧分割成若干个不重叠的第一时隙，将所述第二时帧分割成若干个不重叠的第二时隙，将所述第三时帧分割成若干个不重叠的第三时隙。
步骤S300、在报文的数据段之前设置地址码，且每个时隙对应唯一的地址码。
具体地，时分多址(TDMA)把时间分割成互不重叠的时段(帧)，再将帧分割成互不重叠的时隙，时隙与用户具有一一对应关系，依据时隙区分来自不同地址的用户信号，从而完成无冲突的多址连接。在TDMA技术中，时隙时间被分为固定长度的时间间隔。一帧包括一组时隙，所有数据链上的电台都易于接收和传送信息。信息报告在数据链上根据传输情况占一个或更多的时隙。设定每帧划分为若干个时隙，每个时隙可发送一条报文。
本发明采用固定组织时分多址(Organized Time Division Multiple Access，OTDMA)方式入网，根据目标地址码分配固定时隙自动发送，每个时隙对应有唯一的地址码，地址码不同则发送报文的时隙不同，避免对卫星对地大范围覆盖时多用户之间的时隙冲突。OTDMA与SOTDMA(Self-Organized Time Division Multiple Access，自组织时分多址)方式不同，在船舶自动识别系统中采用SOTDMA技术，每条船舶会通过询问(自动)选择一个与他船不发生冲突的时间段和对应的时间段来发布本船信息，其使用于相隔距离不远小区域内的船舶的信息发送，并不适用于卫星与目标这种长距离大范围的报文发送，这是因为多个区域之间由于距离较远，不同区域的目标在发送报文时会产生时隙冲突。
当然，该目标退役后，地址码和时隙自动让出，系统可根据接收目标的数据信息分析重新分配地址码。采用OTDMA的入网方式，可简化星地组网机制，避免了复杂的星地握手、分配时隙和信道等复杂程序。如表2所示，所述报文包括依次设置的上升沿、训练序列、起始标志、地址码、数据段、CRC校验码、结束标志、和缓冲区；短报文和中长报文分别设置有对应的数据段。
请同时参见图2和图3，短报文信息报文共256bit＝32字节，其中地址码+数据段160bit，可以满足常规短报文信息(仅报告自身ID、位置、工况等)的传输要求。
表2短报文信息报文格式
对于大部分目标，其数据量不是很大，实时性要求不是很高，但目标数量大，故设计低频度短报文接收体制。
例如，以4分钟作为第二时帧的一帧的时长，共分为2250个第二时隙，每个第二时隙106.67ms，码速率2400bps，第二时隙报文bit位为256个，采用短报文格式。这类业务系统容量大，单频点在局部海域(单卫星覆盖范围内，对地覆盖直径大于2000km)提供不少于2200个目标同时接入；如果4个频点，则可实现8800个目标的无冲突信息搜集。此信道的时分多址方式可实现4分钟级的短报文报告，刷新频段中等，但单信道容纳用户数量较多。
对于某些实时性要求比较高的目标或应用场景，4分钟的刷新周期较长，本方案针对此类需求专门设计了高频度短报文数据接收业务，可提供8秒级的刷新。同样采用TDMA方式，以8秒时间作为第一时帧的一帧的时长，共分为75个第一时隙，每个第一时隙106.67ms，码速率2400bps，第一时隙报文bit位为256个。虽然单频点容量只有75个，但可通过扩展频点提高该业务系统容量。此信道的时分多址方式可实现8秒级的短报文报告，刷新频度高，可应用于实时性要求高的场合。
如表3所示，对于部分目标，其单条报文的数据量较长，采用短报文连发模式效率较低(打包开销过大)，可以采样中长报文格式。考虑7分钟作为第三时帧的一帧的时长，共分为900个第三时隙，每个第三时隙466.67ms，码速率2400bps，第三时隙报文bit位为1120(140字节)。请参见图4，如采用140字节长，去除96bit＝12字节(包括上升沿、训练序列、起始标志、CRC校验码、结束标志、和缓冲区)的打包开销，可以单条传输128字节，传输效率超过91％。如果报文长度需要更长，可采用多条长报文连发的方式，传输效率不变。当然也可以增加中长报文的数据段的长度，但是这会大大提高对天际信息搜集系统的要求，对传输不利，且传输效率提高并不明显；而中长报文采用小于1004bit的数据段时，其传输效率不高，低于91％。此信道的时分多址方式可实现7分钟级的长报文报告。
表3中长报文信息报文格式
如表4所示，所述缓冲区包括：依次设置的比特填充、地面台同步抖动、星载台同步抖动、传输时延差、空闲。进一步地，所述传输时延差的bit位为23个。考虑最大约2500km的距离差，最大时延8.3ms，约22bit空格。
表4缓冲区结构
比特填充 地面台同步抖动 星载台同步抖动 传输时延差 空闲
4bit 3bit 1bit 23bit 1bit
步骤S400、目标根据地址码对应的时隙依次发送报文。
由于各报文中设置有地址码，在进行报文发送时，各报文按照地址码分配的时隙依次发送报文，各目标之间就不会产生冲突。又由于根据频度和报文长度设计不同的报文格式，极大地提高了数据传输效率。
本发明还提供了一种天基信息搜集系统的组网系统，包括用于采集信息的目标及用于收集目标信息的卫星，所述目标与所述卫星采用上述任意一项所述的天基信息搜集系统的组网方法进行组网，具体如上所述。
综上所述，本发明提供了一种天基信息搜集系统的组网方法及系统，所述方法基于FDMA和OTDMA进行组网，并包括步骤：A、将频率分配给信道，实现频分多址；在信道上将时间分割成若干个用于发送报文的时帧，并将每个时帧分割成若干个时隙；B、在报文的数据段之前设置地址码；C、目标根据地址码对应的时隙依次发送报文，实现时分多址。由于FDMA+TDMA混合组网方式，简化自组网方式，采用目标根据地址码分配固定时隙自动发送，解决不同频度的多目标组网，实现了频率紧张情况下的大量用户入网。通过设计不同的TDMA帧结构，实现不同频度的组网；通过设计不同长度的报文格式，保证数据传输效率较高，。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种天基信息搜集系统的组网方法，其特征在于，其基于频分多址和时分多址进行组网，并包括步骤：
A、将频率分配给信道，实现频分多址；在信道上将时间分割成若干个用于发送报文的时帧，并将每个时帧分割成若干个时隙；
B、在报文的数据段之前设置地址码，且每个时隙对应唯一的地址码；
C、目标根据地址码对应的时隙依次发送报文，实现时分多址。
2.根据权利要求1所述的天基信息搜集系统的组网方法，其特征在于，所述步骤A之前还包括步骤：
S、预先设置与目标一一对应的地址码。
3.根据权利要求2所述的天基信息搜集系统的组网方法，其特征在于，所述步骤A具体包括步骤：
A1、将频率分配给信道，实现频分多址；
A2、在信道上将时间分割成互不重叠的第一时帧、第二时帧以及第三时帧，所述第一时帧用于发送高频短报文，所述第二时帧用于发送低频短报文，所述第三时帧用于发送中长报文；
A3、将所述第一时帧分割成若干个不重叠的第一时隙，将所述第二时帧分割成若干个不重叠的第二时隙，将所述第三时帧分割成若干个不重叠的第三时隙。
4.根据权利要求3所述的天基信息搜集系统的组网方法，其特征在于，所述第一时帧的时长为8秒，并分为75个第一时隙。
5.根据权利要求3所述的天基信息搜集系统的组网方法，其特征在于，所述第二时帧的时长为4分钟，并分为2250个第二时隙。
6.根据权利要求3所述的天基信息搜集系统的组网方法，其特征在于，所述第三时帧的时长为7分钟，并分为900个第三时隙。
7.根据权利要求2所述的天基信息搜集系统的组网方法，其特征在于，所述地址码可通过卫星的前向遥控功能进行重置。
8.根据权利要求2所述的天基信息搜集系统的组网方法，其特征在于，所述报文包括依次设置的上升沿、训练序列、起始标志、地址码、数据段、CRC校验码、结束标志、和缓冲区。
9.根据权利要求2所述的天基信息搜集系统的组网方法，其特征在于，所述缓冲区包括：依次设置的比特填充、地面台同步抖动、星载台同步抖动、传输时延差、空闲。
10.一种天基信息搜集系统的组网系统，其特征在于，包括用于采集信息的目标及用于收集目标信息的卫星，所述目标与所述卫星采用如权利要求1～9任意一项所述的天基信息搜集系统的组网方法进行组网。
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