CN108833064B - 全双工vde-sat系统配置方案 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全双工VDE‑SAT系统配置方案，首先把卫星广播的公告牌信令信道中未使用的9个字节中释放一个比特，作为全双工标识符。全双工模式下，公告牌信令信道(BBSC)对N个物理信道组的资源配置方式为：在上行频段，从每个帧的第一个可用的最小传输单元开始重复上行物理信道组(PCGS)的资源配置直到1个帧结束；在分配的下行频段，从每个下行帧可用的第一个slot开始重复下行PCGs资源配置直到当前帧结束。

Description

全双工VDE-SAT系统配置方案
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及一种全双工VDE-SAT系统配置方案。
背景技术
船舶自动识别系统(AIS)是工作在甚高频频段，主要应用在船舶避免碰撞、港口管理、船只之间或和口岸交换信息、导航信息。随着AIS用户的不断增加，需求的多元化，越来越多的船对岸，船到船之间需要更大的数据交换。包括环境信息：气象、冰清、水文、助航、海图、航行管制、船舶交通管理系统、领航、优化港口进港运作、货物类型指示、航行风险警告、远程船舶维护、搜救救助作业、船舶数据报告等更为广泛的信息。AIS将不能满足未来数据交换的需求，VDES作为下一代AIS技术应运而生。其设计的目的是在实现全球范围内海事VHF移动波段上提供更高，更强的数据交换能力。天基VDE(VDE-SAT)能够覆盖全球包括极地地区，保证船只在高海区的通信与安全。VDE-SAT通过类似于Iridium低轨卫星系统完成全球覆盖。
目前IALA牵头制定的VDES的标准，ITU-R M.2092-0中VDE-SAT只能支持半双工配置。而我国具有制造全双工低轨卫星的能力，VDES半双工的配置使得我国VDE-SAT频谱效率缩减了一半。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对ITU-R M.2092-0中VDE-SAT系统无法支持全双工模式造成的频谱效率低的缺点，提供一种全双工配置方案；使得有全双工能力的卫星可以被配置为全双工VDE-SAT系统，提高频谱效率。
技术方案：为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种全双工VDE-SAT系统资源分配方式，基于ITU-R M.2092-0中所提供的资源配置方式，包括以下步骤：
1)从VDE-SAT公告牌信令信道(Bulletin Board Signaling Channel，BBSC)中用于未来扩展的9个字节中释放一个比特，作为全双工标识符；
从VDE-SAT负责配置一个帧的逻辑信道的物理资源与相应的调制解调。把BBSC中用于未来扩展的9个字节中释放一个比特，作为全双工标识符。若VDE-SAT卫星配置为全双工模式，则设置该比特为1；若VDE-SAT卫星为半双工模式，则设置该比特为0。
2)若全双工标识符比特设置为1，表示系统为全双工系统，公告牌信令信道对VDE-SA系统中物理信道组(physical channel group，PCG)PCG1-PCGN的资源配置方式为模式A：在分配的上行频段，从每个帧的第一个可用最小传输单元开始其中M个用于上行的PCGs的资源配置，M个上行PCGs资源形成一个上行周期，重复该周期直到1个帧结束；在分配的下行频段上，从每个下行帧可用的第一个最小传输单元开始重复剩下N-M个下行PCGs资源配置形成的一个周期，直到当前帧结束；
若全双工标识符比特设置为0，公告牌信令信道对VDE-SAT系统中的PCG1-PCGN的资源配置方式为模式B：在一个虚拟帧中从可用第一个可用的最小传输单元开始公告牌信令信道规定的PCG1-PCGN物理资源配置，这N个PCGs的物理资源配置形成一个周期，重复该周期直到该虚拟帧结束；然后，把其中M个上行PCGs根据在虚拟帧的时间位置，映射到相应上行频点的帧中；同样的，把剩下的N-M个下行PCGs映射到相应下行频点的帧中。
进一步地，第一个可用的上行最小传输单元位置取决于承载公告牌信令信道和首个ASC的PCGs的ending slot位置加上解调时延以及自身准备上行数据所需的延迟。
承载ASC信令的PCG用于调度用户到指定物理信道接收或发送数据。半双工VDE-SAT中的ASC负责在当前PCGs周期内给用户分配上下行数据资源，具体方式为给用户指示特定的PCG中物理信道。在全双工模式中，用于ASC的PCG出现在每一个下行PCG物理资源周期里，下行信道的分配可以沿用半双工的方式，即给特定用户指定特定物理信道即可。然而全双工模式中，上下行PCGs的周期不同步，ASC指示上行PCG中的某个资源会产生歧义。因此需要在ASC用于指示上行资源分配时，还需要增加m个比特用于指示物理信道位移(比如2比特)来解决物理信道资源位置的歧义。
进一步地，在全双工模式中，上行PCGs和下行PCGs的周期不同步，ASC指示用户去某个上行PCGs会产生歧义，因此需要在ASC用于指示上行资源分配时需要增加m个比特指示PCG位移信息。
进一步地，ITU-R M.2092里在一个帧里可以任意次数重复PCGs物理资源配置。
为了充分利用逻辑信道相应物理资源大小的自由度，模式A和模式B不局限于ITU-R M.2092里固定的3次重复，从而可以根据不同信道的容量预判，自由配置不同调制解调方式下的物理资源大小。
进一步地，ITU-R M.2092需要增加物理信道长度为1，5，30等slots的配置，以便增加更多的LCID匹配某些信道质量的用户数量。
为了配合下行信道不同信道质量不同资源大小的需求，ITU-R M.2092需要增加长度为1，5，30个slots的物理信道，即LCID。目前ITU-R M.2092只提供了长度为90个slots的下行物理信道，若某些信道质量下的用户数据所需物理资源远小于90个slots，如只需5个slots，就会造成85个slots的浪费。
进一步地，虚拟帧与帧的结构相同，只是没有上下行频点概念。
进一步地，首个ASC中的信息用于调度用户到指定物理信道接收或发送。
其中，本发明采用ITU-R M.2092-0中所提供的资源配置方式；PCG可包含一个或多个物理信道。每个PCG中承载的逻辑信道类型，物理信道的个数，物理信道的MCS由BBSC指定。承载BBSC的PCG(及PCG0)出现在每个下行帧的开头，用于配置一个帧中PCGs；一个帧的时间长度为1分钟，最小传输单元slot为80/3ms,每个帧由2250个slots构成；LCID就是用于配置物理信道资源大小，调制解调方式，承载的信息比特大小等。
在此全双工模式中，上下行PCGs的周期不同步，ASC指示上行PCGs需增加m个PCGs位移信息比特消除歧义。另外，当前的下行配置ID都是90slots的大小。增加资源长度为1，5，30等slots的下行配置ID配置，可根据容量需要配置不同用途不同调制解调方式下PCGs的物理资源大小。
有益效果：本发明与现有技术相比：
1.使得拥有全双工能力的卫星可配置为全双工VDES系统，增加频谱利用率。
2.接收端用户根据全双工标识符，判断系统资源配置模式是A或是B，消除接收端的不确定度。
3.本发明所提出模式A和模式B不局限于ITU-R M.2092里固定的3次重复，更加灵活。
4.通过增加slots大小为1，5，30用于下行信道的LCID，使得VDE-SAT可以根据不同信道的容量预判，自由配置不同下行PCG的资源大小，提高资源利用率。
5.增加了全双工指示标识，以用于区分全双工系统和半双工系统，并针对不同系统进行不同配置。
附图说明
图1为本发明实施例适用于的海洋森林物联网的场景结构图；
图2为本发明所提出的全双工资源分配图(模式A)；
图3为本发明所提出的半双工资源分配图(模式B)；
图4为本发明实施例提供的一种卫星端信号传输方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的一种用户端信号传输方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种全双工VDE-SAT系统资源分配方式，基于ITU-R M.2092-0中所提供的资源配置方式，包括以下步骤：
2)从VDE-SAT公告牌信令信道(Bulletin Board Signaling Channel，BBSC)中用于未来扩展的9个字节中释放一个比特，作为全双工标识符；
从VDE-SAT公告牌信令信道(BBSC)负责配置一个帧的逻辑信道的物理资源与相应的调制解调。把BBSC中用于未来扩展的9个字节中释放一个比特，作为全双工标识符。若VDE-SAT卫星配置为全双工模式，则设置该比特为1；若VDE-SAT卫星为半双工模式，则设置该比特为0。
2)若全双工标识符比特设置为1，表示系统为全双工系统，公告牌信令信道对VDE-SA系统中物理信道组(physical channel group，PCG)PCG1-PCGN的资源配置方式为模式A：在分配的上行频段，从每个帧的第一个可用最小传输单元开始其中M个用于上行的PCGs的资源配置，M个上行PCGs资源形成一个上行周期，重复该周期直到1个帧结束；在分配的下行频段上，从每个下行帧可用的第一个最小传输单元开始重复剩下N-M个下行PCGs资源配置形成的一个周期，直到当前帧结束；
若全双工标识符比特设置为0，公告牌信令信道对VDE-SAT系统中的PCG1-PCGN的资源配置方式为模式B：在一个虚拟帧中从可用第一个可用的最小传输单元开始公告牌信令信道规定的PCG1-PCGN物理资源配置，这N个PCGs的物理资源配置形成一个周期，重复该周期直到该虚拟帧结束；然后，把其中M个上行PCGs根据在虚拟帧的时间位置，映射到相应上行频点的帧中；同样的，把剩下的N-M个下行PCGs映射到相应下行频点的帧中。
第一个可用的上行最小传输单元位置取决于承载公告牌信令信道和首个ASC的PCGs的ending slot位置加上解调时延以及自身准备上行数据所需的延迟。
承载ASC信令的PCG用于调度用户到指定物理信道接收或发送数据。半双工VDE-SAT中的ASC负责在当前PCGs周期内给用户分配上下行数据资源，具体方式为给用户指示特定的PCG中物理信道。在全双工模式中，用于ASC的PCG出现在每一个下行PCG物理资源周期里，下行信道的分配可以沿用半双工的方式，即给特定用户指定特定物理信道即可。然而全双工模式中，上下行PCGs的周期不同步，ASC指示上行PCG中的某个资源会产生歧义。因此需要在ASC用于指示上行资源分配时，还需要增加m个比特用于指示物理信道位移(比如2比特)来解决物理信道资源位置的歧义。
在全双工模式中，上行PCGs和下行PCGs的周期不同步，ASC指示用户去某个上行PCGs会产生歧义，因此需要在ASC用于指示上行资源分配时需要增加m个比特指示PCG位移信息。
ITU-R M.2092里在一个帧里可以任意次数重复PCGs物理资源配置。
为了充分利用逻辑信道相应物理资源大小的自由度，模式A和模式B不局限于ITU-R M.2092里固定的3次重复，从而可以根据不同信道的容量预判，自由配置不同调制解调方式下的物理资源大小。
ITU-R M.2092需要增加物理信道长度为1，5，30等slots的配置，以便增加更多的LCID匹配某些信道质量的用户数量。
为了配合下行信道不同信道质量不同资源大小的需求，ITU-R M.2092需要增加长度为1，5，30个slots的物理信道，即LCID。目前ITU-R M.2092只提供了长度为90个slots的下行物理信道，若某些信道质量下的用户数据所需物理资源远小于90个slots，如只需5个slots，就会造成85个slots的浪费。
虚拟帧与帧的结构相同，只是没有上下行频点概念。
首个ASC中的信息用于调度用户到指定物理信道接收或发送。
其中，本发明采用ITU-R M.2092-0中所提供的资源配置方式；PCG可包含一个或多个物理信道。每个PCG中承载的逻辑信道类型，物理信道的个数，物理信道的MCS由BBSC指定。承载BBSC的PCG(及PCG0)出现在每个下行帧的开头，用于配置一个帧中PCGs；一个帧的时间长度为1分钟，最小传输单元slot为80/3ms,每个帧由2250个slots构成；LCID就是用于配置物理信道资源大小，调制解调方式，承载的信息比特大小等。
实施例
请参考图1，其示出了本发明一个示例性实施例提供的网络环境的架构图，该网络环境包含若干个终端和星载基站。其中，终端可以是无线传感器、船舶VHF频段通信设备以及其它可以接收VDE-SAT信号的设备。可以用于气象广播，请求救援，以及船舶数据汇报等作用。
图1中的低轨卫星作为VDE-SAT系统的星载基站。由于各国卫星制造差异，有些国家的VDE-SAT卫星为半双工卫星，而我国可以制造具备全双工通信能力的低轨卫星。通过执行下述实施例提供通信方式，可以根据卫星能力配置全双工或者半双工，充分利用频谱资源。
BBSC配置一个帧结构的逻辑信道的物理资源以及调制编码方式，1比特的全双工指示标识也放于BBSC中。该比特为“1”时表示该VDE-SAT为全双工系统，采用模式A的资源配置方式。该比特为“0”时表示该VDE-SAT为半双工系统，采用模式B的资源配置方式。假设BBSC需要配置12个PCGs的物理资源，PCG1用于ASC(用于配置不同终端到具体的物理资源收发数据以及回复ACK/NACK等功能)；PCG2-PCG5用于下行数据，这四个PCGs可以配置成大小不同，调制编码方式不同来适应于不同的用户的信道质量和服务要求；PCG6-PCG11用于上行数据传输，这六个PCGs也可配置成大小不一，调制编码不同来适应于不同用户的信道质量和服务要求；PCG12用于随机接入和一些短上行数据传输。
表1新增下行LCID
LCID 32 33 34 35
带宽 50 50 50 50
时长度(slot) 5 5 30 30
调制方式 QPSK 8PSK QPSK 8PSK
编码率 1/4 1/2 1/4 1/2
根据前面多个帧中卫星与用户的交互，可以预测本帧中不同信道质量的用户数量，来给每个PCG配置功能(即承载的逻辑信道)，LCID和以及资源大小来最大程度匹配预测的服务类型，信道质量以及用户数量，提高频谱效率。为此需新增VDE-SAT下行LCID的重要参数以表1为例。假设一个VDE-SAT帧配置如下，BBSC占据每个帧开头的90个slots，PCG1，用于ASC，划分的物理资源为90slots；PCG2用于下行数据，采用LCID 34，物理资源为30个slots；第三个用于下行数据，180slots；第四个用于下行数据，30slots(表1中LCID 35)，第五个为5slots(表1中LCID 34)，第六到第十二分别为30slots，30slots，30slots，30slots，5slots，90slots。
若全双工标识符为0，则帧结构如图2所示。上行信道和下行信道在时间上不重叠，BBSC掌管当前帧的资源分配。图中配置的12个逻辑信道物理资源时长为580slots，则以这580slots作为周期从BBSC结束的第一个slot开始重复直到此帧结束，最后一个周期可以不完整。
若全双工标识符为1，则帧结构如图3所示。1到5为下行逻辑信道，这5个逻辑信道物理资源时长为335slots，在下行帧以335slots为周期，从BBSC结束的第一个slot开始重复直到此帧结束，最后一个周期可以不完整。对于上行逻辑信道6到12，这7个逻辑信道的物理资源时长为245slots；在上行帧从BBSC以及用于ASC的PCGs结束后的第n+1个slot开始重复，直到本帧结束，或者延续到下个上行帧的第180+n个slot结束。上行信道相对于下行信道180+n个slots的偏移来自于，接收BBSC(90slots)得到逻辑信道物理资源分配信息，以及接收ASC(90slots)得到具体的调度信息，以及解出BBSC，ASC信息，准备上行数据的时间nslots。
BBSC划分完PCGs的功能和资源大小后，ASC负责把用户指定到特定的PCG中的某个物理信道来发送或接收信息。假设ASC指示给某用户的PCG号码为8，根据BBSC可知PCG8为上行数据信道以及相应的资源位置(周期性)。若两比特逻辑信道移位信息为“00”，则表示指定的物理资源为离该ASC最近的逻辑信道8的物理资源，“01”表示为距“00”所指示资源一个上行周期的逻辑信道8物理资源，“10”表示距“00”资源两个周期的物理资源，“11”表示距“00”所指资源三个周期的逻辑信道8物理资源。
VDE-SAT的卫星端通信流程如图4所示，VDE-SAT的用户端通信流程如图5所示。
以上所述即是本发明的技术方案，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，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种全双工VDE-SAT系统资源分配方式，其特征在于：基于ITU-R M.2092-0中所提供的资源配置方式，包括以下步骤：
1)从VDE-SAT公告牌信令信道中用于未来扩展的9个字节中释放一个比特，作为全双工标识符；
2)若全双工标识符比特设置为1，表示系统为全双工系统，公告牌信令信道对VDE-SAT系统中物理信道组PCG1-PCGN的资源配置方式为模式A：在分配的上行频段，从每个帧的第一个可用最小传输单元开始其中M个用于上行的PCGs的资源配置，M个上行PCGs资源形成一个上行周期，重复该周期直到1个帧结束；在分配的下行频段上，从每个下行帧可用的第一个最小传输单元开始重复剩下N-M个下行PCGs资源配置形成的一个周期，直到当前帧结束；
若全双工标识符比特设置为0，公告牌信令信道对VDE-SAT系统中的PCG1-PCGN的资源配置方式为模式B：在一个虚拟帧中从第一个可用的最小传输单元开始公告牌信令信道规定的PCG1-PCGN物理资源配置，这N个PCGs的物理资源配置形成一个周期，重复该周期直到该虚拟帧结束；然后，把其中M个上行PCGs根据在虚拟帧的时间位置，映射到相应上行频点的帧中；同样的，把剩下的N-M个下行PCGs映射到相应下行频点的帧中；
虚拟帧与帧的结构相同，只是没有上下行频点概念。
2.根据权利要求1所述的全双工VDE-SAT系统资源分配方式，其特征在于：第一个可用的上行最小传输单元位置取决于承载公告牌信令信道和首个ASC的PCGs的ending slot位置加上解调时延以及自身准备上行数据所需的延迟。
3.根据权利要求1所述的全双工VDE-SAT系统资源分配方式，其特征在于：在全双工模式中，上行PCGs和下行PCGs的周期不同步，ASC指示用户去某个上行PCGs会产生歧义，因此需要在ASC用于指示上行资源分配时需要增加m个比特指示PCG位移信息。
4.根据权利要求1所述的全双工VDE-SAT系统资源分配方式，其特征在于：ITU-RM.2092里在一个帧里可以任意次数重复PCGs物理资源配置。
5.根据权利要求1所述的全双工VDE-SAT系统资源分配方式，其特征在于：ITU-RM.2092需要增加物理信道长度为1，5，30等slots的配置，以便增加更多的LCID匹配某些信道质量的用户数量。
6.根据权利要求2所述的全双工VDE-SAT系统资源分配方式，其特征在于：首个ASC中的信息用于调度用户到指定物理信道接收或发送。
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"Asynchronous Random Access Schemes for the VDES Satellite Uplink";Federico Clazzer, Andrea Munari, Federico Giorgi;《IEEE》;20171026;全文 *
"VDES卫星星座设计及通信关键技术研究";张伟;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20180228;全文 *

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