CN109639339B - 适用于管理大型卫星fdma通信方式的带宽分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种适用于管理大型卫星FDMA通信方式的带宽分配方法，涉及卫星通信领域。本发明解决了目前大型卫星FDMA通信方式下地球站卫星通信群的管理带宽消耗过大的问题，其技术方案要点为：为中心站的发送信道分配一个频带一，接收信道分配一个频带二，各端站的发送信道复用频带二，接收信道与频带一相对应；各端站与主机保持时钟同步；将各端站的端站信息注册到中心站；根据中心站的相关信息及各端站的位置信息分别计算出各端站的通信数据达到中心站的时间；将在中心站的接收信道上各端站的通信数据达到中心站的时间规划成一个连续的时隙周期，并将该时隙周期划分成多个时隙，为各端站分配相应的时隙；各端站只在其分配的时隙内向中心站发起通信。

Description

适用于管理大型卫星FDMA通信方式的带宽分配方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术，特别涉及大型卫星FDMA通信方式下的带宽分配技术。
背景技术
当前FDMA的卫星通信方式的主要优点是技术成熟、稳定、容易实现且成本较低；主要缺点是频谱利用率较低、容量小，无法组建较大规模的地球站通信群。如若使用FDMA的卫星通信方式组建一个较大规模的地球站通信群，光由中心站管理各远端小站，后文均简称端站，所需的频带就是一个巨大的消耗。假设一个较大规模的地球站通信群有N个远端小站，中心站管理信令采用TDM广播方式，分配带宽为BWTDM，每个端站均单独分配一段频带BWRCST,那么所需的总带宽为BWALL＝BWTDM+N*BWRCST。如果N为50，BWTDM为64KHz，BWRCST为32KHz，总带宽都需要BWALL都需要1664KHz；无疑，这对带宽的消耗是巨大的。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于管理大型卫星FDMA通信方式的带宽分配方法，解决目前大型卫星FDMA通信方式下地球站卫星通信群的管理带宽消耗过大的问题。
本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：适用于管理大型卫星FDMA通信方式的带宽分配方法，包括如下步骤：
步骤1、为中心站的发送信道分配一个频带一，接收信道分配一个频带二，各端站的发送信道复用频带二，接收信道与频带一相对应；
步骤2、中心站向全网各端站发送NCR同步帧，使得全网各端站设备与主机保持时钟同步；
步骤3、将各端站的端站信息注册到中心站；
步骤4、中心站通过其发送信道广播中心站的相关信息，各端站通过各自的接收信道获取中心站的相关信息，所述中心站的相关信息至少包括中心站位置信息及卫星信息；
步骤5、根据中心站的相关信息及各端站的位置信息分别计算出各端站的通信数据达到中心站的时间；
步骤6、将在中心站的接收信道上各端站的通信数据达到中心站的时间规划成一个连续的时隙周期，并将该时隙周期划分成多个时隙，为各端站分配相应的时隙；
步骤7、各端站根据中心站分配的时隙在其分配的时隙内向中心站发起通信。
具体地，步骤3中，所述端站信息包括端站SN及端站ID。
进一步地，步骤4中，所述中心站的相关信息还包括中心站的接收信道参数信息以及各端站的时隙参数信息。
本发明的有益效果是，通过上述适用于管理大型卫星FDMA通信方式的带宽分配方法，使各端站的发送信道复用同一个频带，在一个时隙周期中，为各个端站分配不同的时隙，各端站只在其分配的时隙内向中心站发起通信，大大减少了带宽分配。
具体实施方式
下面详细描述本发明的技术方案。
中心站管理端站，尽可能考虑全双工与实时性，采取中心站的发送信道TxTDM分配一个频带FBTDM，接收信道RxIB分配一个频带FBIB；即各端站的发送信道与接收信道分配的频带分别与FBIB和FBTDM一一对应。后文统一将频带FBTDM称为TDM信道，将FB频带FBIB称为IB信道。中心站通过FBTDM向各端站发送信令管理报文；各端站通过FBIB向中心站发送信令管理应答报文以及其他信令报文。
可见，各端站的发送信道共享一个频带FBIB；如若任由各端站随意发起通信，则将互相影响，导致中心站无法完整接收各端站的信息。由此在此模拟TDMA的方式，将IB信道的占用时间规划一个连续的时隙周期，单个时隙周期内划分多个时隙，各个时隙分属不同的端站；每个端站只在分属的时隙内向中心站发起通信。
实际应用中，本发明所述适用于管理大型卫星FDMA通信方式的带宽分配方法，包括如下步骤：
步骤1、为中心站的发送信道分配一个频带一，接收信道分配一个频带二，各端站的发送信道复用频带二，接收信道与频带一相对应。
步骤2、中心站向全网各端站发送NCR同步帧，使得全网各端站设备与主机保持时钟同步。
步骤3、将各端站的端站信息注册到中心站，其中，端站信息包括端站SN及端站ID；端站注册主要是指将端站信息如设备SN、设备ID等信息注册到中心站，使得中心站知晓分配多少时隙给设备，另外也是为了使得中心站可以鉴别非法端站设备。
步骤4、中心站通过其发送信道广播中心站的相关信息，各端站通过各自的接收信道获取中心站的相关信息，所述中心站的相关信息至少包括中心站位置信息、卫星信息、中心站的接收信道参数信息以及各端站的时隙参数信息；中心站通过TDM信道广播信息，各端站通过TDM信道获取广播信息。
步骤5、端站的数据发送出来后，到达卫星，再由卫星转发至主站，这段距离由于每个端站的位置不同而导致各自的通信数据的空间传输时间长短不一，因此需要精确计算出各端站的通信数据达到主站的具体时间，这里，根据中心站的相关信息及各端站的位置信息分别计算出各端站的通信数据达到中心站的时间。
步骤6、将在中心站的接收信道上各端站的通信数据达到中心站的时间规划成一个连续的时隙周期，并将该时隙周期划分成多个时隙，为各端站分配相应的时隙。
步骤7、各端站根据中心站分配的时隙在其分配的时隙内向中心站发起通信。
本申请中，主站通过使用信令来维持远端设备在线、配置远端设备参数以及其他远端设备行为。主站使用出境TDM载波全网轮询远端设备在线，各远端设备通过入境IB信道载波应答主站。入境信道载波由主站分配时隙(TimeSlot，后文一律简称为TS)给各申请入网的远端设备分配时隙，并维持各远端设备稳定在线。远端设备统一使用的IB信道载波的编码方式、调制方式以及编码码率决定了每个远端设备传送一个物理数据帧的长度(LFrame)。
分配的时隙为一个物理帧在设备侧从组帧开始到完全发送完毕的时间(TFrame)。假设IB信道的载波带宽为BW(Hz为单位)，滚降因子为a，则IB信道的符号速率(Symbol rate，后文一律简称为SR)为SR＝BW/(1+a)。那么TFrame＝TFrame/SR。那么一个时隙TS为TFrame加上时隙保护间隔(允许时隙波动的容错时间)。当IB信道带宽、滚降因子以及编码方式、调制方式和编码码率选定时，则时隙大小也被决定了。从卫星通信系统开局开始，主站预留一个或多个竞争时隙(依据该卫星通信组网的规模决定)，各远端设备通过竞争时隙向主站申请入网，主站接收到远端设备的申请入网的信令后，给该远端设备分配一个时隙用于在线后的通信。理论上，时隙个数可以无限增加，无论IB信道的带宽有多小，始终可以保证每个远端设备能够正常入网，并维持在线以及后续的其他通信行为(IB信道以及TDM载波信道仅用于信令传输，当远端设备申请使用业务通信后，由主站给远端设备分配其他业务通信频带资源)。本设计可以使得用户极大节约信令必需的频带资源。唯一的不足是当卫星通信设备组网规模超大时，如若IB信道的载波频带过小，将影响远端设备与主站的单次通信交互时间。这个可以由用户选择是否扩充IB信道频带资源，来缩短远端设备与主站的单次通信交互时间。因此，本申请的优势是用户可以灵活组网，节约用于信令传输的频带资源。

Claims (3)

1.适用于管理大型卫星FDMA通信方式的带宽分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、为中心站的发送信道分配一个频带一，接收信道分配一个频带二，各端站的发送信道复用频带二，接收信道与频带一相对应；
步骤2、中心站向全网各端站发送NCR同步帧，使得全网各端站设备与主机保持时钟同步；
步骤3、将各端站的端站信息注册到中心站；
步骤4、中心站通过其发送信道广播中心站的相关信息，各端站通过各自的接收信道获取中心站的相关信息，所述中心站的相关信息至少包括中心站位置信息及卫星信息；
步骤5、根据中心站的相关信息及各端站的位置信息分别计算出各端站的通信数据达到中心站的时间；
步骤6、将在中心站的接收信道上各端站的通信数据达到中心站的时间规划成一个连续的时隙周期，并将该时隙周期划分成多个时隙，为各端站分配相应的时隙；从卫星通信系统开局开始，中心站预留一个或多个竞争时隙，各端站通过竞争时隙向中心站申请入网，中心站接收到端站的申请入网的信令后，给该端站分配一个时隙用于在线后的通信；
步骤7、各端站根据中心站分配的时隙在其分配的时隙内向中心站发起通信。
2.根据权利要求1所述的适用于管理大型卫星FDMA通信方式的带宽分配方法，其特征在于，步骤3中，所述端站信息包括端站SN及端站ID。
3.根据权利要求1所述的适用于管理大型卫星FDMA通信方式的带宽分配方法，其特征在于，步骤4中，所述中心站的相关信息还包括中心站的接收信道参数信息以及各端站的时隙参数信息。
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