CN110289901B - 一种面向星上处理跳波束卫星通信系统的星地同步方法 - Google Patents

Abstract

一种面向星上处理跳波束卫星通信系统的星地同步方法，属于卫星通信技术领域。通过在下行链路帧中周期性插入本波位对应的波束跳变计划，能够有效辅助地面终端实现跳波束环境下上行链路的快速接入；另外，结合相控阵天线的工作原理给出了一种面向相控阵天线跳波束应用的星载时间传递方法，有效保证了多个相控阵天线之间以及每个波位收发波束之间的时间基准一致性；给出了一种相控阵天线的同步控制时序，将波束切换串行数据和波速切换控制脉冲信号分开传输，在发送波束开关控制脉冲前提前发送波束切换串行数据，减小了波束切换过程中的保护时间，有效提升了跳波束应用的传输效率。

Description

一种面向星上处理跳波束卫星通信系统的星地同步方法

技术领域

本发明涉及一种面向星上处理跳波束卫星通信系统的星地同步方法，属于卫星通信技术领域。

背景技术

跳波束卫星通信是一种有效提高卫星系统资源使用效率的通信技术，与传统的固定波束通信方式不同，跳波束通信以时分的形式，在卫星覆盖范围内按照业务需求高速动态的调整波束方向。跳波束可以根据卫星不同区域的不同业务需求量，合理分配波束资源，当某一区域业务量大时，可以分配多个时隙的波束资源，当业务量小时，可以相应减少该区域的波束时隙，由此来提高整个系统的资源使用效率。

在星上采用再生解调以及IP路由转发技术，结合星间链路传输，可以有效实现全球覆盖的宽带通信网络，提升多类型终端及业务的互连互通能力，同时减小对大规模地面布站的依赖。因此，基于星上处理的IP组网模式成为了天基宽带网络建设的技术方向之一。

由于地面宽带业务的动态变化特性以及不同区域的业务的不一致性，常采用相控阵天线实现波束的灵活变化，同时结合跳波束通信技术，实现整个卫星载荷的优化设计以及业务的灵活调配，例如美国的Spaceway3卫星星上采用全处理，下行采用跳波束体制。图1给出了典型的处理转发器跳波束载荷简化框图。

MF-TDMA卫星通信体制具有组网灵活、信道资源颗粒度小且分配灵活等优点，已成为网络化卫星通信发展的主流，因此在传统的固定波束卫星通信系统中，常采用MF-TDMA/TDM作为基本的通信体制。由于采用了TDMA多址方式，因此在卫星通信过程中需要进行严格的同步控制，包括频率控制、定时控制和功率控制3个方面，其中定时控制是整个同步控制中的关键，精确的定时控制可以有效提高TDMA的组网效率。现有的固定波束TDMA系统的主要时间同步思路是采用地面同步星上的方式，既上行链路各用户站的时间同步参考由下行链路提供，下行链路信令中需要定期加入NCR(Network Clock Reference)信息以维持上行链路的全网同步，各终端以下行链路时间参考为基准，按照时隙计划在各自的时隙发送突发信号，保证到达卫星口面的各时隙信号不冲突；另外结合星上时间偏差估计技术并反馈给各终端从而实现精确的时间同步及保持。

在跳波束卫星通信系统中，由于波束的动态跳变增加了空间维度的同步需求，因此增加了系统同步的复杂度，传统的固定波束时间同步方法不能直接使用到跳波束卫星通信系统中去，本专利给出了一种高效的面向星上处理跳波束卫星通信系统的星地同步方法。

通过“跳波束”、“捷变波束”、“波束跳变”、“beam hopping”、“hopping beam”、“TDMA”等关键字进行中文数据库、英文数据库以及专利库等检索，检索到的跳波束资料相对较少，针对面向星上处理的跳波束系统中星地同步的研究内容更少，地面移动通信系统中的跳波束同步有导频辅助方法、专用同步信道法等，但都结合了其特殊的系统结构和应用背景，不适合卫星系统的应用。

发明内容

本发明解决的技术问题是：结合相控阵跳波束通信的系统特点，给出了一种适合跳波束通信的星地同步方法，通过在下行链路中周期播发星上时间基准及对应波位跳变状态的信息，使得地面终端能够有效知道星上系统的时间基准信息以及本波位的波束跳变计划从而实现快速同步，结合星上载荷时间基准产生及处理流程以及跳波束星地同步流程有效解决了相控阵跳波束通信系统的应用问题。

本发明的技术解决方案是：一种面向星上处理跳波束卫星通信系统的星地同步方法，包括如下步骤：

S1，星上产生时间基准，利用该时间基准实现星上多个相控阵波束以及同一波位内上行波束和下行波束的时间基准一致性；

S2，根据所设计的跳波束帧格式，周期性的在下行链路广播信息的头部插入本波位对应的上行波束和下行波束跳变时间计划信息；

S3，地面终端接收到对应波位下行信号后进行再生解调并提取上下行波位跳变时间计划信息，根据此信息和传输时延计算上行信号的发送时间并在对应时刻发送上行信号，从而实现卫星与地面终端之间的快速同步。

优选的，所述的步骤S1通过下述方式实现：

由交换路由处理器产生整星的TOD时间基准信息并同步播发给星上再生解调处理器以及调制处理器；

星载网络管理器根据卫星通信系统的业务运行情况产生控制信号，并独立发送给再生解调处理器以及调制处理器；所述的控制信号包括上下行波束中不同波位与帧格式中时隙资源的配置关系信息、上行链路对应的载波配置模式信息以及下行链路对应的时隙配置模式参数信息；

再生解调处理器及调制处理器在TOD时间基准的控制下，将上下行波束中不同波位与帧格式中时隙资源的配置关系信息按照相控阵天线波束跳变同步控制时序关系分别发送给接收相控阵天线以及发射相控阵天线，由接收相控阵天线和发射相控阵天线实现对接收波束和发射波束的跳变控制；

再生解调处理器在TOD时间基准的控制下，根据上行链路对应的载波配置模式同步控制解调处理模块的工作模式；调制处理器在TOD时间基准的控制下，根据下行链路对应的时隙配置模式同步控制调制处理模块的工作模式。

优选的，所述的相控阵天线波束跳变同步控制时序关系为将波束切换串行数据和波束切换控制脉冲信号分开传输，在发送波束切换控制脉冲信号前提前发送波束切换串行数据。

优选的，提前发送波束切换串行数据的提前时间T_cal取决于相控阵天线的波束切换数据处理时间，两次波束切换时间间隔必须保证满足大于T_cal和相控阵天线响应时间T_antres之和。

优选的，所述步骤S2中跳波束帧格式中上行链路采用MCMR-TDMA接入方式，下行链路采用Burst-TDM实现下行链路的数据传输。

优选的，下行链路中的下行传输帧分为轮询广播时隙和业务时隙；所述轮询广播时隙采用低速编码调制方式；所述业务时隙包括广播帧头和业务数据帧，广播帧头和轮询广播时隙采用相同的设计，业务数据帧速率逐包可变。

优选的，所述下行传输帧中的轮询广播时隙数C和业务时隙数D能够动态配置，轮询广播时隙采用定长短突发传输，业务时隙采用变长度传输，且存在业务时隙的波位不再周期性播发轮询广播时隙。

优选的，所述的上行波束跳变时间计划信息包括本波位的跳变超帧编号、跳变起始时间、跳变持续时间以及上行载波的配置模式；所述下行波束跳变信息包括本波位跳变超帧编号、变起始时间、跳变持续时间以及下行突发帧模式。

优选的，在下行链路广播信息的头部插入的上下行波束跳变时间计划信息包含该波位连续Z次的波位跳变计划信息，具体Z值的选择由广播数据块的长度、波位规模以及系统工作特点综合决定，建议选择为2。

优选的，所述步骤S3中实现卫星与地面终端之间的快速同步通过下述方式实现：

步骤一：交换路由处理器产生第N次超帧起始TOD时间基准，并播发给再生解调处理器，记为T_N0；再生解调处理器收到第N次超帧起始TOD时间基准信号后延迟一个固定时间开始第N次超帧的调制解调信号处理工作，记为T_N1，在延迟时间内按照相控阵天线波束跳变同步控制时序关系提前发送第N次超帧第1次波束跳变控制数据给星载网络管理器；

步骤二：再生解调处理器按照波束跳变计划开始上下行链路波束的波束跳变控制，在T_N1_m时刻开始第N次超帧内第m次下行波束跳变控制；

步骤三：考虑到星地时延，在T_N2_m时刻第m次波束切换对应的波位下的终端开始接收下行链路的Burst-TDM信号，按跳波束帧格式提取出星上时间基准广播信息以及上下行链路波束状态及工作模式配置信息；

步骤四：地面终端从Burst-TDM信号中提取出星上时间基准广播信息以及上下行链路波束状态及工作模式配置信息后，计算出星上时间基准，同时根据上星链路波束跳变计划中本波位覆盖出现的时间以及上星链路传输时延计算出等待时延T-delay后在T_N3时刻发送上行链路信号；

步骤五：再生解调处理器在第N+1次超帧的第W次跳变时刻收到地面终端发送的对应波位的上行链路信号，计算出收到该突发信号的时刻和一个帧周期的起始TOD时刻之间的时间偏差，将该时间偏差作为误差信号，并在该终端对应的发送波束波位跳变周期内发送该误差信号给地面终端；

步骤六：地面终端在本波位对应的时间周期内接收解调下行跳波束信号，从中提取上行信号的时间误差信息，根据误差信息精细调整上行信号的发送时间，实现上行信号的精细同步。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明根据面向星上处理跳波束卫星通信系统的系统特点及载荷特点给出了适合跳波束通信系统的通信体制，在下行链路采用Burst-TDM实现下行链路的数据传输，并将下行传输帧分为轮询广播时隙和业务时隙；所述轮询广播时隙采用低速编码调制方式，保证所有终端都能收到该信息，且传输时间短，提高链路整体帧效率；所述业务时隙主要由广播帧头和业务数据帧组成，广播帧头和轮询广播时隙采用相同的设计从而简化终端处理复杂度，业务数据帧速率逐包可变，以适应不同终端的能力需求；所述下行传输帧中的轮询广播时隙数C和业务时隙数D可以动态配置，具体根据跳波束系统的波位状态以及应用方式而定，且存在业务时隙的波位不再周期性播发轮询广播时隙，从而提高下行链路的传输效率。

本发明为了实现多个相控阵波束以及同一波位内上行波束和下行波束的时间基准一致性，给出了星上载荷时间基准产生及同步处理流程。星上时间基准产生模块产生整星的时间基准信息并同步播发给多个跳波束控制模块，保证多个相控阵波束之间的时间基准一致性；跳波束控制模块根据系统的业务运行情况产生上下行波束跳变的帧计划、上行链路对应的载波配置模式以及下行链路对应的时隙配置模式等控制信息；波束跳变同步控制模块在TOD时间基准的控制下，根据跳波束上下行波束跳变的帧计划信息通过接收波位控制模块以及发射波位控制模块控制接收波束和发射波束的跳变，保证了同一波位上下行波束的时间基准一致性。

为了实现跳波束系统的星地快速同步，给出了跳波束星地同步流程。所述星地同步流程的主要特征在于星上调制器在下行链路广播信息的头部插入本波位对应的上行波束和下行波束时间计划，终端接收到对应波位下行信号后进行再生解调并提取上下行波位跳变计划信息，根据此信息和传输时延计算上行信号的发送时间并在对应时刻发送上行信号，从而实现快速同步。具体优点概括如下：

(1)、本发明通过在下行链路帧中周期性插入本波位对应的波束跳变计划，能够有效辅助地面终端实现跳波束环境下上行链路的快速同步；

(2)、本发明通过星上载荷同步处理流程实现了多个相控阵波束之间以及同一波位上下行波束的时间基准一致性，提高了系统应用灵活性；

(3)、本发明星上调制解调器在发送波束开关控制脉冲前提前发送波束切换串行数据，减小了波束切换过程中的保护时间，有效提升了跳波束应用的传输效率。

附图说明

图1为典型处理转发器跳波束示意及载荷简化框图；

图2为相控阵跳波束卫星载荷内部时间同步关系框图；

图3为跳波束通信帧结构示意图；

图4为下行链路轮询广播时隙帧结构示意图；

图5为下行业务时隙帧结构示意图；

图6为跳波束时间信息及上下行波位跳变计划广播信息示意图；

图7为TOD时间基准播发时序关系图；

图8为相控阵天线波束跳变同步控制时序关系图；

图9为跳波束星地同步时间流程示意图。

具体实施方式

本发明结合典型星上处理转发器跳波束通信系统的特点，通过星上调制解调器在下行链路帧中周期性插入本波位对应的波束跳变计划信息，有效辅助地面终端实现跳波束环境下上行链路的快速同步；星上调制解调器将波束切换串行数据和波速切换控制脉冲信号分开传输，在发送波束开关控制脉冲前提前发送波束切换串行数据，减小了波束切换过程中的保护时间，有效提升了跳波束应用的传输效率；同时结合相控阵天线的工作原理给出了一种面向相控阵天线跳波束应用的星载时间传递方法，有效保证了多个相控阵波束之间的时间基准一致性。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

图1给出了典型星上处理转发器跳波束载荷原理框图，面向星上处理跳频波束卫星通信系统主要包括接收相控阵天线、再生解调处理器、交换路由处理器、调制处理器、发射相控阵天线以及星载网络管理器。接收相控阵天线根据系统配置形成A个(A的具体数值根据系统需求而定)实时接收波束，不同时间每个波束的具体指向可以根据业务需求控制；每个再生解调处理器采样接收相控阵天线产生的实时输入信号，根据具体的载波配置对每个波束上行接入信号进行动态解调，恢复出具体的业务信息；交换路由处理器实现多个波束之间的信息交换，支持不同波束下终端之间的业务连接；调制处理器实现对下行波束业务信息的编码调制功能；发射相控阵天线根据系统配置形成B个(B的具体数值根据系统需求而定)实时发射波束，不同时间每个波束的具体指向可以根据业务需求控制；星载网络管理器根据系统的业务调度需求，产生实时的配置信息，控制接收相控阵天线、多载波多速率动态解调器、交换路由处理器、调制处理器以及发射相控阵天线的实时工作状态。

本发明提供了一种面向星上处理跳波束卫星通信系统的星地同步方法，步骤如下：

S1，星上产生时间基准，利用该时间基准实现星上多个相控阵波束以及同一波位内上行波束和下行波束的时间基准一致性；

相控阵跳波束卫星通信系统是以卫星为系统的核心节点，因此在同步方式上仍然采用地面同步星上的传统思路，整个系统的时间基准由卫星产生，且星内必须实现相控阵跳波束载荷的同步。图2给出了相控阵跳波束卫星载荷内部时间同步关系框图，星上时间基准产生模块产生整星的TOD时间基准信息同步播发给再生解调处理器以及调制处理器；跳波束控制模块根据系统的业务运行情况产生上下行波束跳变的控制信息，并独立分别发送给再生解调处理器以及调制处理器；再生解调处理器以及调制处理器中的波束跳变同步控制模块根据跳变控制信息实现对接收波束和发射波束的跳变控制，从而实现了同一波位上下行波束以及多个相控阵波束之间的时间基准一致性，具体实现步骤如下：

步骤一：星上时间基准产生模块(属于交换路由处理器)是整个星地时间源产生的核心，产生整星的时间基准信息并同步播发给A个再生解调处理器以及B个调制处理器，从而保证多个相控阵波束之间的时间基准一致性。具体传输控制时序关系图如图7所示，TOD时间信息主要由同步头、超帧技术以及帧内时钟计数组成。

步骤二：跳波束控制模块(属于星载网络管理器)根据系统的业务运行情况并结合图3的帧格式产生上下行波束中不同波位与帧格式中时隙资源的配置关系信息、上行链路对应的载波配置模式信息以及下行链路对应的时隙配置模式参数信息，并独立分别发送给A个再生解调处理器以及B个调制处理器。

步骤三：A个再生解调处理器以及B个调制处理器中的波束跳变同步控制模块在TOD时间基准的控制下，根据跳波束控制模块发送的上下行波束中不同波位与帧格式中时隙资源的配置关系信息按照图8给出的相控阵天线波束跳变同步控制时序关系分别发送给对应的接收波位控制模块(属于接收相控阵天线)以及发射波位控制模块(属于发射相控阵天线)，用于实现接收波束和发射波束的跳变控制；

步骤四：A个再生解调处理器中的解调处理模块在TOD时间基准的控制下，根据跳波束控制模块发送的上行链路对应的载波配置模式同步控制解调处理模块的工作模式；B个调制处理器中的调制处理模块在TOD时间基准的控制下，根据跳波束控制模块发送的下行链路对应的时隙配置模式同步控制调制处理模块的工作模式。

为了提高相控阵波束的捷变效率，减小波束切换时延对帧效率的影响，根据相控阵天线的工作原理给出了一种相控阵天线波束切换同步控制时序，如图8所示。将波束切换串行数据和波速切换控制脉冲信号分开传输，在发送波束开关控制脉冲前提前发送波束切换串行数据，提前时间T_cal取决于相控阵天线的波束切换数据处理时间，一般为几百us，两次波束切换时间间隔必须保证满足大于T_cal和相控阵天线响应时间T_antres之和，这也决定了相控阵天线在某个波位的最小驻留时间。

S2，根据所设计的跳波束帧格式，周期性的在下行链路广播信息的头部插入本波位对应的上行波束和下行波束跳变时间计划信息；

图3给出了跳波束系统上下行链路帧结构示意图。由于波束的跳变带来了下行链路信号的不连续性，同时对同一个波位而言，下行链路仍然呈现出点对多点的通信特点，因此相对于固定波束下行链路采用的TDM多址方式，在相控阵跳波束卫星通信系统中，下行链路选择Burst-TDM多址方式，Burst代表突发，TDM代表时分复用。由于不同波位下终端的分布特性不一样，因此波束的跳变带来了同一波束上行链路的载波配置呈现出高动态变化特征，因此相对于固定波束上行链路较稳定的载波配置模式，相控阵跳波束上行链路采用的多址方式为MCMR-TDMA(多载波多速率时分多址)接入方式，其特点是每个时隙的载波配置方式动态可变，MCMR-TDMA的具体特点可参考专利CN107872273A“一种面向跳波束卫星通信的动态载波配置方法及星上处理系统”中的相关内容。

下行链路帧主要由两类时隙组成，分别是轮询广播时隙和业务时隙。轮询广播时隙采用低速编码调制方式，保证所有终端都能收到该信息，且传输时间短，保证整体帧效率，轮询广播时隙的组成如图4所示；业务时隙主要由广播帧头和业务数据帧组成，广播帧头和轮询广播时隙采用相同的设计，业务数据帧速率逐包可变，以适应不同终端的能力需求，业务时隙的组成如图5所示。轮询广播时隙采用定长短突发传输，业务时隙采用变长度传输，具体指示信息由突发类型指示字段进行标识。下行传输帧中的轮询广播时隙数C和业务时隙数D可以变化，主要根据跳波束的波位状态而定，存在业务时隙的波位不再周期性播发轮询广播时隙，从而提高下行链路的传输效率。

另外，为了保证上行链路波束的快速同步，需要在下行链路帧中插入上下行波位跳变时间计划信息，如图6所示，具体信息包括对应波位的上下行波束跳变时间计划及模式配置参数；上行链路的波束跳变时间计划信息包括本波位跳变超帧编号，跳变起始时间，跳变持续时间以及上行载波的配置模式；下行链路的波束跳变时间计划信息包括本波位跳变超帧编号，跳变起始时间，跳变持续时间以及下行突发帧模式；为了实现系统运行的可靠性，在广播数据块中插入的上下行波位跳变计划信息可以包含该波位连续Z次的波位跳变计划信息，具体Z值的选择由系统设计方根据应用特点决定，建议Z值选择为2。

S3，地面终端接收到对应波位下行信号后进行再生解调并提取上下行波位跳变时间计划信息，根据此信息和传输时延计算上行信号的发送时间并在对应时刻发送上行信号，从而实现卫星与地面终端之间的快速同步。

星上调制器根据图3所示的下行链路帧格式以及波束跳变计划产生对应波位的调制信号，并在广播信息的头部插入时间信息以及本波位对应的上行波束和下行波束跳变时间计划信息，时间信息所指的该传输帧的第一个符号起始对应的星上TOD数值；终端接收到对应波位下行信号后进行再生解调并提取上下行波位跳变时间计划信息，根据此信息和传输时延计算上行信号的发送时间并在对应时刻发送上行信号。图9给出了星地同步处理流程，具体步骤如下：

步骤一：星上时间基准产生模块产生第N次超帧起始TOD时间基准，并播发给相控阵调制解调模块，记为T_N0；相控阵调制解调模块收到第N次超帧起始TOD时间基准信号后延迟一个固定时间开始第N次超帧的调制解调信号处理工作，记为T_N1，在延迟时间内按照图8的时序关系提前发送第N次超帧第1次波束跳变控制数据给相控阵天线波束控制模块；

步骤二：星上相控阵调制解调模块按照波束跳变计划开始上下行链路波束的波束跳变控制，在T_N1_m时刻开始第N次超帧内第m次下行波束跳变控制；m代表一个超帧内的具体的波束跳变次数，由跳波束控制模块根据系统的业务运行情况控制，最大值不能超过一个超帧内所能承载的时隙个数。

步骤三：考虑到星地时延，在T_N2_m时刻第m次波束切换对应的波位下的终端开始接收下行链路的Burst-TDM信号，按图6的帧格式提取出星上时间基准广播信息以及上下行链路波束状态及工作模式配置信息；

步骤四：地面终端从Burst-TDM信号中提取出星上时间基准广播信息以及上下行链路波束状态及工作模式配置信息后，计算出星上时间基准，同时根据上星链路波束跳变计划中本波位覆盖出现的时间以及上星链路传输时延计算出等待时延T-delay后在T_N3时刻发送上行链路信号。由于终端位置的差异会引起传输时延的抖动，对同步轨道卫星而言该时延抖动最大会达到20ms左右，需要通过终端根据自身的位置及卫星位置计算出误差后进行修正，该方法采用传统固定波束TDMA系统的校准方法即可。

步骤五：星上相控阵调制解调模块在第N+1次超帧的第W次跳变时刻收到地面终端发送的对应波位的上行信号，并对上行信号的时间误差进行测量，计算出收到该突发信号的时刻和一个帧周期的起始TOD时刻之间的时间偏差，并在该终端对应的发送波束波位跳变周期内发送该误差信号给地面终端，用于星地时间的精细同步。星上相控阵调制解调模块收到终端的发送信号时间也可能在第N次超帧内部，取决于下行波束及上行波束在同一波束出现的时间差及星地时延。

步骤六：地面终端在本波位对应的时间周期内接收解调下行跳波束信号，从中提取上行信号的时间误差信息，根据误差信息精细调整上行信号的发送时间，实现上行信号的精细同步。

以上同步流程可实现跳波束通信环境下的星地快速同步。

由以上步骤可知，本发明给出的面向星上处理跳波束通信的星地同步方法的同步流程简单，其核心是通过在下行链路中周期播发星上时间基准及对应波位的波束跳变时间计划信息，使得地面终端能够实时知道星上系统的时间基准信息以及本波位的波束跳变计划从而实现快速同步及接入；同时通过星上载荷时间基准产生及同步处理流程实现了相控阵跳波束系统多个波束之间的时间同步以及每个波束的发射波束和接收波束的时间同步。

综上所述，本发明通过星上调制解调器在下行链路帧中周期性插入本波位对应的波束跳变计划信息，有效辅助地面终端实现跳波束环境下上行链路的快速同步；通过星上载荷同步处理流程实现了多个相控阵波束之间以及同一波位上下行波束的时间基准一致性；另外星上调制解调器在发送波束开关控制脉冲前提前发送波束切换串行数据，减小了波束切换过程中的保护时间，有效提升了跳波束应用的传输效率。所采用的同步方法流程简单，有效提高相控阵跳波束的使用灵活性。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (11)

1.一种面向星上处理跳波束卫星通信系统的星地同步方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1，星上产生时间基准，利用该时间基准实现星上多个相控阵波束以及同一波位内上行波束和下行波束的时间基准一致性；

S2，根据所设计的跳波束帧格式，周期性的在下行链路广播信息的头部插入本波位对应的上行波束和下行波束跳变时间计划信息；

S3，地面终端接收到对应波位下行信号后进行再生解调并提取上下行波位跳变时间计划信息，根据此信息和传输时延计算上行信号的发送时间并在对应时刻发送上行信号，从而实现卫星与地面终端之间的快速同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤S1通过下述方式实现：

由交换路由处理器产生整星的TOD时间基准信息并同步播发给星上再生解调处理器以及调制处理器；

星载网络管理器根据卫星通信系统的业务运行情况产生控制信号，并独立发送给再生解调处理器以及调制处理器；所述的控制信号包括上下行波束中不同波位与帧格式中时隙资源的配置关系信息、上行链路对应的载波配置模式信息以及下行链路对应的时隙配置模式参数信息；

再生解调处理器及调制处理器在TOD时间基准的控制下，将上下行波束中不同波位与帧格式中时隙资源的配置关系信息按照相控阵天线波束跳变同步控制时序关系分别发送给接收相控阵天线以及发射相控阵天线，由接收相控阵天线和发射相控阵天线实现对接收波束和发射波束的跳变控制；

再生解调处理器在TOD时间基准的控制下，根据上行链路对应的载波配置模式同步控制解调处理模块的工作模式；调制处理器在TOD时间基准的控制下，根据下行链路对应的时隙配置模式同步控制调制处理模块的工作模式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的相控阵天线波束跳变同步控制时序关系为将波束切换串行数据和波束切换控制脉冲信号分开传输，在发送波束切换控制脉冲信号前提前发送波束切换串行数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：提前发送波束切换串行数据的提前时间T_cal取决于相控阵天线的波束切换数据处理时间，两次波束切换时间间隔必须保证满足大于T_cal和相控阵天线响应时间T_antres之和。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S2中跳波束帧格式中上行链路采用MCMR-TDMA接入方式，下行链路采用Burst-TDM实现下行链路的数据传输。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：下行链路中的下行传输帧分为轮询广播时隙和业务时隙；所述轮询广播时隙采用低速编码调制方式；所述业务时隙包括广播帧头和业务数据帧，广播帧头和轮询广播时隙采用相同的设计，业务数据帧速率逐包可变。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述下行传输帧中的轮询广播时隙数C和业务时隙数D能够动态配置，轮询广播时隙采用定长短突发传输，业务时隙采用变长度传输，且存在业务时隙的波位不再周期性播发轮询广播时隙。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的上行波束跳变时间计划信息包括本波位的跳变超帧编号、跳变起始时间、跳变持续时间以及上行载波的配置模式；所述下行波束跳变信息包括本波位跳变超帧编号、跳变起始时间、跳变持续时间以及下行突发帧模式。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在下行链路广播信息的头部插入的上下行波束跳变时间计划信息包含该波位连续Z次的波位跳变计划信息，具体Z值的选择由广播数据块的长度、波位规模以及系统工作特点综合决定。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：Z值选择为2。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中实现卫星与地面终端之间的快速同步通过下述方式实现：

步骤一：交换路由处理器产生第N次超帧起始TOD时间基准，并播发给再生解调处理器，记为T_N0；再生解调处理器收到第N次超帧起始TOD时间基准信号后延迟一个固定时间开始第N次超帧的调制解调信号处理工作，记为T_N1，在延迟时间内按照相控阵天线波束跳变同步控制时序关系提前发送第N次超帧第1次波束跳变控制数据给星载网络管理器；

步骤二：再生解调处理器按照波束跳变计划开始上下行链路波束的波束跳变控制，在T_N1_m时刻开始第N次超帧内第m次下行波束跳变控制；

步骤三：考虑到星地时延，在T_N2_m时刻第m次波束切换对应的波位下的终端开始接收下行链路的Burst-TDM信号，按跳波束帧格式提取出星上时间基准广播信息以及上下行链路波束状态及工作模式配置信息；

步骤四：地面终端从Burst-TDM信号中提取出星上时间基准广播信息以及上下行链路波束状态及工作模式配置信息后，计算出星上时间基准，同时根据星上链路波束跳变计划中本波位覆盖出现的时间以及星上链路传输时延计算出等待时延T-delay后在T_N3时刻发送上行链路信号；

步骤五：再生解调处理器在第N+1次超帧的第W次跳变时刻收到地面终端发送的对应波位的上行链路信号，计算出收到该上行链路信号的时刻和一个帧周期的起始TOD时刻之间的时间偏差，将该时间偏差作为误差信号，并在该终端对应的发送波束波位跳变周期内发送该误差信号给地面终端；

步骤六：地面终端在本波位对应的时间周期内接收解调下行跳波束信号，从中提取上行信号的时间误差信息，根据误差信息精细调整上行信号的发送时间，实现上行信号的精细同步。

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