CN113078936B - 一种fdma体制的卫星通信系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FDMA体制的卫星通信系统及其方法，包括中心站、多个远端站和通信卫星，中心站通过通信卫星与多个远端站通信连接，中心站包括网管服务单元、IDU监控单元和控制单元，控制单元由管理层、交互层和驱动层构成，其中：在远端站通过ALOHA信道向中心站发送入网请求并成功后，管理层的链路管理模块生成链路信息并传输至管理层的信道检测模块；信道检测模块基于链路信息调用交互层的设备管理模块进行监视通道的配置后，信道检测模块生成前向信令传输至远端站，远端站反馈返向信令至信道检测模块并完成单次信道检测；在远端站与中心站建立通信链路时，信道检测模块在每个预设时间周期内进行单次信道检测直至通信链路释放。

Description

一种FDMA体制的卫星通信系统及其方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种FDMA体制的卫星通信系统及其方法。
背景技术
基于FDMA体制的卫星通信系统由一个中心站和若干个远端站组成。中心站通常设有网管中心，通过管理信道对网络中所有的远端站实施网络管理与控制。中心站主要包括网管服务程序和接入控制服务程序。其中，网管服务程序为管理人员提供网络管理服务功能服务，而接入控制服务程序服务负责控制系统中所有站点运行，主要功能包括前向信息发布、接入控制、会话管理、资源分配等。作为接入控制服务程序的组成部分，信道检测在整个系统中起着重要作用。中心站必须设计一套稳定可靠的信道检测机制，在星状网和网状网等不同网络拓扑结构下，均能对前向和返向卫星链路的状态进行实时监视，以保证系统的正常运行。
具体的，传统的基于FDMA体制的宽带卫星通信系统中，中心站需要对卫星信道和卫星链路进行实时检测，以保证整个系统的稳定运行。但是与传统的光纤等信道相比，星地链路的特性更为复杂，主要的影响因素包括自由空间损耗、电离层闪烁、大气吸收、多普勒频移、多径、阴影效应等特性，因此卫星通信信道具有长时延、复杂的信道衰落特性和显著的多普勒频移效应等特点。而基于FDMA体制的宽带卫星通信系统在组网工作模式下，中心站和远端站的交互非常频繁，中心站需要对远端站的状态进行实时监视，以保证通信质量，保障业务可靠传输的同时还要尽量减小检测的开销，以提高卫星带宽资源的利用率。
因此，传统的基于FDMA体制的传统卫星通信系统中，中心站的接入控制服务单元的程序庞大而且复杂，其中的信道检测模块与其他模块通常设计成紧耦合模式，导致信道检测依赖性较强，如果某一模块出现故障，可能导致整个系统运行异常甚至崩溃。
综上所述，传统的FDMA体制的卫星通信系统存在交互效率低、宕机率高和无法准确定位故障区域的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种FDMA体制的卫星通信系统，通过改进控制单元的架构及信道检测方法，解决了传统的FDMA体制的卫星通信系统存在的交互效率低、宕机率高和无法准确定位故障区域的问题。
为解决以上问题，本发明的技术方案为采用一种FDMA体制的卫星通信系统，包括中心站、多个远端站和通信卫星，所述中心站通过所述通信卫星与多个所述远端站通信连接，所述中心站包括网管服务单元、IDU监控单元和控制单元，所述控制单元由管理层、交互层和驱动层构成，其中：在所述远端站通过ALOHA信道向所述中心站发送入网请求并成功后，所述管理层的链路管理模块生成链路信息并传输至所述管理层的信道检测模块；所述信道检测模块基于所述链路信息调用所述交互层的设备管理模块进行监视通道的配置后，所述信道检测模块生成前向信令传输至所述远端站，所述远端站反馈返向信令至所述信道检测模块并完成单次信道检测；在所述远端站与所述中心站建立通信链路时，所述信道检测模块在每个预设时间周期内进行所述单次信道检测直至所述通信链路释放。
可选地，所述控制单元的驱动层由第一通信模块、第二通信模块和第三通信模块构成，其中，所述控制单元通过所述第一通信模块与所述网关服务单元建立通信连接，所述控制单元通过所述第二通信模块与所述IDU监控单元建立通信连接，所述控制单元通过所述第三通信模块与Telnet客户端建立通信连接。
可选地，所述中心站基于TDM信道通过所述通信卫星与多个所述远端站建立前向TDM载波通信连接，所述远端站基于ALOHA信道通过所述通信卫星与所述中心站建立返向ALOHA载波通信连接，所述中心站基于SCPC信道通过所述通信卫星与多个所述远端站建立双向SCPC载波通信连接，其中，所述TDM信道和所述ALOHA信道为管理信道，所述SCPC信道为业务信道。
可选地，在所述远端站开机时，所述远端站搜索由所述中心站发送的TDM前向广播信号；在所述远端站搜索到所述TDM前向广播信号的情况下，所述远端站提取所述TDM前向广播信号中包含的ALOHA频率和时隙信息并在该ALOHA频率和时隙上基于ALOHA信道向所述中心站发送所述入网请求。
可选地，所述中心站接收到所述入网请求时，所述控制单元的所述管理层的站点管理模块基于所述入网请求包含的密匙信息进行鉴权；在所述站点管理模块鉴权成功时，所述中心站基于所述SCPC信道向所述远端站发送入网许可并建立所述双向SCPC载波通信连接，所述链路管理模块生成所述链路信息。
可选地，所述卫星通信系统还包括网管客户端，所述网管客户端与所述网管服务单元通信连接。
相应地，本发明提供，一种FDMA体制的卫星通信方法，包括：S1：远端站搜索由中心站发送的TDM前向广播信号；S2：在所述远端站搜索到所述TDM前向广播信号的情况下，所述远端站向所述中心站发送入网请求；S3：所述中心站接收到所述入网请求时，所述中心站的控制单元的管理层的站点管理模块基于所述入网请求包含的密匙信息进行鉴权；S4：在所述站点管理模块鉴权成功时，所述中心站基于SCPC信道向所述远端站发送入网许可并建立双向SCPC载波通信连接，所述控制单元的链路管理模块生成链路信息并传输至所述管理层的信道检测模块；S5：所述信道检测模块基于所述链路信息调用所述控制单元的交互层的设备管理模块进行监视通道的配置后，所述信道检测模块生成前向信令传输至所述远端站，所述远端站反馈返向信令至所述信道检测模块并完成单次信道检测；S6：在所述远端站与所述中心站建立通信链路时，所述信道检测模块在每个预设时间周期内进行所述单次信道检测直至所述通信链路释放。
可选地，所述S2包括：所述远端站通过提取所述TDM前向广播信号中包含的ALOHA频率和时隙信息，在该ALOHA频率和时隙上基于ALOHA信道向所述中心站发送入网请求。
本发明的首要改进之处为提供的FDMA体制的卫星通信系统，通过将控制单元的架构设置为管理层、交互层和驱动层，并将信道检测模块设置于管理层中，实现松耦合、模块化的系统架构的同时结合宽带卫星通信中FDMA传输体制的特点，改进信道检测模块的信道检测方法，使得信道检测模块能够基于链路信息配置相应的监视通道并进行一定时间间隔的单次信道检测，提升了中心站与远端站的交互效率以及系统带宽资源的利用率。同时，在信道检测模块检测到通信链路故障时，能够通过链路信息反向溯源对应的密匙信息进而确定存在故障的远端站的身份信息，完成对故障区域的准确定位，解决了传统的FDMA体制的卫星通信系统存在的交互效率低、宕机率高和无法准确定位故障区域的问题。
附图说明
图1是本发明的FDMA体制的卫星通信系统的简化模块连接图；
图2是本发明的控制单元的简化模块连接图；
图3是本发明的FDMA体制的卫星通信方法的简化流程图。
具体实施方式
为了使本领域的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例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种FDMA体制的卫星通信系统，包括中心站、多个远端站和通信卫星，所述中心站通过所述通信卫星与多个所述远端站通信连接，所述中心站包括网管服务单元、IDU监控单元和控制单元。如图2所示，所述控制单元由管理层、交互层和驱动层构成，其中：在所述远端站通过ALOHA信道向所述中心站发送入网请求并成功后，所述管理层的链路管理模块生成链路信息并传输至所述管理层的信道检测模块；所述信道检测模块基于所述链路信息调用所述交互层的设备管理模块进行监视通道的配置后，所述信道检测模块生成前向信令传输至所述远端站，所述远端站反馈返向信令至所述信道检测模块并完成单次信道检测；在所述远端站与所述中心站建立通信链路时，所述信道检测模块在每个预设时间周期内进行所述单次信道检测直至所述通信链路释放。其中，所述卫星通信系统还包括网管客户端，所述网管客户端与所述网管服务单元通信连接。具体的，控制单元负责提供控制服务功能，主要处理各远端站信令的收发流程，同时能够响应网管服务单元的配置查询等管理操作以及上报关键通知信息；IDU监控单元为indoor-unit监控单元，即室内监控单元，可以是调制解调设备，用于监控系统的运行状态；监视通道主要用于监视中心站和远端站的站点状态，监视通道的配置内容至少包括通道类型、通道地址、通道个数、监视状态以及监视周期；预设时间周期的计算公式可以是时间周期＝超帧周期*5+返向信息上报周期*2，其中超帧周期和返向信息上报周期可以根据系统需求进行灵活配置。
进一步的，所述控制单元的驱动层由第一通信模块、第二通信模块和第三通信模块构成，所述控制单元通过所述第一通信模块与所述网关服务单元建立通信连接，所述控制单元通过所述第二通信模块与所述IDU监控单元建立通信连接，所述控制单元通过所述第三通信模块与Telnet客户端建立通信连接。其中，第一通信模块可以是基于UDP通信协议的通信接口；第二通信模块和第三通信模块可以是基于TCP通信协议的通信接口。其中，用户能够通过Telnet客户端查看系统的参数配置、运行状态以及日志信息。
进一步的，所述中心站基于TDM信道通过所述通信卫星与多个所述远端站建立前向TDM载波通信连接，所述远端站基于ALOHA信道通过所述通信卫星与所述中心站建立返向ALOHA载波通信连接，所述中心站基于SCPC信道通过所述通信卫星与多个所述远端站建立双向SCPC载波通信连接，其中，所述TDM信道和所述ALOHA信道为管理信道，所述SCPC信道为业务信道。
更进一步的，在所述远端站开机时，所述远端站搜索由所述中心站发送的TDM前向广播信号；在所述远端站搜索到所述TDM前向广播信号的情况下，所述远端站提取所述TDM前向广播信号中包含的ALOHA频率和时隙信息并在该ALOHA频率和时隙上基于ALOHA信道向所述中心站发送所述入网请求。
更进一步的，所述中心站接收到所述入网请求时，所述控制单元的所述管理层的站点管理模块基于所述入网请求包含的密匙信息进行鉴权；在所述站点管理模块鉴权成功时，所述中心站基于所述SCPC信道向所述远端站发送入网许可并建立所述双向SCPC载波通信连接，所述链路管理模块生成所述链路信息。
本发明通过将控制单元的架构设置为管理层、交互层和驱动层，并将信道检测模块设置于管理层中，实现松耦合、模块化的系统架构的同时结合宽带卫星通信中FDMA传输体制的特点，改进信道检测模块的信道检测方法，使得信道检测模块能够基于链路信息配置相应的监视通道并进行一定时间间隔的单次信道检测，提升了中心站与远端站的交互效率以及系统带宽资源的利用率。同时，在信道检测模块检测到通信链路故障时，能够通过链路信息反向溯源对应的密匙信息进而确定存在故障的远端站的身份信息，完成对故障区域的准确定位，解决了传统的FDMA体制的卫星通信系统存在的交互效率低、宕机率高和无法准确定位故障区域的问题。
相应的，如图3所示，本发明提供，一种FDMA体制的卫星通信方法，包括：S1：远端站搜索由中心站发送的TDM前向广播信号；S2：在所述远端站搜索到所述TDM前向广播信号的情况下，所述远端站向所述中心站发送入网请求；S3：所述中心站接收到所述入网请求时，所述中心站的控制单元的管理层的站点管理模块基于所述入网请求包含的密匙信息进行鉴权；S4：在所述站点管理模块鉴权成功时，所述中心站基于SCPC信道向所述远端站发送入网许可并建立双向SCPC载波通信连接，所述控制单元的链路管理模块生成链路信息并传输至所述管理层的信道检测模块；S5：所述信道检测模块基于所述链路信息调用所述控制单元的交互层的设备管理模块进行监视通道的配置后，所述信道检测模块生成前向信令传输至所述远端站，所述远端站反馈返向信令至所述信道检测模块并完成单次信道检测；S6：在所述远端站与所述中心站建立通信链路时，所述信道检测模块在每个预设时间周期内进行所述单次信道检测直至所述通信链路释放。
进一步的，所述S2包括：所述远端站通过提取所述TDM前向广播信号中包含的ALOHA频率和时隙信息，在该ALOHA频率和时隙上基于ALOHA信道向所述中心站发送入网请求。
更进一步的，所述卫星通信方法还包括：在信道检测模块检测到通信链路故障时，信道检测模块通过链路信息反向溯源对应的密匙信息进而确定存在故障的远端站的身份信息，完成对故障区域的准确定位。
以上对本发明实施例所提供的FDMA体制的卫星通信系统及其方法进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (7)

1.一种FDMA体制的卫星通信系统，包括中心站、多个远端站和通信卫星，所述中心站通过所述通信卫星与多个所述远端站通信连接，其特征在于，所述中心站包括网管服务单元、IDU监控单元和控制单元，所述控制单元由管理层、交互层和驱动层构成，所述控制单元的驱动层由第一通信模块、第二通信模块和第三通信模块构成，所述控制单元通过所述第一通信模块与所述网管服务单元建立通信连接，所述控制单元通过所述第二通信模块与所述IDU监控单元建立通信连接，所述控制单元通过所述第三通信模块与Telnet客户端建立通信连接，其中：
在所述远端站通过ALOHA信道向所述中心站发送入网请求并成功后，所述管理层的链路管理模块生成链路信息并传输至所述管理层的信道检测模块；
所述信道检测模块基于所述链路信息调用所述交互层的设备管理模块进行监视通道的配置后，所述信道检测模块生成前向信令传输至所述远端站，所述远端站反馈返向信令至所述信道检测模块并完成单次信道检测；
在所述远端站与所述中心站建立通信链路时，所述信道检测模块在每个预设时间周期内进行所述单次信道检测直至所述通信链路释放。
2.根据权利要求1所述的卫星通信系统，其特征在于，所述中心站基于TDM信道通过所述通信卫星与多个所述远端站建立前向TDM载波通信连接，所述远端站基于ALOHA信道通过所述通信卫星与所述中心站建立返向ALOHA载波通信连接，所述中心站基于SCPC信道通过所述通信卫星与多个所述远端站建立双向SCPC载波通信连接，其中，
所述TDM信道和所述ALOHA信道为管理信道，所述SCPC信道为业务信道。
3.根据权利要求2所述的卫星通信系统，其特征在于，在所述远端站开机时，所述远端站搜索由所述中心站发送的TDM前向广播信号；
在所述远端站搜索到所述TDM前向广播信号的情况下，所述远端站提取所述TDM前向广播信号中包含的ALOHA频率和时隙信息并在该ALOHA频率和时隙上基于ALOHA信道向所述中心站发送所述入网请求。
4.根据权利要求3所述的卫星通信系统，其特征在于，所述中心站接收到所述入网请求时，所述控制单元的所述管理层的站点管理模块基于所述入网请求包含的密匙信息进行鉴权；
在所述站点管理模块鉴权成功时，所述中心站基于所述SCPC信道向所述远端站发送入网许可并建立所述双向SCPC载波通信连接，所述链路管理模块生成所述链路信息。
5.根据权利要求4所述的卫星通信系统，其特征在于，所述卫星通信系统还包括网管客户端，所述网管客户端与所述网管服务单元通信连接。
6.一种FDMA体制的卫星通信方法，其特征在于，包括：
S1：远端站搜索由中心站发送的TDM前向广播信号；
S2：在所述远端站搜索到所述TDM前向广播信号的情况下，所述远端站向所述中心站发送入网请求；
S3：所述中心站接收到所述入网请求时，所述中心站的控制单元的管理层的站点管理模块基于所述入网请求包含的密匙信息进行鉴权；
S4：在所述站点管理模块鉴权成功时，所述中心站基于SCPC信道向所述远端站发送入网许可并建立双向SCPC载波通信连接，所述控制单元的链路管理模块生成链路信息并传输至所述管理层的信道检测模块；
S5：所述信道检测模块基于所述链路信息调用所述控制单元的交互层的设备管理模块进行监视通道的配置后，所述信道检测模块生成前向信令传输至所述远端站，所述远端站反馈返向信令至所述信道检测模块并完成单次信道检测；
S6：在所述远端站与所述中心站建立通信链路时，所述信道检测模块在每个预设时间周期内进行所述单次信道检测直至所述通信链路释放。
7.根据权利要求6所述的卫星通信方法，其特征在于，所述S2包括：
所述远端站通过提取所述TDM前向广播信号中包含的ALOHA频率和时隙信息，在该ALOHA频率和时隙上基于ALOHA信道向所述中心站发送入网请求。
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