CN113644958A - 一种低轨卫星窄带通信系统及同频干扰规避方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低轨卫星窄带通信系统及同频干扰规避方法，该系统包括低轨星座、信关站、终端，所述信关站和低轨星座对同频波束增加掩码设置并通过掩码对终端消息进行校验，所述终端用于生成随机接入消息以及消息校验码，并将消息校验码和掩码异或生成中间码；所述方法为将同频波束的掩码设置成不同的值，终端生成随机接入消息以及该消息校验码，并将收到的波束掩码与消息校验码进行异或，生成中间码并同接入消息发送到网络；网络侧将接入波束掩码与收到的中间码异或，并于消息校验码比较，相等则允许该终端接入。本发明从实现网络侧规避接入信号的干扰，为有效用户分配控制信道资源，减少控制信道资源的浪费。

Description

一种低轨卫星窄带通信系统及同频干扰规避方法
技术领域
本发明涉及卫星窄带通信系统，具体涉及一种低轨卫星窄带通信系统及同频干扰规避方法。
背景技术
低轨窄带卫星通信系统是通过低轨星座进行信号转发的卫星通信系统，与宽带卫星通信系统不同，它用户链路主要工作在L、S频段，可支持小型化便携式终端。目前世界上已经建设完成的低轨星座卫星通信系统主要有Iridium、GlobalStar等，我国主要有虹云、鸿雁等系统。一般来说，低轨星座卫星通信系统由低轨星座、信关站、用户终端等三部分组成，如图1所示。
低轨星座由若干颗分布同一高度不同轨道上的LEO卫星构成，每颗卫星通过多波束实现用户链路频谱资源的高效利用，星座内的所有卫星通过星间链路互联起来，卫星负责维护它们自身之间的星间链路、与信关站和系统控制端之间的馈电链路，如图2所示。
信关站作为低轨星座卫星通信系统的重要组成部分，完成卫星载荷的管理和低轨星座卫星通信系统的业务处理、网络管理、运营管理、业务结算等功能，同时负责低轨星座卫星通信系统与PSTN、PLMN等地面系统的互联互通。
用户终端由分布在低轨星座波束覆盖范围内的各种手持、便携、车载等各型终端组成，终端是用户接入低轨星座卫星通信系统的门户和应用平台，用于建立用户与卫星间的数据传输链路，每个终端具备在波束间、卫星间、信关站间的切换能力，能够为用户提供持续不断的业务服务。
同频干扰是指干扰信号的载频与有用信号的载频相同，并对接收同频有用信号的接收机造成的干扰，是卫星系统中干扰的主要来源。从空间角度分析，干扰主要分为同星干扰、邻星干扰。由于天线方向图具有一定的宽度，地面发送天线会在同频波束上产生干扰辐射(上行同频干扰)，地面接收天线也会在同频波束上接收到干扰信号(下行同频干扰)，其建模如下图2所示。
系统内的干扰可定义为所需要的信号功率与干扰功率之比(C/I)，而控制干扰的一个重要因素就是地球站的天线辐射方向图。为了确定C/I与天线辐射方向图的关系，有必要定义系统所涉及到的集合关系。如2图所示，终端A和终端B分别在距离较远的BeamA、BeamB两个同频波束中，上行同频干扰的线路是：终端A发送，终端B所在的卫星波束也能收到干扰信号，经卫星透明转发，信关站GS在两个同频波束内均收到终端A发送的信号，其中一个波束为干扰信号。
为了保证用户终端正常接入，网络侧对终端随机接入信号的链路门限(如功率、时频窗口等)要求较低，网络侧既可以从波束A正常检测到用户终端A发送的随机接入信号，同时也可以在波束B检测到用户A发送的接入信号，甚至可以在临近卫星上的同频波束上检测到用户A发送的接入信号，若不对接入信号进行检测，将导致不必要的控制信道资源分配，降低系统用户接入效率。
一方面，基于L/S频段的终端的方向性较弱，终端发射的信号同时在多个方向上衰减不明显，另一方面网络为了保证用户终端在极端条件下(如波束边缘、阴影等地区)的正常接入，网络侧放宽了终端接入信号的链路要求，这就导致了网络侧能够同时在多个同频波束或者临近卫星同频波束检测到接入信号，若不采用有效手段，则网络将在多个波束为用户分配控制信道资源，严重浪费系统信道资源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低轨卫星窄带通信系统及同频干扰规避方法，可以识别终端有效接入信号，为有效用户分配控制信道资源，减少控制信道资源的浪费。
实现本发明目的的技术方案为：
一种低轨卫星窄带通信系统，包括低轨星座、信关站、终端，所述信关站和低轨星座的网络侧对同频波束增加掩码设置并通过掩码对终端消息进行校验，所述终端用于生成随机接入消息以及消息校验码，并通过消息校验码和掩码生成中间码。
进一步的，所述消息校验码和掩码通过异或生成中间码。
进一步的，所述通过掩码对终端消息进行校验具体为：将掩码与终端消息的中间码异或，如果异或值与消息校验码相同，则该波束允许该终端正常接入，否则，拒绝该终端的接入。
一种所述低轨卫星窄带通信系统的同频干扰规避方法，包括以下步骤：
对系统中波束增加掩码设置，网络侧将多个同频波束的掩码设置为不同的值，将波束的掩码发送至该波束内所有终端；
终端收到波束的掩码，生成随机接入消息以及消息校验码，并将掩码与消息校验码进行异或生成中间码，将中间码、消息校验码和接入消息发送到网络；
当网络侧收到某终端消息，将所有同频波束的掩码分别与中间码进行异或获取异或值，如果异或值与消息校验码相同，则该波束允许该终端正常接入，否则，拒绝该终端的接入。
本发明与现有技术相比，其显著效果为：本发明在接入消息编码过程中引入波束掩码机制，网络根据单星或多星同频波束临近覆盖情况，将同频波束的波束掩码设置成不同的值，从而实现网络侧规避接入信号的干扰；网络侧通过识别随机接入消息中的波束掩码可以识别终端有效接入信号，允许有效用户进入后续接入流程，无效接入消息直接在随机接入阶段丢弃，为有效用户分配控制信道资源，减少控制信道资源的浪费。
附图说明
图1为目前低轨星座卫星通信系统组成示意图。
图2为地面接收天线在同频波束上接收到干扰信号时模型示意图。
图3为本发明同频干扰规避方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
为了有效规避接入信号对接入流程的影响，在接入消息编码过程中引入波束掩码机制，网络通过识别随机接入消息中的波束掩码来解决同频干扰带来的通信问题，该方案对收到的随机接入消息的波束掩码进行分析识别，允许有效用户进入后续接入流程，无效接入消息直接在随机接入阶段丢弃。为此，提出一种低轨卫星窄带通信系统，包括低轨星座、信关站、终端，所述终端用于生成随机接入消息以及消息校验码，并将消息校验码和掩码异或生成中间码。所述信关站和低轨星座对同频波束增加掩码设置并通过掩码对终端消息进行校验，所述通过掩码对终端消息进行校验具体为：将掩码与终端消息的中间码异或，如果异或值与消息校验码相同，则该波束允许该终端正常接入，否则，拒绝该终端的接入。
如图3所示，一种基于所述系统的同频干扰规避方法为：
(1)根据单星或多星同频波束覆盖情况，将同频波束的波束掩码设置为不同的值，网络侧(包括信关站和低轨星座)将波束掩码通过广播信息发送给波束内所有终端；
(2)终端收到波束广播消息后，生成随机接入消息以及该消息校验码，并将收到的波束掩码与消息校验码进行异或，生成中间码并同接入消息发送到网络；
(3)网络收到终端消息后，利用波束的掩码与对收到的中间码进行异或，获得异或值与消息校验码比较，若相同则允许该终端正常接入，否则，丢弃该终端的接入。
实施例
假设系统中存在两个同频波束A和B，波束A的掩码为00000001b(b代表二进制)，波束B的掩码为00000010b。处在波束A覆盖区的终端T将发送随机接入消息0x12356789ABCDEF及校验码00010111b，终端T在发送随机接入消息之前，将校验码00010111b与波束A的掩码00000001b异或，得到含有波束掩码的中间码00010110b。然后将0x12356789ABCDEF和00010110b一起发送给网络侧。由于随机接入消息的解调门限较低，网络侧A和B两个波束可同时收到随机接入消息和掩码。波束A利用掩码00000001b和中间码00010110b异或得到校验码00010111b，并对0x123456789ABCDEF校验得到同样的校验码00010111b，因此，这个消息即为A波束的消息。波束B利用波束掩码00000010b和中间码00010110b异或得到校验码00010101b，显然该校验码是不正确的，因此波束B丢掉该消息。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低轨卫星窄带通信系统，包括低轨星座、信关站、终端，其特征在于，所述信关站和低轨星座的网络侧对同频波束增加掩码设置并通过掩码对终端消息进行校验，所述终端用于生成随机接入消息以及消息校验码，并通过消息校验码和掩码生成中间码。
2.根据权利要求1所述的低轨卫星窄带通信系统，其特征在于，所述消息校验码和掩码通过异或生成中间码。
3.根据权利要求2所述的低轨卫星窄带通信系统，其特征在于，所述通过掩码对终端消息进行校验具体为：将掩码与终端消息的中间码异或，如果异或值与消息校验码相同，则该波束允许该终端正常接入，否则，拒绝该终端的接入。
4.基于权利要求1～3所述系统的一种低轨卫星窄带通信系统的同频干扰规避方法，其特征在于，包括以下步骤：
对系统中波束增加掩码设置，网络侧将多个同频波束的掩码设置为不同的值，将波束的掩码发送至该波束内所有终端；
终端收到波束的掩码，生成随机接入消息以及消息校验码，并将掩码与消息校验码进行异或生成中间码，将中间码、消息校验码和接入消息发送到网络；
当网络侧收到某终端消息，将所有同频波束的掩码分别与中间码进行异或获取异或值，如果异或值与消息校验码相同，则该波束允许该终端正常接入，否则，拒绝该终端的接入。
5.根据权利要求4所述的同频干扰规避方法，其特征在于，所述网络侧根据单星或多星同频波束覆盖情况，将多个同频波束的掩码设置为不同的值。
6.根据权利要求4所述的同频干扰规避方法，其特征在于，所述网络侧和终端发送的数据采用广播形式。
7.根据权利要求4所述的同频干扰规避方法，其特征在于，所述同频波束为2个，分别为波束A和波束B，波束A的掩码设置为00000001b，波束B的掩码设置为00000010b。
8.根据权利要求7所述的同频干扰规避方法，其特征在于，所述A波束内终端生成的消息校验码为00010111b，A波束的掩码与消息校验码进行异或生成的中间码为00010110b。
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