CN113746531B - 一种基于捷变点波束的准同步扩频Aloha多址接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于捷变点波束的准同步扩频Aloha多址接入方法，通过用户终端、地面站和卫星协同接入，为所有区域内用户实现通信，其特征在于，包括以下步骤：1、卫星通过前向波束捷变的方式为所有区域用户终端提供广播信息；2、用户终端根据广播信息完成信令波束的返向同步；3、用户终端与地面站协同工作，以完成用户终端接入管理。本发明提出的方法消除了多用户通信时出现的波束跳变轮询导致的不连续覆盖的问题并且具有服务效率高和使用灵活的优点。

Description

一种基于捷变点波束的准同步扩频Aloha多址接入方法

技术领域

本发明涉及多址接入技术领域，具体是一种基于捷变点波束的准同步扩频Aloha多址接入方法。

背景技术

随着无线通信的快速发展，用户日益增多，当把多个用户接入一个公共的传输媒质量实现相互间通信时，需要给每个用户的信号赋以不同的特征，以区分不同的用户。因此，为了区分多个用户的信道，多址接入扮演了至关重要的角色。在一般卫星通信网络的多址接入方式通常分为固定多址和随机多址两类。其中，固定多址一般有时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)；随机多址主要为Aloha协议，一般有同步Aloha协议和异步Aloha协议。

在传统的通信网络里，一般采用固定波束覆盖的方式服务地表用户，如HTS(High-throughput Satellite)卫星系统使用多个密集波束固定覆盖地表区域。在设计用户多址方式时，只考虑系统的时间、频率、码字等资源是否能够发挥最大的效益，而没有考虑资源利用率和服务效率。随着星载相控阵技术的快速发展，通过相控阵捷变点波束提供通信服务，为提升卫星资源利用率提供了一种可行途径，捷变点波束将突破传统固定波束覆盖的方式，可根据用户的业务需求按需调度波束提供服务，在有需要的地方调度波束服务，无用户的地方不提供波束照射，具有服务效率高，使用灵活等优点。

由于信令需要对所有区域用户提供实时服务，在设计接入机制时，针对轨道或轨迹已知的用户、轨道或轨迹未知的用户采用不同的波束轮询方法的同时，还需要考虑波束跳变轮询导致的不连续覆盖对用户接入带来的影响。因此，如何设置一种多址接入机制来解决上述技术问题，成为通信网络中亟待解决的技术问题。

发明内容

针对设计多址接入机制出现的波束跳变轮询导致的不连续覆盖对用户接入带来的问题，本发明提供一种基于捷变点波束的准同步扩频Aloha多址接入方法，以使多址接入机制能够对所有区域用户实现连续覆盖。

本发明保护一种基于捷变点波束的准同步扩频Aloha多址接入方法，通过用户终端、地面站和卫星协同接入，为所有区域内用户实现通信，包括如下步骤：

步骤1，卫星通过前向波束捷变的方式为所有区域用户终端提供广播信息；

进一步地，针对轨道或轨迹已知的用户，采用按照用户轮询的波束捷变方法提供广播信息，轨道或轨迹未知的用户，采用按照波位轮询的方法提供广播信息。

更进一步地，所述用户轮询的波束捷变方法具体为：对于已知轨道或轨迹的用户，针对所在用户的波位，卫星波束进行轮询，提供广播信息。

更进一步地，所述波位轮询的方法具体为：对于轨道或轨迹未知的用户，如果用户在卫星波束的覆盖范围内，通过挨个轮询的方式，提供广播信息。

步骤2，用户终端根据广播信息完成信令波束的返向同步；

进一步地，所述步骤2中的完成信令波束的返回同步包括如下步骤：

步骤2.1，用户终端开机调整波束指向，搜索卫星广播信号，以完成终端波束指向调整；

步骤2.2，用户终端接收卫星信令波束广播下发的系统基本参数表获取系统基本参数，校验卫星时间基准；

其中，所述卫星下发的系统基本参数表，从地面站获取得到。

步骤2.3，用户终端依据地理位置信息和广播下发的时间基准，调整接入申请信息发送时间，以完成信令波束的返向同步。

步骤3，用户终端与地面站协同工作，以完成用户终端接入管理。

进一步地，所述步骤3中，用户终端与地面站协同工作包括如下步骤：

步骤3.1，当用户终端完成返向信令信道同步后，用户终端按照准同步扩频Aloha方式发送接入申请信息；

步骤3.2，卫星转发终端收到接入申请信息后，由地面站完成用户终端认证鉴权、相关参数配置并向卫星发送终端接入应答消息；

步骤3.3，用户终端接收到卫星发送的应答消息后，判断鉴权是否成功，若成功，则完成用户注册，否则停止发送。同时，若定时器超时未收到应答，需要重新发送请求，直到收到来自卫星的应答消息；当用户终端发送请求的次数超过N次时，将停止发送接入请求。

更进一步地，所述准同步扩频Aloha方式具体如下：

不同波束之间的终端信号时间严格按照捷变波束帧边界实现对齐，终端在波束覆盖时间内随机延迟发送接入申请信息，用户发送消息的持续时间不超过当前捷变波束帧边界。

更进一步地，所述接入申请信息包括：用户终端的类型、能力参数、MAC地址、安全参数等相关参数。

更进一步地，所述应答消息包括登录响应描述符。

本发明有益效果：1、本发明设计了一种基于捷变点波束的准同步扩频Aloha多址接入方法，消除了多用户通信时出现的波束跳变轮询导致的不连续覆盖的问题；2、本发明具有服务效率高和使用灵活的优点；3、通过对不同类型的用户提供不同的轮询方法，使得波束资源的使用更为有效，避免了卫星资源不必要的浪费。

附图说明

图1为实施例1中用户终端、地面站和卫星协同接入流程示意图；

图2为实施例1中波束按用户捷变轮询示意图；

图3为实施例1中波束按波位轮询示意图；

图4为实施例1中准同步扩频Aloha方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

实施例1

一种基于捷变点波束的准同步扩频Aloha多址接入方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1，卫星通过前向波束捷变的方式为所有区域用户终端提供广播信息；

为了提高资源的利用率，对于用户轨道已知的用户，只需要针对用户所在的波位进行轮询，就可以提供广播信息。因此，针对轨道或轨迹已知的用户，采用按照用户轮询的波束捷变方法提供广播信息。对于用户轨道未知的用户，由于不知道其所处于哪个波位，则只能按照波位挨个轮询，提供广播信息。因此，针对轨道或轨迹未知的用户，采用按照波位轮询的方法提供广播信息。通过对不同类型的用户提供不同的轮询方法，使得波束资源的使用更为有效，避免了卫星资源不必要的浪费。

具体地，如图2所示，所述用户轮询的波束捷变方法的过程为：卫星一共两个前向波束，6个航天器用户。在T1时间段，两个波束同时轮询航天器1和4；在T2时间段，两个波束同时轮询航天器2和5；在T3时间段，两个波束同时轮询航天器3和6。依次循环往复。

具体地，如图3所示，所述波位轮询的方法过程为：波束一共有12个，对于用户的轨道或轨迹未知，但总是在这12个波束覆盖范围内的用户，卫星一共4个波束。在T1时间段，四个波束同时轮询图中标注区域的4个波位(S1-S4)；在T2时间段，四个波束同时轮询图中标注区域的4个波位(S5-S8)；在T3时间段，四个波束同时轮询图中标注区域的4个波位(S9-S12)；依次循环往复。

步骤2，用户终端根据广播信息完成信令波束的返向同步；

具体地，本实施例中，所述步骤2中的完成信令波束的返回同步包括如下步骤：

步骤2.1，用户终端开机调整波束指向，搜索卫星广播信号，以完成终端波束指向调整；

步骤2.2，用户终端接收卫星信令波束广播下发的系统基本参数表获取系统基本参数，校验卫星时间基准；

其中，所述卫星下发的系统基本参数表，从地面站获取得到。

步骤2.3，用户终端依据地理位置信息和广播下发的时间基准，调整接入申请信息发送时间，以完成信令波束的返向同步。

步骤3，用户终端与地面站协同工作，以完成用户终端接入管理。

具体地，本实施例中，用户终端与地面站协同工作包括如下步骤：

步骤3.1，当用户终端完成返向信令信道同步后，用户终端按照准同步扩频Aloha方式发送接入申请信息；

步骤3.2，卫星转发终端收到接入申请信息后，由地面站完成用户终端认证鉴权、相关参数配置并向卫星发送终端接入应答消息；

步骤3.3，用户终端接收到卫星发送的应答消息后，判断鉴权是否成功，若成功，则完成用户注册，否则停止发送。同时，若定时器超时未收到应答，需要重新发送请求，直到收到来自卫星的应答消息；当用户终端发送请求的次数超过N次时，将停止发送接入请求。

更具体地，所述准同步扩频Aloha方式具体如下：

不同波束之间的终端信号时间严格按照捷变波束帧边界实现对齐，终端在波束覆盖时间内随机延迟发送接入申请信息，用户发送消息的持续时间不超过当前捷变波束帧边界。如图4所示，A、B、C三个用户的消息均落在了当前跳波束帧持续时间内，可以正常发送。由于D用户消息超出了当前跳波束帧持续时间，落入了相邻的跳波束帧持续时间，因此不能正常发送。

更具体地，所述接入申请信息包括：用户终端的类型、能力参数、MAC地址、安全参数等相关参数。

更具体地，所述应答消息包括登录响应描述符。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种基于捷变点波束的准同步扩频Aloha多址接入方法，通过用户终端、地面站和卫星协同接入，为所有区域内用户实现通信，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，卫星通过前向波束捷变的方式为所有区域用户终端提供广播信息；

步骤2，用户终端根据广播信息完成信令波束的返向同步；

步骤3，用户终端与地面站协同工作，以完成用户终端接入管理；

所述步骤3中，用户终端与地面站协同工作包括如下步骤：

步骤3.1，当用户终端完成返向信令信道同步后，用户终端按照准同步扩频Aloha方式发送接入申请信息；

步骤3.2，卫星转发终端收到接入申请信息后，由地面站完成用户终端认证鉴权、相关参数配置并向卫星发送终端接入应答消息；

步骤3.3，用户终端接收到卫星发送的应答消息后，判断鉴权是否成功，若成功，则完成用户注册，否则停止发送；同时，若定时器超时未收到应答，需要重新发送请求，直到收到来自卫星的应答消息；当用户终端发送请求的次数超过N次时，将停止发送接入请求；

所述准同步扩频Aloha方式具体如下：

不同波束之间的终端信号时间严格按照捷变波束帧边界实现对齐，终端在波束覆盖时间内随机延迟发送接入申请信息，用户发送消息的持续时间不超过当前捷变波束帧边界。

2.根据权利要求1所述的基于捷变点波束的准同步扩频Aloha多址接入方法，其特征在于，所述接入申请信息包括：用户终端的类型、能力参数、MAC地址和安全参数。

3.根据权利要求1所述的基于捷变点波束的准同步扩频Aloha多址接入方法，其特征在于，所述应答消息包括登录响应描述符。

4.根据权利要求1所述的基于捷变点波束的准同步扩频Aloha多址接入方法，其特征在于，所述步骤1中，针对轨道或轨迹已知的用户，采用按照用户轮询的波束捷变方法提供广播信息；轨道或轨迹未知的用户，采用按照波位轮询的方法提供广播信息。

5.根据权利要求4所述的基于捷变点波束的准同步扩频Aloha多址接入方法，其特征在于，所述用户轮询的波束捷变方法具体为：对于已知轨道或轨迹的用户，针对所在用户的波位，卫星波束进行轮询，提供广播信息。

6.根据权利要求4所述的基于捷变点波束的准同步扩频Aloha多址接入方法，其特征在于，所述波位轮询的方法具体为：对于轨道或轨迹未知的用户，如果用户在卫星波束的覆盖范围内，通过挨个轮询的方式，提供广播信息。

7.根据权利要求1所述的基于捷变点波束的准同步扩频Aloha多址接入方法，其特征在于，所述步骤2中的完成信令波束的返回同步包括如下步骤：

步骤2.1，用户终端开机调整波束指向，搜索卫星广播信号，以完成终端波束指向调整；

步骤2.2，用户终端接收卫星信令波束广播下发的系统基本参数表获取系统基本参数，校验卫星时间基准；

其中，所述卫星下发的系统基本参数表，从地面站获取得到；

步骤2.3，用户终端依据地理位置信息和广播下发的时间基准，调整接入申请信息发送时间，以完成信令波束的返向同步。

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