CN113783597A - 近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧系统及组帧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于近地遥感卫星的数据传输技术领域，具体地说，涉及一种近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧系统，包括：传输帧组帧模块和物理帧组帧模块；该传输帧组帧模块，用于对星上有效载荷数据进行拆分后再重新合并，得到多个K比特的基带帧；对每一个基带帧进行BB加扰后，再进行BCH编码和LDPC编码，得到多个数据传输帧，并将其进行数据交织；该物理帧组帧模块，用于对每一个数据交织后的数据传输帧进行码型映射后再进行重新分配，得到N个特定调制方式的数据帧；在第一个特定调制方式的数据帧增设物理帧头，在之后剩余的N‑1个特定调制方式的数据帧之间添加导频；对除去物理帧头外的传输帧数据进行物理层加扰和基带成形滤波。

Description

近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧系统及组帧方法
技术领域
本发明属于近地遥感卫星的数据传输技术领域，具体地说，涉及近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧系统及组帧方法。
背景技术
随着遥感卫星高分辨率图像及综合遥感有效载荷技术的发展，卫星对地面的数据传输能力不断面临技术上的新挑战。面对有效载荷数传码速率达到数Gbps的需求，地面站能力、信道编码能力已经接近技术实现的极限；现有常规数传技术要提高数传能力，对信道及卫星资源需求很大，信道带宽及发射功率已经成为资源瓶颈。
根据卫星运行轨道的固有规律，近地遥感卫星在通过地面站的过程中出现一个通信距离随着地面站天线不同仰角而变化的情景，在通信链路上形成了链路增益余量的变化。由于传统卫星数传链路是根据最小的链路余量选择编码调制方式、确定星载发射功率；当地面天线仰角增大时，通信距离缩短，使得链路余量变大，这必然导致较大的发射功率浪费；VCM(Variable Coding Modulation，可变编码调制)技术正是利用这部分链路增益余量得以传输更高的数据率。
在VCM的具体实现过程中，统一、规范化组帧方案，是首要且必须的环节，这涉及到星上系统、地面接收系统、科学应用系统多方协调，需要与现有地面接收设备兼容，以免影响数据传输。帧结构设计对于整个地面接收系统的性能是非常关键的，帧格式设计的越好，则造就的接收机的性能就越高，还能够以低成本和最低开销，实现快速帧捕获和可靠跟踪(时间和频率锁定)，改进系统误码率性能。而且，对于VCM帧结构的设计，需要在满足通用国际标准的基础上，兼容常规编码调制体制下的上层数据包格式。
现有的组帧方式存在串联级联卷积码标准、BCH外码和LDPC内码的级联编码标准等多种标准并存，每种标准制定的组帧方案抽象繁杂，编码调制方式不统一，并且没有明确清晰的实施过程，不利于星上发射与地面接收系统的实现。
发明内容
为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧系统，该系统是基于DVB-S2协议，该系统包括：传输帧组帧模块和物理帧组帧模块；
所述传输帧组帧模块，用于对星上有效载荷数据进行拆分后再重新合并，得到多个K比特的基带帧；对每一个基带帧进行BB加扰，得到多个BB加扰后的基带帧；对每一个BB加扰后的基带帧进行BCH编码和LDPC编码，得到附加BCH编码和LDPC编码的长度为L的基带帧，并将其作为数据传输帧，进而得到多个数据传输帧；将得到的多个数据传输帧进行数据交织，得到多个数据交织后的数据传输帧；
所述物理帧组帧模块，用于对每一个数据交织后的数据传输帧进行码型映射，得到M组传输帧数据；对M组传输帧数据进行重新分配，得到N个特定调制方式的数据帧；在第一个特定调制方式的数据帧增设物理帧头，在之后剩余的N-1个特定调制方式的数据帧之间添加导频，得到带有物理帧头的传输帧数据；对每个带有物理帧头的传输帧数据，对除去物理帧头外的传输帧数据进行物理层加扰和基带成形滤波，得到滤波传输帧数据，完成数据传输的组帧。
作为上述技术方案的改进之一，所述传输帧组帧模块包括：AOS数据帧重组基带帧单元、基带帧加扰单元、BCH编码单元、LDPC编码单元和数据交织单元；
所述AOS数据帧重组基带帧单元，用于对星上有效载荷数据进行拆分，得到多个AOS数据帧，将多个AOS数据帧进行重新合并，得到多个K比特的基带帧；
所述基带帧加扰单元，用于对每一个基带帧进行BB加扰，得到多个BB加扰后的基带帧；
所述BCH编码单元，用于对每一个BB加扰后的基带帧进行BCH编码，得到BCH编码后的基带帧；
所述LDPC编码单元，用于对BCH编码后的基带再进行LDPC编码，得到附加BCH编码和LDPC编码的长度为L的基带帧，并将其作为数据传输帧，进而得到多个数据传输帧；
所述数据交织单元，用于将得到的多个数据传输帧进行数据交织，得到多个数据交织后的数据传输帧。
作为上述技术方案的改进之一，所述物理帧组帧模块包括：调制方式码型映射单元、添加物理帧头单元、添加导频单元、物理层加扰单元和基带成形滤波单元；
所述调制方式码型映射单元，用于根据不同的调制方式星座映射规则，对每一个数据交织后的数据传输帧进行码型映射，得到M组传输帧数据；从M组传输帧数据，从第一组传输帧数据开始，每16组传输帧数据作为特定调制方式的数据帧，得到N个特定调制方式的数据帧，最后一组不足16组传输帧数据也作为特定调制方式的数据帧；
所述添加物理帧头单元，用于对得到的N个特定调制方式的数据帧，在第一个特定调制方式的数据帧增设物理帧头，得到带有物理帧头的数据帧；
所述添加导频单元，用于在之后剩余的N-1个特定调制方式的数据帧之间添加导频，得到带有物理帧头的传输帧数据；重复上述过程，得到多个带有物理帧头的传输帧数据；
所述物理层加扰单元，用于对每个带有物理帧头的传输帧数据，对除去物理帧头外的传输帧数据进行物理层加扰，得到物理加扰后的传输帧数据；重述上述过程，得到多个物理加扰后的传输帧数据；
所述基带成形滤波单元，用于采用平方根升余弦数字成形滤波器，对得到的多个物理加扰后的传输帧数据进行基带成形滤波，得到滤波传输帧数据，完成数据传输的组帧。
作为上述技术方案的改进之一，所述物理帧头包括：帧头和编码调制参数；
所述帧头为已知的码元序列；所述编码调制参数为当前帧数据采用的编码调制方式。
本发明还提供了一种近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧方法，该方法包括：
传输帧组帧模块对星上有效载荷数据进行拆分后再重新合并，得到多个K比特的基带帧；对每一个基带帧进行BB加扰，得到多个BB加扰后的基带帧；对每一个BB加扰后的基带帧进行BCH编码和LDPC编码，得到附加BCH编码和LDPC编码的长度为L的基带帧，并将其作为数据传输帧，进而得到多个数据传输帧；将得到的多个数据传输帧进行数据交织，得到多个数据交织后的数据传输帧；
物理帧组帧模块对每一个数据交织后的数据传输帧进行码型映射，得到M组传输帧数据；对M组传输帧数据进行重新分配，得到N个特定调制方式的数据帧；在第一个特定调制方式的数据帧增设物理帧头，在之后剩余的N-1个特定调制方式的数据帧之间添加导频，得到带有物理帧头的传输帧数据；对每个带有物理帧头的传输帧数据，对除去物理帧头外的传输帧数据进行物理层加扰和基带成形滤波，得到滤波传输帧数据，完成数据传输的组帧。
作为上述技术方案的改进之一，所述传输帧组帧模块对星上有效载荷数据进行拆分后再重新合并，得到多个K比特的基带帧；对每一个基带帧进行BB加扰，得到多个BB加扰后的基带帧；对每一个BB加扰后的基带帧进行BCH编码和LDPC编码，得到附加BCH编码和LDPC编码的长度为L的基带帧，并将其作为数据传输帧，进而得到多个数据传输帧；将得到的多个数据传输帧进行数据交织，得到多个数据交织后的数据传输帧；其具体过程为：
AOS数据帧重组基带帧单元对星上有效载荷数据进行拆分，得到多个AOS数据帧，将多个AOS数据帧进行重新合并，得到多个K比特的基带帧；
基带帧加扰单元对每一个基带帧进行BB加扰，得到多个BB加扰后的基带帧；
BCH编码单元对每一个BB加扰后的基带帧进行BCH编码，得到BCH编码后的基带帧；
LDPC编码单元对BCH编码后的基带再进行LDPC编码，得到附加BCH编码和LDPC编码的长度为L的基带帧，并将其作为数据传输帧，进而得到多个数据传输帧；
数据交织单元将得到的多个数据传输帧进行数据交织，得到多个数据交织后的数据传输帧。
作为上述技术方案的改进之一，所述物理帧组帧模块对每一个数据交织后的数据传输帧进行码型映射，得到M组传输帧数据；对M组传输帧数据进行重新分配，得到N个特定调制方式的数据帧；在第一个特定调制方式的数据帧增设物理帧头，在之后剩余的N-1个特定调制方式的数据帧之间添加导频，得到带有物理帧头的传输帧数据；对每个带有物理帧头的传输帧数据，对除去物理帧头外的传输帧数据进行物理层加扰和基带成形滤波，得到滤波传输帧数据，完成数据传输的组帧；其具体过程为：
调制方式码型映射单元根据不同的调制方式星座映射规则，对每一个数据交织后的数据传输帧进行码型映射，得到M组传输帧数据；从M组传输帧数据，从第一组传输帧数据开始，每16组传输帧数据作为特定调制方式的数据帧，得到N个特定调制方式的数据帧，最后一组不足16组传输帧数据也作为特定调制方式的数据帧；
添加物理帧头单元对得到的N个特定调制方式的数据帧，在第一个特定调制方式的数据帧增设物理帧头，得到带有物理帧头的数据帧；
添加导频单元在之后剩余的N-1个特定调制方式的数据帧之间添加导频，得到带有物理帧头的传输帧数据；重复上述过程，得到多个带有物理帧头的传输帧数据；
物理层加扰单元对每个带有物理帧头的传输帧数据，对除去物理帧头外的传输帧数据进行物理层加扰，得到物理加扰后的传输帧数据；重述上述过程，得到多个物理加扰后的传输帧数据；
基带成形滤波单元采用平方根升余弦数字成形滤波器，对得到的多个物理加扰后的传输帧数据进行基带成形滤波，得到滤波传输帧数据，完成数据传输的组帧。
作为上述技术方案的改进之一，所述物理帧头包括：帧头和编码调制参数；
所述帧头为已知的码元序列；所述编码调制参数为当前帧数据采用的编码调制方式。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、本发明的组帧方法的组帧过程明晰，便于星上数传系统的实施，可以有效地提高整个卫星通信链路的传输效率；
2、本发明的组帧方法基于DVB-S2标准协议，对星上发端系统和地面接收系统起到了约束和规范的作用，帧结构的特点决定了可以实现多模式无缝、无误码切换。
3、本发明的组帧方法，其数据帧格式可以与CCM模式的AOS数据帧格式兼容，故而这一兼容性允许将VCM模式方便地集成到现有系统中，而不会导致设备成本的增加。
附图说明
图1是本发明的近地遥感卫星可变编码调制数据传输的组帧方法的流程图；
图2是本发明的近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧方案中基带帧加扰示意图；
图3是本发明的近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧方法的一个实施例中的QPSK星座映射示意图；
图4是本发明的近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧方法的一个实施例中的8PSK星座映射示意图；
图5是本发明的近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧方法的一个实施例中的16APSK星座映射示意图；
图6是本发明的近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧方法的一个实施例中的32APSK星座映射示意图；
图7是本发明的近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧方法的一个实施例中的步骤8)中的扰码产生框图示意图。
具体实施方式
现结合附图和实例对本发明作进一步的描述。
本发明提供了近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧系统，该系统高效可行，兼容常规AOS数据传输帧格式，可以根据通信链路性能的变化实现多种编码调制模式的无缝切换，并保证切换过程无误码，同时做到星上数据传输系统与现有地面接收设备兼容。
VCM数据传输的思想是在有限的传输时间和信道带宽内，同时在满足传输误码率要求和链路余量要求的条件下，充分利用由于卫星轨道位置的变化带来的链路余量的变化，通过选取不同的编码调制方式进行切换，以获得尽可能大的信息吞吐量。
本发明提供了一种基于DVB-S2协议的近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧系统，确定编码调制协议和组帧方案，星上系统据此设计编码调制设备，地面接收系统据此设计解调译码设备；可以兼容常规编码调制方案中的AOS数据帧格式，同时可以实现不同编码调制方式的灵活切换并保证切换过程无缝、无误码，有效提升了通信系统的效能。
该系统包括：传输帧组帧模块和物理帧组帧模块；
所述传输帧组帧模块，用于对星上有效载荷数据进行拆分，得到多个AOS数据帧，将多个AOS数据帧进行重新合并，得到多个K比特的基带帧；对每一个基带帧进行BB加扰，得到BB加扰后的基带帧；对BB加扰后的基带帧进行BCH编码和LDPC编码，得到附加BCH编码和LDPC编码的长度为L的基带帧，并将其作为数据传输帧，进而得到多个数据传输帧；将得到的多个数据传输帧进行数据交织，得到多个数据交织后的数据传输帧；
其中，K比特的取值通过采用长帧或者短帧模式和采用何种具体的码率的LDPC编码，联合确定。支持编码帧长为64800比特(长帧)或者16200比特(短帧)，支持码率为1/4、1/3、2/5、1/2、3/5、2/3、3/4、4/5、5/6、8/9、或9/10的LDPC编码；支持QPSK、8PSK、16APSK、32APSK调制方式；支持28种不同的编码调制方式组合。
其中，BB加扰的加扰多项式为1+X14+X15，初始化序列为100101010000000。在其他具体实施例中，如果在AOS数据帧进行重新组帧时，已经进行过加扰处理，可选择不进行基带帧加扰。
其中，以BCH编码为外码，LDPC编码为内码，对BB加扰后的基带帧的信息数据进行信道编码，提高纠错能力。根据DVB-S2标准，对K个信息比特进行BCH编码，生成长度为Kldpc的码字，然后再对Kldpc个信息比特进行LDPC编码，生成长度为L的码字，得到附加L长度的码字的基带帧，将其作为数据传输帧。
将得到的多个数据传输帧进行数据交织，即调制方式所需的行列交织，按列的方式串行写入交织器，按行的方式串行读出，完成数据交织；数据交织只适应于8PSK、16APSK、32APSK调制方式。
所述物理帧组帧模块，用于根据不同的调制方式星座映射规则，对每一个数据交织后的数据传输帧进行码型映射，得到M组传输帧数据；从M组传输帧数据，从第一组传输帧数据开始，每16组传输帧数据作为特定调制方式的数据帧，得到N个特定调制方式的数据帧，最后一组不足16组传输帧数据也作为特定调制方式的数据帧；对得到的N个特定调制方式的数据帧，在第一个特定调制方式的数据帧增设物理帧头，在之后剩余的N-1个特定调制方式的数据帧之间添加导频，得到带有物理帧头的传输帧数据；重复上述过程，得到多个带有物理帧头的传输帧数据；
对每个带有物理帧头的传输帧数据，对除去物理帧头外的传输帧数据进行物理层加扰，得到物理加扰后的传输帧数据；
重述上述过程，得到多个物理加扰后的传输帧数据；
采用平方根升余弦数字成形滤波器，对得到的多个物理加扰后的传输帧数据进行基带成形滤波，得到滤波传输帧数据，完成数据传输的组帧。
其中，所述传输帧组帧模块包括：AOS数据帧重组基带帧单元、基带帧加扰单元、BCH编码单元、LDPC编码单元和数据交织单元；
所述AOS数据帧重组基带帧单元，用于对星上有效载荷数据进行拆分，得到多个AOS数据帧，将多个AOS数据帧进行重新合并，得到多个K比特的基带帧；
所述基带帧加扰单元，用于对每一个基带帧进行BB加扰，得到多个BB加扰后的基带帧；
所述BCH编码单元，用于对每一个BB加扰后的基带帧进行BCH编码，得到BCH编码后的基带帧；
所述LDPC编码单元，用于对BCH编码后的基带再进行LDPC编码，得到附加BCH编码和LDPC编码的长度为L的基带帧，并将其作为数据传输帧，进而得到多个数据传输帧；
所述数据交织单元，用于将得到的多个数据传输帧进行数据交织，得到多个数据交织后的数据传输帧。
所述物理帧组帧模块包括：调制方式码型映射单元、添加物理帧头单元、添加导频单元、物理层加扰单元和基带成形滤波单元；
所述调制方式码型映射单元，用于根据不同的调制方式星座映射规则，对每一个数据交织后的数据传输帧进行码型映射，得到M组传输帧数据；从M组传输帧数据，从第一组传输帧数据开始，每16组传输帧数据作为特定调制方式的数据帧，得到N个特定调制方式的数据帧，最后一组不足16组传输帧数据也作为特定调制方式的数据帧；
所述添加物理帧头单元，用于对得到的N个特定调制方式的数据帧，在第一个特定调制方式的数据帧增设物理帧头，得到带有物理帧头的数据帧；
所述添加导频单元，用于在之后剩余的N-1个特定调制方式的数据帧之间添加导频，得到带有物理帧头的传输帧数据；重复上述过程，得到多个带有物理帧头的传输帧数据；
所述物理层加扰单元，用于对每个带有物理帧头的传输帧数据，对除去物理帧头外的传输帧数据进行物理层加扰，得到物理加扰后的传输帧数据；重述上述过程，得到多个物理加扰后的传输帧数据；
所述基带成形滤波单元，用于采用平方根升余弦数字成形滤波器，对得到的多个物理加扰后的传输帧数据进行基带成形滤波，得到滤波传输帧数据，完成数据传输的组帧。
其中，所述物理帧头包括：帧头和编码调制参数；
所述帧头为已知的码元序列；所述编码调制参数为当前帧数据采用的编码调制方式。
其中，调制方式码型映射，具体为：按照QPSK(2比特/符号)、8PSK(3比特/符号)、16APSK(4比特/符号)、32APSK(5比特/符号)星座映射规则进行码型映射。
如图1所示，本发明还提供了一种近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧方法，该方法包括：
传输帧组帧模块对星上有效载荷数据进行拆分后再重新合并，得到多个K比特的基带帧；对每一个基带帧进行BB加扰，得到多个BB加扰后的基带帧；对每一个BB加扰后的基带帧进行BCH编码和LDPC编码，得到附加BCH编码和LDPC编码的长度为L的基带帧，并将其作为数据传输帧，进而得到多个数据传输帧；将得到的多个数据传输帧进行数据交织，得到多个数据交织后的数据传输帧；
具体地，AOS数据帧重组基带帧单元对星上有效载荷数据进行拆分，得到多个AOS数据帧，将多个AOS数据帧进行重新合并，得到多个K比特的基带帧；
基带帧加扰单元对每一个基带帧进行BB加扰，得到多个BB加扰后的基带帧；
BCH编码单元对每一个BB加扰后的基带帧进行BCH编码，得到BCH编码后的基带帧；
LDPC编码单元对BCH编码后的基带再进行LDPC编码，得到附加BCH编码和LDPC编码的长度为L的基带帧，并将其作为数据传输帧，进而得到多个数据传输帧；
数据交织单元将得到的多个数据传输帧进行数据交织，得到多个数据交织后的数据传输帧。
物理帧组帧模块对每一个数据交织后的数据传输帧进行码型映射，得到M组传输帧数据；对M组传输帧数据进行重新分配，得到N个特定调制方式的数据帧；在第一个特定调制方式的数据帧增设物理帧头，在之后剩余的N-1个特定调制方式的数据帧之间添加导频，得到带有物理帧头的传输帧数据；对每个带有物理帧头的传输帧数据，对除去物理帧头外的传输帧数据进行物理层加扰和基带成形滤波，得到滤波传输帧数据，完成数据传输的组帧。
具体地，调制方式码型映射单元根据不同的调制方式星座映射规则，对每一个数据交织后的数据传输帧进行码型映射，得到M组传输帧数据；从M组传输帧数据，从第一组传输帧数据开始，每16组传输帧数据作为特定调制方式的数据帧，得到N个特定调制方式的数据帧，最后一组不足16组传输帧数据也作为特定调制方式的数据帧；
添加物理帧头单元对得到的N个特定调制方式的数据帧，在第一个特定调制方式的数据帧增设物理帧头，得到带有物理帧头的数据帧；
添加导频单元在之后剩余的N-1个特定调制方式的数据帧之间添加导频，得到带有物理帧头的传输帧数据；重复上述过程，得到多个带有物理帧头的传输帧数据；
物理层加扰单元对每个带有物理帧头的传输帧数据，对除去物理帧头外的传输帧数据进行物理层加扰，得到物理加扰后的传输帧数据；重述上述过程，得到多个物理加扰后的传输帧数据；
基带成形滤波单元采用平方根升余弦数字成形滤波器，对得到的多个物理加扰后的传输帧数据进行基带成形滤波，得到滤波传输帧数据，完成数据传输的组帧。
其中，所述物理帧头包括：帧头和编码调制参数；
所述帧头为已知的码元序列；所述编码调制参数为当前帧数据采用的编码调制方式。
实施例1.
在本实施例中，传输帧层面都是以比特为单位进行操作；物理帧层面是以符号为单位进行操作。可变编码调制数据传输，简称为VCM，具体为：该传输体制是基于DVB-S2协议所做的航天适应性修改，支持编码帧长为64800比特(长帧)或者16200比特(短帧)，支持码率为1/4、1/3、2/5、1/2、3/5、2/3、3/4、4/5、5/6、8/9、或9/10LDPC编码；支持QPSK、8PSK、16APSK、32APSK调制方式。支持28种不同的编码调制方式组合，所有组合方式如表3所示。
具体的组帧方法如下：
步骤1)AOS数据帧重组基带帧，具体为：通常星上有效载荷常规编码调制(CC M)体制数据格式按照“CCSDS 732.0-B-2，July 2006，AOS空间数据链路协议”的标准执行，简称AOS数据帧。为了做到兼容CCM，VCM基带帧将AOS数据帧视为数据内容进行打包，一帧VCM基带帧包含经过拆分合并成帧长为K比特的AOS数据，K的取值取决于两个因素：采用长帧或者短帧模式、采用何种码率的LDPC编码。表1给出了两种帧长模式下11种LDPC编码码率所对应的K值取值。
表1基带帧长度K
Figure BDA0003205304430000101
Figure BDA0003205304430000111
步骤2)基带帧加扰，可以使信号谱密度降低，有利于接收端比特同步，具体为：按照基带帧为单位对每一帧基带帧进行加扰，加扰多项式为1+X14+X15，初始化序列为100101010000000。因为VCM基带帧是由AOS数据帧组成的，如果在AOS帧组帧时已经进行过加扰处理，可选择不进行基带帧加扰。基带帧加扰实现框图如图2所示。
步骤3)BCH编码和LDPC编码，具体为：以BCH编码为外码，LDPC编码为内码，对信息数据进行信道编码，提高纠错能力。根据DVB-S2标准对K个信息比特进行BCH编码，生成长度为Kldpc的码字，然后对Kldpc个信息比特进行LDPC编码，生成长度为L的码字。两种帧长模式下的Kldpc取值如表2所示。
表2BCH编码后/LDPC编码前数据长度Kldpc
Figure BDA0003205304430000112
步骤4)数据交织，具体为：实现调制方式所需的行列交织，编码后数据按列的方式串行写入交织器，按行的方式串行读出，数据交织只适应于8PSK、16APSK、32APSK调制方式。
至此，已经完成传输帧层面的组帧，下面需要将比特信息流进行调制方式码型映射，转换成符号流以便进行物理层组帧。
物理帧的组成通常包括：物理帧头、数据和导频；其中，物理帧头标明了本帧数据的编码调制方式，以便地面接收设备据此识别本帧数据是采用何种编码调制方式，从而采用相应的解调译码方式。
步骤5)调制方式码型映射，具体为：按照不同的调制方式星座映射规则进行码型映射。QPSK(2比特/符号)，映射规则星座图如图3所示；8PSK(3比特/符号)，映射规则星座图如图4所示；16APSK(4比特/符号)，映射规则星座图如图5所示；32APSK(5比特/符号)，映射规则星座图如图6所示。
步骤6)添加物理帧头，具体为：物理帧头包括帧头和编码调制参数，帧头为已知的码元序列，18D2E82H，占26个符号；编码调制参数表示本帧数据采用的编码调制方式,表3列出了DVB-S2支持的28种编码调制方式，原始数据为7bit，其中高5bit标识所用的编码调制方式，低2bit固定为“11”，需要对原始的7bit数据采用(64，7)RM编码，共占64个符号(64bit)；在(64，7)RM编码后，对64bit数据进行加扰，加扰序列为719D 83C9 5342 2DFA(十六进制)。物理帧头采用固定的π/2BPSK调制，长度为90个符号(一组)。
物理帧头的设计是实现模式切换过程无缝、无误码的关键，在接收端，首先是通过对“帧头”和“编码调制参数”信息的解调，确定本帧使用的编码调制类型；然后按照其编码调制类型再对“信息数据”部分进行解调、解扰、解交织和译码。
表3编码调制类型编号
类型 编号 类型 编号 类型 编号 类型 编号
QPSK 1/4 00001 QPSK 5/6 01001 8PSK 9/10 10001 32APSK 4/5 11001
QPSK 1/3 00010 QPSK 8/9 01010 16APSK 2/3 10010 32APSK 5/6 11010
QPSK 2/5 00011 QPSK 9/10 01011 16APSK 3/4 10011 32APSK 8/9 11011
QPSK 1/2 00100 8PSK 3/5 01100 16APSK 4/5 10100 32APSK 9/10 11100
QPSK 3/5 00101 8PSK 2/3 01101 16APSK 5/6 10101
QPSK 2/3 00110 8PSK 3/4 01110 16APSK 8/9 10110
QPSK 3/4 00111 8PSK 5/6 01111 16APSK 9/10 10111
QPSK 4/5 01000 8PSK 8/9 10000 32APSK 3/4 11000
步骤7)添加导频，具体为：将传输帧数据按照90个符号为一组划分，从帧头开始，每隔16组数据，添加36个固定符号的导频，直到遇到下一个帧头为止，发送固定的数据为
Figure BDA0003205304430000121
引入导频的目的是便于接收机载波恢复，作为可选项，如果不添加导频，可提高2.4％的有效数据容量。表4为不同调制方式下的物理帧分组数。
表4物理帧分组数
Figure BDA0003205304430000131
步骤8)物理层加扰，目的是分散信号能量，使信号能量更加平均。除物理帧外的其他数据，即信息数据和导频，都要进行符号加扰。每一帧物理帧开始时，扰码序列需要重新初始化，扰码序列由两个实m序列构成。两个序列的本原多项式分别为为1+x7+x18和1+x5+x7+x10+x18，分别记为x序列和y序列，则扰码序列按照如下方式产生：
初始化：
x(0)＝1,x(1)＝x(2)＝…＝x(16)＝x(17)＝0
y(0)＝y(1)＝…＝y(16)＝y(17)＝1
扰码产生框图如图7所示，具体说明如下：
x(i+18)＝[x(i+7)+x(i)]mod2,i＝0,…,218-20
y(i+18)＝[y(i+10)+y(i+7)+y(i+5)+y(i)]mod2,i＝0,…,218-20
则：Zn(i)＝[x(i)mod(218-1))+y(i)]mod2,i＝0,…,218-2
与Zn(i)对应整数序列Rn(i)，其在(0，1，2，3)中取值，为：
Rn(i)＝2Zn((i+131072)mod(218-1))+Zn(i),i＝0,1,…,66419
则扰码序列CI+jCQ定义如下：
exp(jRn(i)π/2)＝CI(i)+jCQ(i)
Rn(i)值与加扰结果对应关系如下表所示：
R<sub>n</sub>(i) exp(jR<sub>n</sub>(i)π/2) I<sub>加扰后</sub> Q<sub>加扰后</sub>
0 1 I Q
1 j -Q I
2 -1 -I -Q
3 -j Q -I
步骤9)基带成形滤波，具体为：基带信号的成形滤波起到限制带宽和保证无码间干扰传输的目的，理想的升余弦滤波器是一种低通限带滤波器，能保证抽样点无码间串扰，通常在发送端采用平方根升余弦数字成形滤波器，而接收端匹配接收滤波器为同参数的平方根升余弦数字滤波器，合成响应为升余弦滤波器。本方案采用平方根升余弦数字成形滤波器，滚降系数为0.2,0.25,0.35可选。时域h(t)表达式为：
Figure BDA0003205304430000141
其中，r为平方根升余弦成形滤波器的滚降系数；T为时钟周期；t为当前时刻。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧系统，其特征在于，该系统包括：传输帧组帧模块和物理帧组帧模块；
所述传输帧组帧模块，用于对星上有效载荷数据进行拆分后再重新合并，得到多个K比特的基带帧；对每一个基带帧进行BB加扰，得到多个BB加扰后的基带帧；对每一个BB加扰后的基带帧进行BCH编码和LDPC编码，得到附加BCH编码和LDPC编码的长度为L的基带帧，并将其作为数据传输帧，进而得到多个数据传输帧；将得到的多个数据传输帧进行数据交织，得到多个数据交织后的数据传输帧；
所述物理帧组帧模块，用于对每一个数据交织后的数据传输帧进行码型映射，得到M组传输帧数据；对M组传输帧数据进行重新分配，得到N个特定调制方式的数据帧；在第一个特定调制方式的数据帧增设物理帧头，在之后剩余的N-1个特定调制方式的数据帧之间添加导频，得到带有物理帧头的传输帧数据；对每个带有物理帧头的传输帧数据，对除去物理帧头外的传输帧数据进行物理层加扰和基带成形滤波，得到滤波传输帧数据，完成数据传输的组帧。
2.根据权利要求1所述的近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧系统，其特征在于，所述传输帧组帧模块包括：AOS数据帧重组基带帧单元、基带帧加扰单元、BCH编码单元、LDPC编码单元和数据交织单元；
所述AOS数据帧重组基带帧单元，用于对星上有效载荷数据进行拆分，得到多个AOS数据帧，将多个AOS数据帧进行重新合并，得到多个K比特的基带帧；
所述基带帧加扰单元，用于对每一个基带帧进行BB加扰，得到多个BB加扰后的基带帧；
所述BCH编码单元，用于对每一个BB加扰后的基带帧进行BCH编码，得到BCH编码后的基带帧；
所述LDPC编码单元，用于对BCH编码后的基带再进行LDPC编码，得到附加BCH编码和LDPC编码的长度为L的基带帧，并将其作为数据传输帧，进而得到多个数据传输帧；
所述数据交织单元，用于将得到的多个数据传输帧进行数据交织，得到多个数据交织后的数据传输帧。
3.根据权利要求1所述的近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧系统，其特征在于，所述物理帧组帧模块包括：调制方式码型映射单元、添加物理帧头单元、添加导频单元、物理层加扰单元和基带成形滤波单元；
所述调制方式码型映射单元，用于根据不同的调制方式星座映射规则，对每一个数据交织后的数据传输帧进行码型映射，得到M组传输帧数据；从M组传输帧数据，从第一组传输帧数据开始，每16组传输帧数据作为特定调制方式的数据帧，得到N个特定调制方式的数据帧，最后一组不足16组传输帧数据也作为特定调制方式的数据帧；
所述添加物理帧头单元，用于对得到的N个特定调制方式的数据帧，在第一个特定调制方式的数据帧增设物理帧头，得到带有物理帧头的数据帧；
所述添加导频单元，用于在之后剩余的N-1个特定调制方式的数据帧之间添加导频，得到带有物理帧头的传输帧数据；重复上述过程，得到多个带有物理帧头的传输帧数据；
所述物理层加扰单元，用于对每个带有物理帧头的传输帧数据，对除去物理帧头外的传输帧数据进行物理层加扰，得到物理加扰后的传输帧数据；重述上述过程，得到多个物理加扰后的传输帧数据；
所述基带成形滤波单元，用于采用平方根升余弦数字成形滤波器，对得到的多个物理加扰后的传输帧数据进行基带成形滤波，得到滤波传输帧数据，完成数据传输的组帧。
4.根据权利要求1所述的近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧系统，其特征在于，所述物理帧头包括：帧头和编码调制参数；
所述帧头为已知的码元序列；所述编码调制参数为当前帧数据采用的编码调制方式。
5.一种近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧方法，其特征在于，该方法包括：
传输帧组帧模块对星上有效载荷数据进行拆分后再重新合并，得到多个K比特的基带帧；对每一个基带帧进行BB加扰，得到多个BB加扰后的基带帧；对每一个BB加扰后的基带帧进行BCH编码和LDPC编码，得到附加BCH编码和LDPC编码的长度为L的基带帧，并将其作为数据传输帧，进而得到多个数据传输帧；将得到的多个数据传输帧进行数据交织，得到多个数据交织后的数据传输帧；
物理帧组帧模块对每一个数据交织后的数据传输帧进行码型映射，得到M组传输帧数据；对M组传输帧数据进行重新分配，得到N个特定调制方式的数据帧；在第一个特定调制方式的数据帧增设物理帧头，在之后剩余的N-1个特定调制方式的数据帧之间添加导频，得到带有物理帧头的传输帧数据；对每个带有物理帧头的传输帧数据，对除去物理帧头外的传输帧数据进行物理层加扰和基带成形滤波，得到滤波传输帧数据，完成数据传输的组帧。
6.根据权利要求5所述的近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧方法，其特征在于，所述传输帧组帧模块对星上有效载荷数据进行拆分后再重新合并，得到多个K比特的基带帧；对每一个基带帧进行BB加扰，得到多个BB加扰后的基带帧；对每一个BB加扰后的基带帧进行BCH编码和LDPC编码，得到附加BCH编码和LDPC编码的长度为L的基带帧，并将其作为数据传输帧，进而得到多个数据传输帧；将得到的多个数据传输帧进行数据交织，得到多个数据交织后的数据传输帧；其具体过程为：
AOS数据帧重组基带帧单元对星上有效载荷数据进行拆分，得到多个AOS数据帧，将多个AOS数据帧进行重新合并，得到多个K比特的基带帧；
基带帧加扰单元对每一个基带帧进行BB加扰，得到多个BB加扰后的基带帧；
BCH编码单元对每一个BB加扰后的基带帧进行BCH编码，得到BCH编码后的基带帧；
LDPC编码单元对BCH编码后的基带再进行LDPC编码，得到附加BCH编码和LDPC编码的长度为L的基带帧，并将其作为数据传输帧，进而得到多个数据传输帧；
数据交织单元将得到的多个数据传输帧进行数据交织，得到多个数据交织后的数据传输帧。
7.根据权利要求5所述的近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧方法，其特征在于，所述物理帧组帧模块对每一个数据交织后的数据传输帧进行码型映射，得到M组传输帧数据；对M组传输帧数据进行重新分配，得到N个特定调制方式的数据帧；在第一个特定调制方式的数据帧增设物理帧头，在之后剩余的N-1个特定调制方式的数据帧之间添加导频，得到带有物理帧头的传输帧数据；对每个带有物理帧头的传输帧数据，对除去物理帧头外的传输帧数据进行物理层加扰和基带成形滤波，得到滤波传输帧数据，完成数据传输的组帧；其具体过程为：
调制方式码型映射单元根据不同的调制方式星座映射规则，对每一个数据交织后的数据传输帧进行码型映射，得到M组传输帧数据；从M组传输帧数据，从第一组传输帧数据开始，每16组传输帧数据作为特定调制方式的数据帧，得到N个特定调制方式的数据帧，最后一组不足16组传输帧数据也作为特定调制方式的数据帧；
添加物理帧头单元对得到的N个特定调制方式的数据帧，在第一个特定调制方式的数据帧增设物理帧头，得到带有物理帧头的数据帧；
添加导频单元在之后剩余的N-1个特定调制方式的数据帧之间添加导频，得到带有物理帧头的传输帧数据；重复上述过程，得到多个带有物理帧头的传输帧数据；
物理层加扰单元对每个带有物理帧头的传输帧数据，对除去物理帧头外的传输帧数据进行物理层加扰，得到物理加扰后的传输帧数据；重述上述过程，得到多个物理加扰后的传输帧数据；
基带成形滤波单元采用平方根升余弦数字成形滤波器，对得到的多个物理加扰后的传输帧数据进行基带成形滤波，得到滤波传输帧数据，完成数据传输的组帧。
8.根据权利要求5所述的近地遥感卫星可变编码调制数据传输组帧方法，其特征在于，所述物理帧头包括：帧头和编码调制参数；
所述帧头为已知的码元序列；所述编码调制参数为当前帧数据采用的编码调制方式。
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