CN113783602A - 卫星通信数据质量提升装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种卫星通信数据质量提升装置，涉及一种改善卫星通信过程中数据接收质量的方法，本发明通过下述技术方案实现：解调模块对输入的中频信号进行载波和符号跟踪，恢复出发送的符号信息；帧同步模块完成数据帧的识别；解扰模块恢复出接收的数据信息；译码模块进行译码处理，纠正传输过程中引入的错误；先验信息调整模块1对译码模块的输出进行纠正后送入数据应用模块进行处理；处理后的数据送入先验信息调整模块2；根据遥感数据之间的关系进行遥感数据的纠正，反馈给译码模块再次进行迭代，直到译码结果校验正常或者达到迭代门限次数，基于译码模块的多次迭代运算联合判决提升卫星通信性能。

Description

卫星通信数据质量提升装置

技术领域

本发明属于卫星通信领域，特别适用于卫星通信、卫星遥感等场合所涉及的一种改善无线通信过程中数据接收质量的装置，尤其是利用传输数据中的先验信息来提高无线通信质量的处理装置。

背景技术

随着社会经济的不断发展进步，卫星通信进入人们的生活并不断的扩大适用领域。目前，通过卫星无线通信可用为卫星电视、通讯技术、GPS技术、测绘、气象预报等诸多领域。这些领域都是通过卫星无线通信从一个卫星系统接口传到另一指定卫星系统接口中，这期间会有很多阻碍因素影响卫星通信的质量。卫星通信是使用高频率的电磁波，将数据通过地面发射站发射到卫星，再通过卫星下发到指定地面接收站，卫星通信的数据需要通过大气层再到达地面或卫星中。这是一种新兴科技的诞生，并且传送通信的成本与距离无关，连接性强且广、容量大、装载业务类型多，十分方便人们的生活应用。但是影响卫星通信的因素也有很多，主要是相邻卫星之间产生的干扰、传输中非线性产生的干扰和系统极化产生的干扰问题，甚至有因为设备故障或操作失误产生的干扰都将影响卫星通信质量。影响卫星通信质量的因素主要有如下几个方面，相邻卫星产生的干扰；卫星与卫星之间能够并存，但卫星之间的卫星网会彼此产生干扰。由于卫星与卫星之间的距离较小，通信轨道之间相近。受干扰程度的大小由卫星天线决定，天线的辐射越大，受干扰性越大。天线辐射的大部分功率集中在主瓣内，剩余一部分功率由旁瓣传输，接受的天线同样是将功率的大部分由主瓣接收，小部分辐射由旁瓣传送，旁瓣辐射的传输便会影响到相邻卫星的传输质量。

卫星遥感是采集地球数据信息的重要技术手段，具有无国界限制、覆盖面积广、观测具有周期性、数据客观等诸多特点。其获取的具备高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率和高辐射分辨率“四高”特征的遥感图像数据，经过遥感图像处理平台进行基本处理和信息提取。随着卫星遥感技术的发展，遥感数据的分辨率快速提高，由此带来的是对卫星和地面接收站之间数据传输速率和质量的要求越来越高。而在卫星通信中带宽和功率是两个最主要的限制因素，一方面希望尽可能利用有限的带宽资源，提高系统的信道容量；另一方面希望在更低的发射功率下传输更多的信息。无线通信信道不同于有线信道,无线通信信道的情况会受到降雨、多径、信号收发双方距离的变化等因素的影响。为了提高卫星通信的效率，传统的卫星通信通常通过不同的调制和编码方式来满足不同的传输速率和发射功率的要求。在这种方式下，对于单次传输任务，所采用的编码和调制方式往往需要预留较多的系统余量，以保证在降雨、多径、信号收发双方处于远距离等恶劣的链路条件下能够进行正常传输。这些功率余量只是偶尔会用到，大部分时间将会被闲置，造成系统资源严重浪费。为了提高卫星通信的传输效率，近年来在一次传输任务中随着星地之间传输距离和信道的变化实时调整调制和编码方式的自适应传输体制逐渐被采用。采用自适应传输体制可以更高效地传输数据，使有限的带宽和功率资源得到充分利用。自适应传输可以根据信道质量实时调整传输方式：当信道质量较差时通过降低调制阶数和采用编码增益更大的编码等方式来保证传输质量；当信道质量较好时通过提高调制阶数和采用码率更高的编码码率等方式来提高传输速率。

在上述两种方式中，所有的传输过程都是直接对接收的卫星信号进行解调和译码等处理，处理过程中未考虑到所发送的遥感数据中所具备的一些已知信息，如果卫星地面站在接收过程中把遥感数据中的一些已知信息充分利用起来，就可以在信号过程中引入一种新的维度，通过这个新增的维度可以提高卫星通信中数据接收质量。

发明内容

本发明的目的是针对现有卫星通信中对发送数据中的帧同步字、版本号、航天器标识符、虚拟信道标识、帧计数、一些已知的填充值/插入值以及它们之间的关联关系等已知信息利用率不足的问题，提出了一种充分利用先验信息，降低干扰，提高通信传输速率和通信数据质量的卫星通信数据质量的装置。

本发明解决现有技术问题所采用的方案是：一种卫星通信数据质量提升装置，顺次串联的解调模块、帧同步模块、解扰模块、译码模块、先验信息调整模块1、数据应用模块和先验信息调整模块2，其特征在于：解调模块对输入的中频信号进行载波跟踪和符号跟踪，对接收的无线通信信号进行解调、帧同步、解扰和译码处理，恢复出发送的原始数据符号信息；帧同步模块对解调后的符号信息进行解相位模糊、解映射和搜索帧同步字，完成数据帧的识别；解扰模块对完成帧同步后的数据进行解扰处理，恢复出接收的数据信息；译码模块根据编码时数据之间的约束关系对解扰后的数据进行译码处理，纠正传输过程中引入的错误；先验信息调整模块1根据发送数据中的帧同步字、版本号、航天器标识符、虚拟信道标识、帧计数和一些已知的填充值/插入值，以及它们之间的关联关系的已知信息，对译码模块的输出进行纠正，将纠正后的迭代数据反馈给译码模块进行译码，在译码校验结果完全正常或达到最大迭代次数后的数据，送入数据应用模块进行处理；数据应用模块对接收到的数据进行应用处理后把数据送入先验信息调整模块2；先验信息调整模块2根据遥感数据之间的关系进行遥感数据的纠正，纠正后的数据反馈给译码模块形成大的反馈，再次进行迭代，直到译码结果校验正常或者达到迭代门限次数，获得了提升卫星通信性能数据质量后，停止迭代。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

本发明采用顺次串联的解调模块、帧同步模块、解扰模块、译码模块、先验信息调整模块1、数据应用模块和先验信息调整模块2构成的卫星通信数据质量提升装置，充分利用接收流程中未采用的帧同步字、版本号、航天器标识符、虚拟信道标识、帧计数、一些已知的填充值/插入值以及它们之间的关联关系等已知信息，将这些先验信息通过在传统的接收流程中增加先验信息调整模块1和迭代过程，将互调干扰、信道间的干扰、系统极化产生的干扰，影响卫星通信质量的因素降低，借助这些先验信息实现了接收数据质量的提升。

本发明利用发送数据中已知的帧同步字、版本号、航天器标识符、虚拟信道标识、帧计数、一些已知的填充值/插入值以及它们之间的关联关系等已知信息来对译码后的数据进行错误纠正后再次进行解调和译码的迭代，提高了通信传输速率。最后在数据应用环节利用图像处理或其它类型的处理过程中数据的关联关系形成大的反馈来进一步提升误码率，这个过程中可以借用人工智能、大数据分析等方法再次对接收数据进行错误纠正后重新送给解调和译码模块进行再次接收，然后获得数据质量的提升。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明卫星通信数据质量提升装置的电路原理示意图。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的最佳实施例中，一种卫星通信数据质量提升装置，包括：顺次串联的解调模块、帧同步模块、解扰模块、译码模块、先验信息调整模块1、数据应用模块和先验信息调整模块2，其中：解调模块对输入的中频信号进行载波跟踪和符号跟踪，对接收的无线通信信号进行解调、帧同步、解扰和译码处理，恢复出发送的原始数据符号信息；帧同步模块对解调后的符号信息进行解相位模糊、解映射和搜索帧同步字，完成数据帧的识别；解扰模块对完成帧同步后的数据进行解扰处理，恢复出接收的数据信息；译码模块根据编码时数据之间的约束关系对解扰后的数据进行译码处理，纠正传输过程中引入的错误；先验信息调整模块1根据发送数据中的帧同步字、版本号、航天器标识符、虚拟信道标识、帧计数和一些已知的填充值/插入值，以及它们之间的关联关系的已知信息，对译码模块的输出进行纠正，将纠正后的迭代数据反馈给译码模块进行译码，在译码校验结果完全正常或达到最大迭代次数后的数据，送入数据应用模块进行处理；数据应用模块对接收到的数据进行应用处理后把数据送入先验信息调整模块2；先验信息调整模块2根据遥感数据之间的关系进行遥感数据的纠正，纠正后的数据反馈给译码模块形成大的反馈，再次进行迭代，直到译码结果校验正常或者达到迭代门限次数，获得了提升卫星通信性能数据质量后，停止迭代。

发送端解调模块对输入的中频信号进行下变频、滤波、载波跟踪和符号跟踪后恢复出发送的符号信息，送给后续帧同步模块进行帧同步；帧同步模块对解调模块送来的符号信息进行相位模糊搜索、解映射和帧同步字搜索，完成相位模糊消除和帧同步字以及数据帧的识别，识别结果送给解扰模块进行解扰处理；解扰模块对帧同步模块送来的数据进行解扰处理后恢复出编码后的数据信息，这些信息送给后续的译码模块进行译码处理。

译码模块根据编码时数据之间的约束关系对解扰后的数据信息进行译码处理，纠正传输过程中引入的传输错误，译码后的数据送给先验信息调整模块1，译码模块同时对译码结果进行校验，并把校验结果送给先验信息调整模块1；先验信息调整模块1在收到译码模块送来的数据和译码校验结果后，首先进行译码校验结果检查，如果译码校验结果正确，则直接把译码模块送来的数据送给数据应用模块；如果译码校验结果不正确，则根据发送数据中的帧同步字、版本号、航天器标识符、虚拟信道标识、帧计数、一些已知的填充值/插入值以及它们之间的关联关系等已知信息对译码模块送来的数据进行调整，调整后的数据再次送给译码模块进行译码，重复上述过程；在译码校验结果正确或达到最大迭代次数后先验信息调整模块1把译码模块送来的数据和译码校验结果一起送给数据应用模块进行处理；数据应用模块对接收到的数据进行应用处理后把处理后得到的原始数据和译码校验结果送入先验信息调整模块2；先验信息调整模块2在收到原始数据和译码校验结果后，首先进行译码校验结果检查，如果译码校验结果正确则本次处理过程结束；如果译码校验结果不正确，则根据原始数据之间的关联关系等已知信息对恢复出的原始数据进行调整，调整后的数据再次送给译码模块进行译码，重复上述过程；在译码校验结果正确或达到最大迭代次数后本次处理过程结束。

在上述处理过程中，由于解调本身会引入相位模糊，因此这里恢复出的符号信息是存在相位模糊的，这些相位模糊需要在帧同步处理环节通过在不同相位模糊下搜索帧同步字来进行消除。

在上述处理过程中，译码模块每完成一帧数据的译码后，在帧同步处理环节中，在不同相位模糊下搜索帧同步字，对解调引入相位模糊和恢复出符号信息存在的相位模糊进行消除，

译码模块每完成一帧数据的译码后，按照编码时数据之间的约束关系，对本帧数据的译码结果进行校验，如果校验结果正常，先验信息调整模块不再进行信息调整，迭代过程1终止，译码后的数据直接送入数据应用模块，后续先验信息调整模块2也不再进行数据调整，迭代过程2终止。

在上述处理过程中，为了避免迭代过程1和迭代过程2无限进行迭代，译码模块在迭代过程1和迭代过程2中增加最大迭代次数的限制，当达到最大迭代次数时不论译码模块校验结果是否正确，均停止迭代过程，进入下一个处理环节。迭代过程典型值为5～10次。

在上述处理过程中，可利用的先验信息越多、先验信息之间的关联性越强，则对接收数据质量的提升效果越显著。

本发明的范围并不局限于所描述的具体技术方案。对上述这些实施例的多种修改，对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本发明所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。任何对所描述的具体技术方案中的技术要素进行相同或等同替换获得的技术方案或本领域技术人员在所描述的具体技术方案的基础上不经过创造性劳动就可以获得的技术方案，都应当视为落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种卫星通信数据质量提升装置，包括：顺次串联的解调模块、帧同步模块、解扰模块、译码模块、先验信息调整模块1、数据应用模块和先验信息调整模块2，其特征在于：解调模块对输入的中频信号进行载波跟踪和符号跟踪，对接收的无线通信信号进行解调、帧同步、解扰和译码处理，恢复出发送的原始数据符号信息；帧同步模块对解调后的符号信息进行解相位模糊、解映射和搜索帧同步字，完成数据帧的识别；解扰模块对完成帧同步后的数据进行解扰处理，恢复出接收的数据信息；译码模块根据编码时数据之间的约束关系对解扰后的数据进行译码处理，纠正传输过程中引入的错误；先验信息调整模块1根据发送数据中的帧同步字、版本号、航天器标识符、虚拟信道标识、帧计数和一些已知的填充值/插入值，以及它们之间的关联关系的已知信息，对译码模块的输出进行纠正，将纠正后的迭代数据反馈给译码模块进行译码，在译码校验结果完全正常或达到最大迭代次数后，把译码后的数据送入数据应用模块进行处理；数据应用模块对接收到的数据进行应用处理后把数据送入先验信息调整模块2；先验信息调整模块2根据遥感数据之间的关系进行遥感数据的纠正，纠正后的数据反馈给译码模块形成大的反馈，再次进行迭代，直到译码结果校验正常或者达到最大迭代门限次数，获得了提升卫星通信性能数据质量后，停止迭代。

2.如权利要求1所述的卫星通信数据质量提升装置，其特征在于：解调模块对输入的中频信号首先进行下变频、滤波、载波跟踪和符号跟踪后恢复出发送的符号信息，送给后续帧同步模块进行帧同步。

3.如权利要求2所述的星通信数据质量提升装置，其特征在于：帧同步模块对解调模块送来的符号信息进行相位模糊搜索、解映射和帧同步字搜索，完成相位模糊消除和帧同步字以及数据帧的识别，识别结果送给解扰模块进行解扰处理；解扰模块对帧同步模块送来的数据进行解扰处理后恢复出编码后的数据信息，这些信息送给后续的译码模块进行译码处理。

4.如权利要求3所述的卫星通信数据质量提升装置，其特征在于：译码模块根据编码时数据之间的约束关系对解扰后的数据信息进行译码处理，纠正传输过程中引入的传输错误，译码后的数据送给先验信息调整模块1，译码模块同时对译码结果进行校验，并把校验结果送给先验信息调整模块1。

5.如权利要求4所述的卫星通信数据质量提升装置，其特征在于：先验信息调整模块1在收到译码模块送来的数据和译码校验结果后，首先进行译码校验结果检查，如果译码校验结果正确，则直接把译码模块送来的数据送给数据应用模块；如果译码校验结果不正确，则根据发送数据中的帧同步字、版本号、航天器标识符、虚拟信道标识、帧计数、一些已知的填充值/插入值以及它们之间的关联关系的已知信息，对译码模块送来的数据进行调整，调整后的数据再次送给译码模块进行译码，重复上述过程。

6.如权利要求5所述的卫星通信数据质量提升装置，其特征在于：在译码校验结果正确或达到迭代次数预设门限后，先验信息调整模块1把译码模块送来的数据和译码校验结果一起送给数据应用模块进行处理。

7.如权利要求6所述的卫星通信数据质量提升装置，其特征在于：数据应用模块对接收到的数据进行应用处理后，把处理后得到的原始数据和译码校验结果送入先验信息调整模块2；先验信息调整模块2在收到原始数据和译码校验结果后，首先进行译码校验结果检查，如果译码校验结果正确则本次处理过程结束；如果译码校验结果不正确，则根据原始数据之间的关联关系的已知信息，对恢复出的原始数据进行调整，调整后的数据再次送给译码模块进行译码，重复上述过程；在译码校验结果正确或达到最大迭代次数后本次处理过程结束。

8.如权利要求1所述的卫星通信数据质量提升装置，其特征在于：译码模块每完成一帧数据的译码后，按照编码时数据之间的约束关系，对本帧数据的译码结果进行校验，如果校验结果正常，先验信息调整模块不再进行信息调整，迭代过程1终止，译码后的数据直接送入数据应用模块，后续先验信息调整模块2也不再进行数据调整，迭代过程2终止。

9.如权利要求8所述的卫星通信数据质量提升装置，其特征在于：为了避免迭代过程1和迭代过程2无限进行迭代，在迭代过程中，译码模块在迭代过程1和迭代过程2中增加最大迭代次数的限制门限，当达到最大迭代次数时不论译码模块校验结果是否正确，均停止迭代过程，进入下一个处理环节。

Images