CN115474221B - 适用于突发场景下的信号发送方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于突发场景下的信号发送方法及装置，所述方法包括：选取某一海上船只作为主接收端，并通过卫星与陆地进行连接；设定其它海上船只作为子接收端，选取预定个子接收端，构成第二通信模块；所述第二通信模块与主接收端通过卫星建立通信链路，以星状网的通信组网方式将其它海上船只连接在一起。本发明设计了一种控制链路并以此构建了相应的传输网络，有效地解决了海面波动对通信信号带来的遮蔽效应，以及海上信号弱、稳定性差的问题，获得了很好的社会效益。

Description

适用于突发场景下的信号发送方法及装置

技术领域

本发明属于海上通信信号传输领域，特别是一种适用于突发场景下的信号发送方法及装置。

背景技术

随着国家对海洋权益的重视，在海面上航行的船只急剧增多，对适用于船只间的高可靠、高稳定度的通信系统需求也日益增多。相比于地面通信，电磁波在海面传输会遭遇所谓的遮蔽效应，该效应是由于海水波动引起的，一般情况下海水波动周期为零点几到几十秒，波高为几厘米到二三十米。因此采用卫星通信的方式，该方式能够无视地形，为用户提供更宽的频带及更稳定的高质量通信线路，但其通信装置及链路资源昂贵。

故，亟需研究一种新的技术方案。

发明内容

发明目的：一种适用于突发场景下的信号发送方法及装置，以解决海上用户信号差、不稳定等问题。

技术方案：

根据本申请的一个方面，一种适用于突发场景下的信号发送方法，该方法用于在卫星、陆地和至少一个海上船只之间建立通信连接，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、选取某一海上船只作为主接收端，并通过卫星与陆地进行连接；

步骤S2、设定其它海上船只作为子接收端，选取预定个子接收端，构成第二通信模块；所述第二通信模块与主接收端通过卫星建立通信链路，以星状网的通信组网方式将其它海上船只连接在一起。

根据本申请的一个方面，所述步骤S2进一步为：

步骤S21、所述主接收端不间断地向周围发送广播信号；

步骤S22、所述第二通信模块接收广播信号，并对所述广播信号进行信号质量测量以获取遮蔽信息，并计算遮蔽时间段，以及基于所述广播信号获取系统信息；在获取系统信息之后，第二通信模块根据非遮蔽时间段向主接收端发送接入请求；

步骤S23、所述主接收端获取接入请求并进行解析，解析完成后，根据主接收端的现有资源做出应答，并修正解析出的广播信号，同时根据接入请求包含的具体业务需求准备数据包，并依据需求将数据包发送给卫星或第二通信模块。

根据本申请的一个方面，所述步骤S22中计算遮蔽时间段的过程如下：

步骤S221、根据所述遮蔽信息采集第二通信模块接收的信号点，构成第二通信模块信号点序列，并计算所述第二通信模块信号点序列的平均功率，其公式如下：

P_avg=（∑Singal²）/N；

其中，P_avg为平均功率；Singal为接收的信号点；N为广播信号的帧长;

步骤S222、获取所述第二通信模块信号点序列的平均功率后，记录信号功率第一次和第二次取值为10·lg(P_avg) - 3的时刻点t₁和t₂，并计算当前检测的遮蔽时间，其公式如下：

T_{遮蔽_det} = 2·(t₂－t₁)

其中，T_{遮蔽_det}为当前检测的遮蔽时间；t₁为记录信号功率第一次取值的时刻点；t₂为记录信号功率第二次取值的时刻点；

步骤S223、通过引入修正因子α进行修改，得到最终时刻的遮蔽时间，其公式如下：

T_遮蔽(n) = (1–α)·T_遮蔽(n－1) +α·T_{遮蔽_det}(n)

其中，α为修正因子；T_遮蔽(n)为最终时刻遮蔽时间；T_{遮蔽_det}为当前检测的遮蔽时间；T_遮蔽(n－1)为前一次检测的遮蔽时间；n为第n次检测；

步骤S224、记录信号功率取值为10· lg(P_avg)的时刻t₃，从t₃时刻开始重复步骤S221~步骤S223。

根据本申请的一个方面，若获取遮蔽信息过程出现异常，其处理过程如下：

接收信号并判断是否低于阈值；如果接收信号电平低于阈值，继续搜索信号，直至检测到同步信号；

若接收信号电平低于阈值，将检测到的同步信号标识为1并置为高电平，得到第一标识高电平，接着将信号进行累加，将累加后的信号标识为2并置为高电平，得到第二标识高电平，最后计算遮蔽信息参数，完成信号解析后输出；如果累加后的信号不是第二标识高电平，则重新返回屏蔽信息测量环节，并重新进行测量；

若接收信号电平超过阈值，则检测信号电平波动值，规定波动值为N dB，若所述波动值小于N dB则进行人为构造遮蔽参数，然后进行信号解析；如果波动值大N dB，则直接进入计算遮蔽信息参数的环节，完成信号解析后输出；其中N为预定常数。

根据本申请的另一个方面，还提供一种装置，包括：

卫星，传输信号的中转设备，作为控制设备向上连接陆地，向下连接主接收端，构成一条完整的通信线路；

至少包含一个主接收端，所述主接收端通过卫星与陆地相连；

第二通信模块，至少包含一个子接收端，所述第二通信模块与主接收端相连。

有益效果：本申请解决了海上用户信号差以及海面遮蔽效应带来的影响，使得接收信号的强度随着海平面波动出现衰减的情况大大缓解；相关优点将在具体实施方式部分详细描述。

附图说明

图1是本发明的系统整体框架示意图。

图2是本发明的广播信道的帧结构示意图。

图3是本发明的衰减曲线示意图。

图4是本发明的信号处理流程图。

图5是本发明的异常处理机制。

具体实施方式

以下详细描述本申请的技术原理和技术细节。为了突出本申请的改进点，对于一些现有技术进行了略写，本领域的技术人员能够知晓相关技术内容，同时结合本申请的技术内容，可以解决本申请提出的技术问题，并获得相应的技术效果。

如图1所示，提供了一种适用于突发场景下的信号发送方法，包括如下步骤：

步骤S1、选取某一海上船只作为主接收端通过卫星与陆地进行连接；

步骤S2、设定其它海上船只作为子接收端，选取预定个子接收端，构成第二通信模块；所述第二通信模块与主接收端通过卫星建立通信链路，以星状网的通信连接形式将其它海上船只连接在一起。

传统的建立通信链路的方法通常是一种多船只之间的Mesh网络，但Mesh网络存在移动支持性差的问题。现有技术还提出一种在重要场景下的卫星通信方法，虽然卫星通信能够无视地形，提供多船只之间稳定的通信线路和更宽的频带，但是存在通信设备价格高昂和链路资源昂贵的问题，并不适用于一般场景中。基于以上的两种方法存在的问题，本实施例中结合卫星通信与组网通信各自的优点，将海上通信遮蔽效应所带来的影响减小到最小，实现多船只之间稳定的通信传输。

进一步地，在本申请的技术中，首先选取一个船只作为主接收端，即具备卫星接收信号的能力，主接收端通过卫星实现与陆地之间的业务传输；多个子接收端之间构成第二通信模块，通过主接收端与子接收端形成一个星状网，实现主接收端与第二通信模块之间的业务互联。

如图2所示，在本实施例中，通过设计一种控制链路实现多船只之间的通信，由于主接收端不间断地发送广播信号，该广播信号中包含大量的导频信息，多个导频信息之间构成导频序列，由于导频序列本身具备良好的相关性，具备一定的抗遮蔽性能，有利于子接收端对广播信道的捕获。除了前后连续导频以外，离散导频与系统信息之间进行间隔传输。其中，离散导频便于对系统信息进行信号恢复；涉及到的广播信号主要有：系统授时、带宽信息以及系统应答响应状态等。

进一步地，第二通信模块对广播信号进行检测和测量，从而获得遮蔽信息，该遮蔽信息随着第二通信模块的接入请求一起发送给主接收端。

根据本申请的一个方面，主接收端与第二通信模块之间的信号处理过程如下：

步骤S21、所述主接收端不间断地向周围发送广播信号；

步骤S22、所述第二通信模块接收广播信号，并对所述广播信号进行信号质量测量以获取遮蔽信息，并计算遮蔽时间段，以及基于所述广播信号获取系统信息；在获取系统信息之后，第二通信模块根据非遮蔽时间段向主接收端发送接入请求；

步骤S23、所述主接收端获取接入请求并进行解析，解析完成后，根据主接收端的现有资源做出应答，并修正解析出的广播信号，同时根据接入请求包含的具体业务需求准备数据包，并依据需求将数据包发送给卫星或第二通信模块。

在实际应用场景中，主接收端不间断地向周围发送广播信号，以前向广播信号为例，由于前向广播包含大量的导频信息，便于第二通信模块进行同步以及信号测量等操作；同时上述图2所示的帧结构中还包含系统授时、带宽信息、系统应答响应状态等，在此情况下，系统授时确保了多个接收端，即第二通信模块，通过第二通信模块与主接收端的时钟信息保持一致，实现主接收端对遮蔽信息的识别和使用；带宽信息以及系统应答响应状态确保子发送端是否允许业务发送，以及所使用的频率资源。

进一步地，第二通信模块进行遮蔽测量以及前向广播解析，在获得遮蔽信息，以及主接收端系统信息之后向主接收端发送接入请求；由于第二通信模块发送接入请求时已经避开了遮蔽影响，因此主接收端对该请求进行获取以及解析十分便利，在完成解析后根据自身情况进行请求应答，并修正前向广播中的系统信息，同时根据需求准备业务数据的下发。第二通信模块在新一轮的前向广播解析过程中获取到应答信息后，最后进行上行业务数据的下发。

如图3和图4所示，根据本申请的一个方面，所述获取遮蔽信息过程如下：

步骤S221、根据所述遮蔽信息采集第二通信模块接收的信号点，通过发送的信号点引入相位噪声，以及所述发送的信号点受到的复高斯白噪声共同构成第二通信模块信号点序列，并计算所述第二通信模块信号点序列在一段时间内接收信号点的平均功率，其公式如下：

P_avg=（∑Singal²）/N；

其中，P_avg为平均功率；Singal为接收的信号点；N为广播信号的帧长;

步骤S222、获取所述第二通信模块信号点序列的平均功率后，记录信号功率第一次和第二次取值为10·lg(P_avg)－3的时刻点t₁和t₂，并计算当前检测的遮蔽时间，其公式如下：

T_{遮蔽_det} = 2·(t₂－t₁)

其中，T_{遮蔽_det}为当前检测的遮蔽时间；t₁为记录信号功率第一次取值的时刻点；t₂为记录信号功率第二次取值的时刻点；

步骤S223、通过引入修正因子α进行修改，得到最终时刻的遮蔽时间，其公式如下：

T_遮蔽(n) = (1–α)·T_遮蔽(n－1) +α·T_{遮蔽_det}(n)

其中，α为修正因子；T_遮蔽(n)为最终时刻遮蔽时间；T_{遮蔽_det}为当前检测的遮蔽时间；T_遮蔽(n－1)为前一次检测的遮蔽时间；n为第n次检测；

步骤S224、记录信号功率取值为10· lg(P_avg)的时刻t₃，从t₃时刻开始重复步骤S221~步骤S223。

在进一步的实施例中，接收信号点可以表示为Singal_rec（n）=Singal_send（n）·e ^jθ +N（n），n=0,1,2……。其中，e ^jθ 表示通信链路中引入的相位噪声，Singal_send（n）表示发送的信号点，N（n）表示接收信号点受到的复高斯白噪声，Singal_rec（n）表示接收的信号点，这三者均为复数。

计算每一点信号的能量E（n）=R²（n）=real²（R（n））+imag²（R（n）），其中real（）表示复信号的实部，imag（）表示复信号的虚部。计算一段时间内的接收信号点功率P_avg=（∑R²（n）/N）^1/2。在功率比较时，使用功率dB值，[P_avg]=10·lg（P_avg），[·]表示求dB值。

在实际应用场景中，由于海面的波动在一定时期内具有周期性，遮蔽信息可近似看成是周期的；同时又由于波动的变化性，信号的衰减曲线存在一定差异，如图3所示。基于该差异化的原因设定遮蔽持续时间为2(t₂－t₁)，由图3所示t₂、t₁为信号功率衰减3dB所对应的时间点。在实际测量过程中，不断检测遮蔽的持续时间，假设检测了n次，通过这n次检测后计算出最终的遮蔽时间，从而保证了测量值具有更小的抖动值。

如图5所示，根据本申请的一个方面，若获取遮蔽信息过程出现异常，其处理过程如下：

接收信号并判断是否低于阈值；如果接收信号电平低于阈值，继续搜索信号，直至检测到同步信号；

若接收信号电平低于阈值，将检测到的同步信号标识为I并置为高电平，得到第一标识高电平，接着将信号进行累加，将累加后的信号标识为II并置为高电平，得到第二标识高电平，最后计算遮蔽信息参数，完成信号解析后输出；如果累加后的信号不是第二标识高电平，则重新返回屏蔽信息测量环节，并重新进行测量；

若接收信号电平超过阈值，则检测信号电平波动值，规定波动值为N dB，若所述波动值小于N dB则进行人为构造遮蔽参数，然后进行信号解析；如果波动值大N dB，则直接进入计算遮蔽信息参数的环节，完成信号解析后输出；其中N为预定常数。

考虑到测量异常的两种极端情况：第一种是海面波动较为剧烈，多段信号衰减，即会出现检测到的信号电平处于储蓄型低位状态；另外一种是海面波动较小，遮蔽效应给信号带来的影响很小，即无法检测遮蔽持续时间。

进一步地，为了解决海平面波动对信号的影响，即上述两种情况的问题，一般通过信号检测单元会对接收信号的电平进行检测，在本实施例中，以图3中衰减3dB为例，设置其海上信号波动值临界状态为3dB。如果接收电平较低，会进行持续性的同步搜索工作，如果检测到同步信号，则会将捕获成功的，并将捕获成功的高电平置为1；接着根据同步结果对信号进行累加，在本实施例中，广播信号除了系统信息外，其它部分也具有一致性，通过累加操作可以提高信号的信噪比，在累加的过程中考虑到海上船只的波动性以及检测结果的准确性，采用多个存储单元进行信号累加；在完成信号累加后进行确认，如果所存储的数据与本地数据满足强相关性，则会将捕获成功的高电平置为2，否则会返回信号检测的环节，直至当捕获成的标识为高电平置为2，则进入遮蔽参数计算环节。

进一步地，如果接收电平较高，则会检测信号电平波动值，如果波动值小于3dB，则判定遮蔽效应带来的影响很小，为了保证后续的信号处理工作，则会进行遮蔽参数的构建，从而实现对信号的解析；如果信号的波动值大于3dB，则直接进入计算遮蔽参数以及信号解析环节。

根据本申请的另一个方面，还提供一种装置，包括：

卫星，传输信号的中转设备，作为控制设备向上连接陆地，向下连接主接收端，构成一条完整的通信线路；

至少包含一个主接收端，所述主接收端通过卫星与陆地相连；

第二通信模块，至少包含一个子接收端，所述第二通信模块与主接收端相连。所述子接收端被配置有遮蔽信号处理模块，用于实现上述实施例所述的遮蔽信息处理流程。

总之，与采用Mesh网络和直接利用卫星设备进行通信相比，本申请通过突发场景下的信号发送方法，即结合卫星通信与组网通信各自的优点，通过选取一个船只作为主接收端，通过卫星与陆地进行业务传输；多个子接收端构成第二通信模块与主接收端以星状网的组网形式进行连接，实现多个海上船只之间的通信。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种适用于突发场景下的信号发送方法，其特征在于，该方法用于在卫星、陆地和至少一个海上船只之间建立通信连接，

所述方法包括如下步骤：

步骤S1、选取某一海上船只作为主接收端，并通过卫星与陆地进行连接；

步骤S2、设定其它海上船只作为子接收端，选取预定个子接收端，构成第二通信模块；所述第二通信模块与主接收端通过卫星建立通信链路，以星状网的通信组网方式将其它海上船只连接在一起；

所述步骤S2进一步为：

步骤S21、所述主接收端不间断地向周围发送广播信号；

步骤S22、所述第二通信模块接收广播信号，并对所述广播信号进行信号质量测量以获取遮蔽信息，并计算遮蔽时间段，以及基于所述广播信号获取系统信息；在获取系统信息之后，第二通信模块根据非遮蔽时间段向主接收端发送接入请求；

步骤S23、所述主接收端获取接入请求并进行解析，解析完成后，根据主接收端的现有资源做出应答，并修正解析出的广播信号，同时根据接入请求包含的具体业务需求准备数据包，并依据需求将数据包发送给卫星或第二通信模块；

所述步骤S22中计算遮蔽时间段的过程如下：

步骤S221、根据所述遮蔽信息采集第二通信模块接收的信号点，构成第二通信模块信号点序列，并计算所述第二通信模块信号点序列的平均功率，其公式如下：

P_avg=（∑Singal²）/N；

其中，P_avg为平均功率；Singal为接收的信号点；N为广播信号的帧长；

步骤S222、获取所述第二通信模块信号点序列的平均功率后，记录信号功率第一次和第二次取值为10·lg(P_avg)-3的时刻点t₁和t₂，并计算当前检测的遮蔽时间，其公式如下：T_{遮蔽_det} = 2·(t₂－t₁)；

其中，T_{遮蔽_det}为当前检测的遮蔽时间；t₁为记录信号功率第一次取值的时刻点；t₂为记录信号功率第二次取值的时刻点；

步骤S223、通过引入修正因子α进行修改，得到最终时刻的遮蔽时间，其公式如下：

T_遮蔽(n) = (1–α)·T_遮蔽(n－1) +α·T_{遮蔽_det}(n)

其中，α为修正因子；T_遮蔽(n)为最终时刻遮蔽时间；T_{遮蔽_det}为当前检测的遮蔽时间；T_遮蔽(n－1)为前一次检测的遮蔽时间；n为第n次检测；

步骤S224、记录信号功率取值为10· lg(P_avg)的时刻t₃，从t₃时刻开始重复步骤S221~步骤S223。

2.根据权利要求1所述的一种适用于突发场景下的信号发送方法，其特征在于，若获取遮蔽信息过程出现异常，其处理过程如下：

接收信号并判断是否低于阈值；如果接收信号电平低于阈值，继续搜索信号，直至检测到同步信号；

若接收信号电平低于阈值，将检测到的同步信号标识为1并置为高电平，得到第一标识高电平，接着将信号进行累加，将累加后的信号标识为2并置为高电平，得到第二标识高电平，最后计算遮蔽信息参数，完成信号解析后输出；如果累加后的信号不是第二标识高电平，则重新返回屏蔽信息测量环节，并重新进行测量；

若接收信号电平超过阈值，则检测信号电平波动值，规定波动值为N dB，若所述波动值小于N dB则进行人为构造遮蔽参数，然后进行信号解析；如果波动值大N dB，则直接进入计算遮蔽信息参数的环节，完成信号解析后输出；其中N为预定常数。

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