CN116074958A - 一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统。所述系统包括一个主站和多个从站，在数据传输阶段，主站占据了数据传输的主导地位；即由主站决定在某一个时段和某个特定的从站进行通信，而从站都是被动的和主站进行通信，各个从站相互之间无法进行通信；由于散射信道的特性，同一时间主站只能和一个从站进行通信，主站通过时分复用的形式接入多个从站，根据当前从站数据传输需求调整数据传输接入的时隙长度，采用不同的传输模式，完成与当前从站的通信后转到下一个从站。本发明根据从站数据传输需求调整时隙长度，对比等长时隙分配机制，能有效提升资源利用率。

Description

一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统

技术领域

本发明涉及对流层点对多点散射通信领域，尤其涉及一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统。

背景技术

对流层散射通信利用大气层中传播媒介的不均匀性对无线电波的散射作用实现超视距远距离通信，具有单跳跨距远、可用无线频段宽、通信容量大、免费使用等特点。点对多点散射通信系统一般由一个主站和多个从站构成。在点对多点通信中，要求主站具备和多个从站通信的能力，例如中国专利“一种点对多点散射通信系统(申请号201020121765.8)”公开了适用于对流层散射通信的点对多点通信系统，但其中多个外围站与基站(主站)的连接关系为并接方式，不能实现多个从站之间的多址接入。

为了降低多个从站并发传输的干扰，必须对从站的接入顺序进行控制，并提供多址接入。中国发明专利“船舶与岸站之间通信机制自适应无线通信点对多点接入方法(申请号201710598547.X)”公开了一种岸基基站和多个船舶之间的多址接入形式，其网络构造与点对多点散射通信类似，该接入方法采用频分多址的形式。在对流层散射通信中，多个从站一般位置比较分散，主站为了降低功耗及提升隐蔽性，很难做到一个波束覆盖所有从站，因此频分多址的形式并不适用于点对多点散射通信。

为了进一步提升点对多点散射通信的性能，有必要探讨时分复用技术在点对多点散射通信系统的应用，使得主站以轮询的形式与多个从站通信，每个从站单独占用一个时隙，并且需进一步考虑从站不同的数据传输需求。

发明内容

本发明提供一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统，由一个主站和若干个从站构成，主站通过时分复用的形式接入多个从站，每个从站占用的时隙长度不等长。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统，包括一个主站和多个从站，在数据传输阶段，主站占据了数据传输的主导地位；即由主站决定在某一个时段和某个特定的从站进行通信，而从站都是被动的和主站进行通信，各个从站相互之间无法进行通信；由于散射信道的特性，同一时间主站只能和一个从站进行通信，主站通过时分复用的形式接入多个从站，根据当前从站数据传输需求调整数据传输接入的时隙长度，采用不同的传输模式，完成与当前从站的通信后转到下一个从站。

进一步地，数据传输接入的时隙按照发送时间依次包括帧头段、探测段、信令段和数据段；

主站到各从站的数据流是突发传输的，因此在每启动一次信息传输时都需要加帧头，用于接收端的帧到达检测和符号同步；在帧头段中，发送端将发送帧头序列至接收端；

主站与某一从站的两次通信之间可能存在一定时间间隔，在此期间它们之间的信道状态可能会发生变化，探测段的作用为在每次传输业务信息之前，先对主站和从站之间的信道进行探测，为后续数据传输中选择更优的调制模式和时隙分配算法提供依据；

信令段用于从站将信道探测结果上报给主站，也用于主站与从站间交换数据段信息；

数据段的功能是根据探测段得到的最优模式信息，采用相应的传输模式，将待发送业务信息构造为发射信号后发出。

进一步地，帧头序列通常由自相关峰值尖锐的伪随机序列构成，接收端通过将接收信号与本地帧头序列做相关运算，根据相关运算的峰值位置来检测帧头的到达，并定位后续探测段中符号的起点；

接收端对帧头的捕获成功与否直接决定着一次传输的成功或失败，所以帧头序列需要具有一定的时间长度，这样才能在相关过程中获得足够的信噪比增益，保证在较低信噪比及较深的信道衰落下仍能可靠地被检测到；同时为了使帧头具有足够的抗噪声能力，帧头序列的调制方式选用噪声容限最高的二进制调制方式。

进一步地，为了避免帧头的多径拖尾对探测段产生干扰，影响信道探测结果，在探测段前面增加了保护间隔；

调制方式方面，探测段依然采用噪声容限最大的BPSK。

进一步地，在数据段的末端需标注剩余数据和帧结束；

标注剩余数据的原因是：由于时隙的分配并不一定精确，可能出现分配的时隙过小以至于无法将待发送的数据全部传输，因此在发生如上情况时，发送端需要告诉接受端有剩余数据未发送，提醒接收端对接受的数据进行标注，便于下一次数据传输从将比特数据连接上从而得到正确的信息；

标注帧结束的目的为告知接收方数据传输结束。

进一步地，包括以下的传输模式：

传输模式1：数据从主站到从站单向传输；

传输模式2：数据从从站到主站单向传输；

传输模式3：数据在主站和从站间双向传输。

进一步地，当采用传输模式1或传输模式3进行数据传输时，数据传输中包括下行信令传输和上行信令传输，因此数据传输接入的时隙包括下行信令段和上行信令段，下行信令段用于传输下行通信参数，包含下行数据传输时长、编码速率及调制阶数，上行信令段用于传输上行通信参数，包含上行数据传输时长、编码速率及调制阶数；；

当采用传输模式2进行数据传输时，数据传输中只包括上行信令传输，因此数据传输接入的时隙中无需下行信令段。

进一步地，当采用传输模式1或传输模式2进行数据传输时，数据传输的持续时间即数据传输接入的时隙由以下三个参数决定：

发送端需要发送的数据量，根据信道探测结果得到的传输速率和发端信道接入的优先级别；主站与从站i之间的数据传输时长T_i由下式决定：

其中，D_i表示从站i等待发送或接收的数据量；R_i表示根据信道探测结果，以及确定调制方式后得到的传输速率；T_{i_max}代表从站i能占用的最大传输时长。

进一步地，当采用传输模式3进行数据传输时，下行数据传输的持续时间由以下三个参数决定：

发送端需要发送的数据量，根据信道探测结果得到的传输速率和发端信道接入的优先级别；

主站与从站i之间的下行数据传输时长T_{i_down}由下式决定：

其中，D_{i_down}表示从站i等待接收的下行数据量；R_{i_down}表示根据信道探测结果，以及确定调制方式后得到的下行传输速率；T_{i_max}代表从站i能占用的最大传输时长；α代表下行传输占用的时长比例。

进一步地，当采用传输模式3进行数据传输时，上行数据传输的持续时间由以下三个参数决定：发送端需要发送的数据量，根据信道探测结果得到传输速率和发端信道接入的优先级别；

主站与从站i之间的上行数据传输时长T_{i_up}由下式决定：

其中，D_{i_up}表示从站i等待发送的上行数据量，R_{i_up}表示根据信道探测结果，以及确定调制方式后的上行传输速率。

相比于现有技术，本发明具有以下优点：

(1)本发明根据从站数据传输需求调整时隙长度，对比等长时隙分配机制，能有效提升资源利用率。

(2)本发明可通过控制从站的最大传输时间来改变其优先度，最大传输时间越大，在出现突发业务信息时获得传输时长越大，说明优先度越高。

附图说明

图1是本发明实施例中的从站俯仰角搜索示意图。

图2是本发明实施例中的数据从主站到从站下行单向传输帧结构图。

图3是本发明实施例中的数据从从站到主站上行单向传输帧结构图。

图4是本发明实施例中的数据在主站和从站间先下行后上行双向传输帧结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，本实施例说明了本发明的一种使用方式，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统，包括一个主站和多个从站；

在一个实施例中，如图1所示，主站开机后进入从站搜索阶段，一般可假设从站已经预先知道主站位置，并根据自身位置信息和主站位置信息设置好天线使其朝向主站方向。主站需要通过调整天线朝向来确定各个从站的准确位置，这一过程称为从站搜索阶段。具体流程为：

1.主站以俯仰0°在水平方向进行固定角度间隔扫描，对每个扫描角度方向以定频发送扫描序列。其固定角度间隔取决于天线的波束宽度，进而取决于天线口径。天线口径越大，其发射能量可以越集中，波束宽度就越窄。

2.从站收到扫描序列后延迟特定时间向主站发送应答序列。

3.主站收到各从站的应答信号后，选择一个未入网的从站发送应答序列。

主站在水平面确定了方位后，需要在俯仰角度上对新从站进行二次校准。在一个实施例中，具体流程为：

1.新从站在接收到主站向主站连续发送多段PN码。

2.主站把水平方向固定为发现子阶段扫描到的新从站方向，然后在俯仰角度上进行扫描，接收PN码并与本地PN码做相关。

3.在各俯仰角接收信号的相关值中，比较出最大值，并以该俯仰角指向该从站，完成俯仰角对准。

在数据传输阶段，主站占据了数据传输的主导地位；即由主站决定在某一个时段和某个特定的从站进行通信，而从站都是被动的和主站进行通信，各个从站相互之间无法进行通信；由于散射信道的特性，同一时间主站只能和一个从站进行通信，主站通过时分复用的形式接入多个从站，根据当前从站数据传输需求调整数据传输接入的时隙长度，采用不同的传输模式，完成与当前从站的通信后转到下一个从站。

进一步地，数据传输接入的时隙按照发送时间依次包括帧头段、探测段、信令段和数据段；

主站到各从站的数据流是突发传输的，因此在每启动一次信息传输时都需要加帧头，用于接收端的帧到达检测和符号同步；在帧头段中，发送端将发送帧头序列至接收端；

主站与某一从站的两次通信之间可能存在一定时间间隔，在此期间它们之间的信道状态可能会发生变化，探测段的作用为在每次传输业务信息之前，先对主站和从站之间的信道进行探测，为后续数据传输中选择更优的调制模式和时隙分配算法提供依据；

信令段用于从站将信道探测结果上报给主站，也用于主站与从站间交换数据段信息；

数据段的功能是根据探测段得到的最优模式信息，采用相应的传输模式，将待发送业务信息构造为发射信号后发出，其中，业务信息要经过编码、调制等通信信号处理后才成为发射信号。

进一步地，帧头序列通常由自相关峰值尖锐的伪随机序列构成，接收端通过将接收信号与本地帧头序列做相关运算，根据相关运算的峰值位置来检测帧头的到达，并定位后续探测段中符号的起点；

在一个实施例中，接收端对帧头的捕获成功与否直接决定着一次传输的成功或失败，所以帧头序列需要具有一定的时间长度，这样才能在相关过程中获得足够的信噪比增益，保证在较低信噪比及较深的信道衰落下仍能可靠地被检测到；同时为了使帧头具有足够的抗噪声能力，帧头序列的调制方式选用噪声容限最高的二进制调制方式。

在一个实施例中，为了避免帧头的多径拖尾对探测段产生干扰，影响信道探测结果，在探测段前面增加了；

调制方式方面，探测段依然采用噪声容限最大的BPSK。

进一步地，在数据段的末端需标注剩余数据和帧结束；

标注剩余数据的原因是：由于时隙的分配并不一定精确，可能出现分配的时隙过小以至于无法将待发送的数据全部传输，因此在发生如上情况时，发送端需要告诉接受端有剩余数据未发送，提醒接收端对接受的数据进行标注，便于下一次数据传输从将比特数据连接上从而得到正确的信息；

标注帧结束的目的为告知接收方数据传输结束。

进一步地，包括以下的传输模式：

传输模式1：数据从主站到从站单向传输，如图2所示；

传输模式2：数据从从站到主站单向传输，如图3所示；

传输模式3：数据在主站和从站间双向传输，如图4所示。

进一步地，当采用传输模式1或传输模式3进行数据传输时，数据传输中包括下行信令传输和上行信令传输，因此数据传输接入的时隙包括下行信令段和上行信令段，下行信令段用于传输下行通信参数，包含下行数据传输时长、编码速率及调制阶数，上行信令段用于传输上行通信参数，包含上行数据传输时长、编码速率及调制阶数；

当采用传输模式2进行数据传输时，数据传输中只包括上行信令传输，因此数据传输接入的时隙中无需下行信令段。

进一步地，当采用传输模式1或传输模式2进行数据传输时，数据传输的持续时间即数据传输接入的时隙由以下三个参数决定：

发送端需要发送的数据量，根据信道探测结果得到的传输速率和发端信道接入的优先级别；主站与从站i之间的数据传输时长T_i由下式决定：

其中，D_i表示从站i等待发送或接收的数据量；R_i表示根据信道探测结果，以及确定调制方式后得到的传输速率；T_{i_max}代表从站i能占用的最大传输时长。

进一步地，当采用传输模式3进行数据传输时，下行数据传输的持续时间由以下三个参数决定：

发送端需要发送的数据量，根据信道探测结果得到的传输速率和发端信道接入的优先级别；

主站与从站i之间的下行数据传输时长T_{i_down}由下式决定：

其中，D_{i_down}表示从站i等待接收的下行数据量；R_{i_down}表示根据信道探测结果，以及确定调制方式后得到的下行传输速率；T_{i_max}代表从站i能占用的最大传输时长；α代表下行传输占用的时长比例。

进一步地，当采用传输模式3进行数据传输时，上行数据传输的持续时间由以下三个参数决定：发送端需要发送的数据量，根据信道探测结果得到传输速率和发端信道接入的优先级别；

主站与从站i之间的上行数据传输时长T_{i_up}由下式决定：

其中，D_{i_up}表示从站i等待发送的上行数据量，R_{i_up}表示根据信道探测结果，以及确定调制方式后的上行传输速率。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统，包括一个主站和多个从站，其特征在于，在数据传输阶段，主站占据了数据传输的主导地位；即由主站决定在某一个时段和某个特定的从站进行通信，而从站都是被动的和主站进行通信，各个从站相互之间无法进行通信；由于散射信道的特性，同一时间主站只能和一个从站进行通信，主站通过时分复用的形式接入多个从站，根据当前从站数据传输需求调整数据传输接入的时隙长度，采用不同的传输模式，完成与当前从站的通信后转到下一个从站。

2.根据权利要求1所述的一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统，其特征在于，数据传输接入的时隙按照发送时间依次包括帧头段、探测段、信令段和数据段；

主站到各从站的数据流是突发传输的，因此在每启动一次信息传输时都需要加帧头，用于接收端的帧到达检测和符号同步；在帧头段中，发送端将发送帧头序列至接收端；

主站与某一从站的两次通信之间可能存在一定时间间隔，在此期间它们之间的信道状态可能会发生变化，探测段的作用为在每次传输业务信息之前，先对主站和从站之间的信道进行探测，为后续数据传输中选择更优的调制模式和时隙分配算法提供依据；

信令段用于从站将信道探测结果上报给主站，也用于主站与从站间交换数据段信息；

数据段的功能是根据探测段得到的最优模式信息，采用相应的传输模式，将待发送业务信息构造为发射信号后发出。

3.根据权利要求2所述的一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统，其特征在于，帧头序列通常由自相关峰值尖锐的伪随机序列构成，接收端通过将接收信号与本地帧头序列做相关运算，根据相关运算的峰值位置来检测帧头的到达，并定位后续探测段中符号的起点；

为了使帧头具有足够的抗噪声能力，帧头序列的调制方式选用噪声容限最高的二进制调制方式。

4.根据权利要求2所述的一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统，其特征在于，为了避免帧头的多径拖尾对探测段产生干扰，影响信道探测结果，在探测段前面增加保护间隔；

调制方式方面，探测段采用噪声容限最大的BPSK。

5.根据权利要求2所述的一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统，其特征在于，在数据段的末端需标注剩余数据和帧结束。

6.根据权利要求1所述的一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统，其特征在于，包括以下的传输模式：

传输模式1：数据从主站到从站单向传输；

传输模式2：数据从从站到主站单向传输；

传输模式3：数据在主站和从站间双向传输。

7.根据权利要求6所述的一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统，其特征在于，当采用传输模式1或传输模式3进行数据传输时，数据传输中包括下行信令传输和上行信令传输，因此数据传输接入的时隙包括下行信令段和上行信令段，下行信令段用于传输下行通信参数，包含下行数据传输时长、编码速率及调制阶数，上行信令段用于传输上行通信参数，包括上行数据传输时长、编码速率及调制阶数；

当采用传输模式2进行数据传输时，数据传输中只包括上行信令传输，因此数据传输接入的时隙中无需下行信令段。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统，其特征在于，当采用传输模式1或传输模式2进行数据传输时，数据传输的持续时间即数据传输接入的时隙由以下三个参数决定：

发送端需要发送的数据量，根据信道探测结果得到的传输速率和发端信道接入的优先级别；主站与从站i之间的数据传输时长T_i由下式决定：

其中，D_i表示从站i等待发送或接收的数据量；R_i表示根据信道探测结果，以及确定调制方式后得到的传输速率；T_{i_max}代表从站i能占用的最大传输时长。

9.根据权利要求8所述的一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统，其特征在于，当采用传输模式3进行数据传输时，下行数据传输的持续时间由以下三个参数决定：

发送端需要发送的数据量，根据信道探测结果得到的传输速率和发端信道接入的优先级别；

主站与从站i之间的下行数据传输时长T_{i_down}由下式决定：

其中，D_{i_down}表示从站i等待接收的下行数据量；R_{i_down}表示根据信道探测结果，以及确定调制方式后得到的下行传输速率；T_{i_max}代表从站i能占用的最大传输时长；α代表下行传输占用的时长比例。

10.根据权利要求9所述的一种基于可变长时隙的点对多点散射通信系统，其特征在于，当采用传输模式3进行数据传输时，上行数据传输的持续时间由以下三个参数决定：发送端需要发送的数据量，根据信道探测结果得到传输速率和发端信道接入的优先级别；

主站与从站i之间的上行数据传输时长T_{i_up}由下式决定：

其中，D_{i_up}表示从站i等待发送的上行数据量，R_{i_up}表示根据信道探测结果，以及确定调制方式后的上行传输速率。

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