CN116131917A - 一种基于5g技术的卫星通信系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于5G技术的卫星通信系统及方法，属于卫通技术领域，系统上行和下行发送的信号均基于连续无线帧结构，每个无线帧包括若干个长度为1ms的子帧，每个子帧包括N个时隙，每个时隙包括若干个符号，符号均使用单载波进行调制；在系统下行发送的信号中时隙为下行时隙，下行时隙包括用于传输控制信息的控制符号和若干个用于传输数据信息的数据符号，控制符号按频带划分为K个控制信息块，每个控制信息块均为独立的单载波信号；在系统上行发送的信号中所述时隙为上行时隙，上行时隙中的符号均为数据符号。本发明采用单载波波形，从而能够降低信号峰均比、提升卫星功率放大器效率、改善卫星的耗电与发热性能、提高卫星数据通信能力。

Description

一种基于5G技术的卫星通信系统及方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种基于5G技术的卫星通信系统及方法。
背景技术
相比地面移动通信网络，卫星通信系统可以实现广域甚至全球覆盖，为全球用户提供无差别的通信服务。同时，地面第五代移动通信(5G)系统已具备完善的产业链、巨大的用户群体、灵活高效的应用服务模式等。卫星通信与5G相互融合，取长补短，共同构成全球无缝覆盖的海、陆、空、天一体化综合通信网，满足用户无处不在的多种业务需求，是未来通信发展的重要方向。
地面5G系统帧结构如图1所示，其下行和上行发送的信号均基于连续无线帧结构，每个无线帧长度为10ms，可分为10个长度1ms的子帧，每个子帧又包含N个时隙，N的数值与系统带宽有关，每个时隙可分为14个符号，每个符号均为OFDM波形。单个时隙中最开始的若干符号为控制信息，剩余符号为数据，每个用户的数据通过频域区分，会占据所有数据符号的频域特定位置(PRB)，如图2所示。
OFDM波形具有传输效率高和有效对抗多径衰落的特点，已经广泛应用于无线局域网、4G/5G等无线通信系统中。但OFDM系统的主要缺点之一是具有较大的峰值平均功率比(峰均比，PAPR)，它直接影响了整个系统的运行成本和效率。当峰均比较大时，要求功率放大器、A/D、D/A转换器具有很大的线性动态范围，否则当信号峰值进入放大器的非线性区域时，就会使信号产生畸变，造成子载波间的互调干扰和带外辐射，破坏子载波间的正交性，降低系统性能。为了避免这种情况，常用的方法是采用大动态范围的功率放大器，或者对功率放大器的工作点进行补偿，但这样做将会使功率放大器的效率大大降低，绝大部分能量都转化为热能被浪费掉。
不同于陆地蜂窝网，卫星上的功率资源有限，为了能在给定发射功率条件下最大化吞吐量，功放要工作在邻近饱和点的状态。5G传输链路使用OFDM波形，具有较高的峰均比，在卫星传输链路直接使用5G信号波形会降低功放效率，并带来散热等问题。因此在保证较高的频带利用率的同时降低信号峰均比是5G与卫星通信融合信号体制设计中需要解决的重要问题。
发明内容
针对现有技术存在的地面5G系统传输链路所使用的OFDM波形峰均比高，应用于卫星传输链路会导致功放效率降低以及带来更大散热的问题，本发明的目的在于提供一种基于5G技术的卫星通信系统及方法，以便于至少部分地解决上述问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
第一方面，本发明提供一种基于5G技术的卫星通信系统，所述系统上行和下行发送的信号均基于连续无线帧结构，每个所述无线帧包括若干个长度为1ms的子帧，每个所述子帧包括N个时隙，每个所述时隙包括若干个符号，所述符号均使用单载波进行调制；
其中，在系统下行发送的信号中所述时隙为下行时隙，所述下行时隙包括用于传输控制信息的控制符号和若干个用于传输数据信息的数据符号，所述控制符号按频带划分为K个控制信息块，每个所述控制信息块均为独立的单载波信号；在系统上行发送的信号中所述时隙为上行时隙，所述上行时隙中的符号均为数据符号。
在一优选实施例中，每个所述无线帧包括10个长度为1ms的子帧；每个所述时隙均包括14个所述符号，且所述下行时隙中的第一个符号即为所述控制符号。
在一优选实施例中，所述下行时隙中的若干个数据符号对应一个或多个终端，当所述终端对应有多个时，所述数据符号与所述终端之间的对应关系由所述控制符号中的K个控制信息块指示。
在一优选实施例中，所述下行时隙中的各控制信息块分别通过对应终端的C-RNTI加扰，以便于各终端在每个下行时隙中分别使用各自的C-RNTI解扰对应的所述信息控制块。
在一优选实施例中，所述下行时隙中控制信息块的数量K在系统消息中通过广播的形式发送给所有的终端。
在一优选实施例中，所述控制信息块中携带有下行调度授权或上行调度授权。
在一优选实施例中，所述下行调度授权及所述上行调度授权包括分配给终端的数据信息块的总个数、起始数据信息块位置、调制方式、码率；其中，每个所述数据符号均包括若干个数据信息块。
第二方面，本发明还提供一种基于5G技术的卫星通信方法，应用于如上所述的系统，包括以下步骤：
卫星通过系统消息向终端指示下行时隙中包含的控制信息块的数量K；
终端在每个下行时隙中用自己的C-RNTI解扰控制符号中的K个控制信息块；
如果所有的控制信息块均解扰失败，则终端跳过当前下行时隙；对于解扰成功的控制信息块，则终端按照所述控制信息块的指示对后续的数据符号进行操作。
在一优选实施例中，对于解扰成功的控制信息块，如解扰出的为下行调度授权，则终端按照下行调度授权的指示从当前下行时隙的数据符号中解调下行数据；如解扰出的为上行调度授权，则终端按照上行调度授权的指示在后续上行时隙的数据符号中发送上行数据。
采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：本发明技术方案中继续沿用5G技术框架，但在此基础上不使用5G原有的OFDM波形，而采用单载波波形，从而能够降低信号峰均比、提升卫星功率放大器效率、改善卫星的耗电与发热性能、提高卫星数据通信能力。
附图说明
图1为现有技术中地面5G系统的帧结构示意图；
图2为现有技术中地面5G系统的时隙结构示意图；
图3为本发明实施例一中的时隙结构示意图；
图4为本发明实施例二中的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本发明结构的说明，仅是为了便于描述本发明的简便，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
对于本技术方案中的“第一”和“第二”，仅为对相同或相似结构，或者起相似功能的对应结构的称谓区分，不是对这些结构重要性的排列，也没有排序、或比较大小、或其他含义。
另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据本发明的总体思路，联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
一种基于5G技术的卫星通信系统，系统上行和下行发送的信号均基于连续无线帧结构，如图1所示，其与现有技术中地面5G系统类似。每个无线帧包括10个长度为1ms的子帧，每个子帧包括N个时隙，N的数值与系统带宽有关，每个时隙包括14个符号。与现有技术中的地面5G系统相比，本实施例的区别还在于：时隙中的符号均使用单载波进行调制。
其中，在系统下行发送的信号(卫星向终端发送的信号)中，时隙称为下行时隙，下行时隙包括1个用于传输控制信息的控制符号和13个用于传输数据信息的数据符号，下行时隙中的第一个符号即为控制符号。控制符号按频带划分为K个控制信息块，并且每个控制信息块均为独立的单载波信号，如图3所示。而在系统上行发送的信号(终端向卫星发送的信号)中，时隙称为上行时隙，上行时隙中的14个符号均为数据符号。
在下行时隙中，其13个数据符号既可对应一个终端，又可以对应多个终端(即13个数据符号可以分别发送给不同的终端)。当终端对应有多个时，数据符号与终端之间的对应关系由控制符号中的K个控制信息块指示。其中，下行时隙中控制信息块的数量K在系统消息中通过广播的形式发送给所有的终端。
例如，下行时隙中的各控制信息块分别通过对应终端的C-RNTI加扰，以便于各终端在每个下行时隙中分别使用各自的C-RNTI解扰对应的信息控制块。
控制信息块中携带有下行调度授权或上行调度授权，下行调度授权及上行调度授权包括分配给终端的数据信息块的总个数、起始数据信息块位置、调制方式、码率；其中，每个数据符号均包括若干个数据信息块。即，对于下行调度授权，其指示当前下行时隙中，具体哪些数据信息块是分配给终端以供其下载数据信息的；对于上行调度授权，其指示在后续的上行时隙中，终端在具体哪些数据信息块中上传数据信息。
实施例二
一种基于5G技术的卫星通信方法，应用于实施例一公开的系统，如图4所示，包括以下步骤：
卫星通过系统消息向终端指示下行时隙中包含的控制信息块的数量K；
终端在每个下行时隙中用自己的C-RNTI解扰控制符号中的K个控制信息块；
如果所有的控制信息块均解扰失败，则终端跳过当前下行时隙；对于解扰成功的控制信息块，则终端按照控制信息块的指示对后续的数据符号进行操作。
具体而言，对于解扰成功的控制信息块，如解扰出的为下行调度授权，则终端按照下行调度授权的指示从当前下行时隙的数据符号中解调下行数据；如解扰出的为上行调度授权，则终端按照上行调度授权的指示在后续上行时隙的数据符号中发送上行数据。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于5G技术的卫星通信系统，其特征在于：所述系统上行和下行发送的信号均基于连续无线帧结构，每个所述无线帧包括若干个长度为1ms的子帧，每个所述子帧包括N个时隙，每个所述时隙包括若干个符号，所述符号均使用单载波进行调制；
其中，在系统下行发送的信号中所述时隙为下行时隙，所述下行时隙包括用于传输控制信息的控制符号和若干个用于传输数据信息的数据符号，所述控制符号按频带划分为K个控制信息块，每个所述控制信息块均为独立的单载波信号；在系统上行发送的信号中所述时隙为上行时隙，所述上行时隙中的符号均为数据符号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：每个所述无线帧包括10个长度为1ms的子帧；每个所述时隙均包括14个所述符号，且所述下行时隙中的第一个符号即为所述控制符号。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述下行时隙中的若干个数据符号对应一个或多个终端，当所述终端对应有多个时，所述数据符号与所述终端之间的对应关系由所述控制符号中的K个控制信息块指示。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述下行时隙中的各控制信息块分别通过对应终端的C-RNTI加扰，以便于各终端在每个下行时隙中分别使用各自的C-RNTI解扰对应的所述信息控制块。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述下行时隙中控制信息块的数量K在系统消息中通过广播的形式发送给所有的终端。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述控制信息块中携带有下行调度授权或上行调度授权。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述下行调度授权及所述上行调度授权包括分配给终端的数据信息块的总个数、起始数据信息块位置、调制方式、码率；其中，每个所述数据符号均包括若干个数据信息块。
8.一种基于5G技术的卫星通信方法，应用于如权利要求1-7任一项所述的系统，其特征在于：包括以下步骤：
卫星通过系统消息向终端指示下行时隙中包含的控制信息块的数量K；
终端在每个下行时隙中用自己的C-RNTI解扰控制符号中的K个控制信息块；
如果所有的控制信息块均解扰失败，则终端跳过当前下行时隙；对于解扰成功的控制信息块，则终端按照所述控制信息块的指示对后续的数据符号进行操作。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：对于解扰成功的控制信息块，如解扰出的为下行调度授权，则终端按照下行调度授权的指示从当前下行时隙的数据符号中解调下行数据；如解扰出的为上行调度授权，则终端按照上行调度授权的指示在后续上行时隙的数据符号中发送上行数据。
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