通过辅扩频信令信号的传输配置主信号的自适应处理的方法

文档序号:7943392阅读:168来源:国知局
专利名称:通过辅扩频信令信号的传输配置主信号的自适应处理的方法
技术领域
本发明涉及一种利用辅扩频信号的传输来配置主信号的自适应处理的方法。该方法尤其应用于多波束卫星中波束的动态转换,以及例如在时分多址系统中的帧的动态转换。
背景技术
在卫星通信系统中,通常在地面上的站将数据流发送至卫星的有效载荷,其中该卫星的有效载荷利用一个或多个波束将数据发送至一个或多个地面上的接收者。数据被以帧的形式构造,以特别地例如在多个用户之间获得链路的共享。在该上下文中,帧是要在精确的时刻、以确定的载波频率并且在给定的波束中发送的数据块。同样,当数据流没有根据提前已知且不变的分配定律进行组织,而是包含传输时刻、目的载波频率和/或目的波束不能被预测的帧时,卫星必须动态地转换帧。换句话说,卫星必须在接收到帧后,实时地确定它们的传输参数,并且将它们指向合适的波束。在卫星中动态地转换帧的第一个已知技术是使用“远程控制”类型的链路。有时被首字母缩写MCC(代表“任务控制中心”)提及的控制中心将上行链路和下行链路时间/频率映射计划发送至卫星,这使得有效载荷知道帧的载波频率、转换时刻以及目的地。然而, 该技术需要传输大量的控制数据,目前该大量控制数据的传输总是与卫星上可用的比特速率约束相一致。在转换参数更新周期很短时,或者换句话说,当转换的“活力”更强时,该缺陷更加严重。根据第二个可能的技术,一个或多个载波专用于信令。换句话说,除了主载波或者传送主信号的载波,地面站在另一频率上发送专用于传输信令数据的调制的载波。该专用载波与第一载波同步,并且由卫星的有效载荷来解调,以指示帧的必须执行转换的载波的频率、转换时刻和目的地。此外,根据TDMA(时分多址)类型的多路复用,该专用载波可以在多个用户之间被共享。然而,该第二技术需要用于信令数据的一部分频谱占用。此外,由信令占用的载波数量或频率信道大小取决于网络中地面站的数量。根据可设想的第三技术,头部被插入到第一信号的帧中。卫星的有效载荷检测到这些头部,这使得有效载荷知道帧的转换时刻和目的地。然而,该第三技术需要通过插入特定的头部或者通过修改现有的头部字段(例如,在ATM类型的寻址的情况下,其中ATM代表 “异步传输模式”)来修改现有的且因此可能是标准化的波形。同样,该第三技术不允许(或者很难允许)第一信号的透明转换。

发明内容
本发明的一个目标是提出一种用于对发送到例如卫星等的接收器的信号执行信令而不影响上述信号的结构、频谱占用或有用比特速率的方法。为此,本发明的主题是一种用于实时地配置接收和处理主信号的设备项的方法,所述主信号通过卫星链路发送至所述设备项,上述方法的特征在于其包括具有扩展到与主信号占用的频带至少部分重叠的频带上的频率的辅信号的传输,所述辅信号包括被所述设备项实时地用来配置应用到主信号的处理的信令参数。因此,所述方法使在设备项中应用由辅载波提供的信息参数化的自适应处理成为可能。因此,例如,对于经由天线系统发送数据的设备项,参数可以被插入到辅信号中,以根据要发送的数据的类型来调整包括天线的转发器的增益控制;类似地,波束成形网络的系数可以被修改以动态地适应天线模式。该方法也可以用于参数化帧的动态转换。按照根据本发明的方法的一个实现方式,主信号占用的频带包括辅信号占用的频带。辅信号则特别地具有相对于主信号不占用额外频谱空间的优点。按照根据本发明的方法的一个实现方式,辅信号由通过伪随机扩展序列扩展的载波频率承载(borne),所述载波被扩展到足够宽而不至干扰主信号解码的频带上,主信号与辅信号的功率谱密度比值足够高以避免主信号和辅信号之间的对主信号的传输不利的干扰的产生。该比值的最小值取决于系统的尺寸以及波形经受干扰的能力。按照根据本发明的方法的一个实现方式,经历扩频的载波在所述扩展之前由包括信息符号的信号调制。信号的这一类型被称为类型II。按照根据本发明的方法的一个实现方式,设备项必须实时地将数据帧转换到不同的输出,所述帧包含在所述主信号中,所述辅信号包括信令参数,所述信令参数在与主信号耦合时能够使所述设备项将输出与所述帧的每一个相关联。辅信号包括与主信号有关的元数据。这些辅信号在时间上并行于主信号演变,使得接收要被转换的主信号的设备项能够实时地知道应用的转换参数。从而,该转换能够透明地执行,并且不会影响数据速率或者频谱占用。帧可以是例如DVB-S2类型的帧。按照根据本发明的方法的一个实现方式,接收设备项是多波束通信卫星,主信号和辅信号从地面站被发送到所述卫星,主信号的转换在所述卫星上执行,以便将每个帧引导到卫星的一个波束。不背离本发明的框架,根据该方法的另一个实现方式,地面站从卫星接收要转换的信号。在这种情况下,卫星生成辅信号,地面站被配置为利用包含在这些辅信号中的信息转换主信号。按照根据本发明的方法的一个实现方式,对于要被转换的每个帧,信令参数包括 载波频率或发送所述帧的频率; 针对所述帧计划的输出的指示。信令参数也可以包括附加信息,例如为了配置帧转换设备项。按照根据本发明的方法的一个实现方式, 辅信号与主信号同步; 或者,对于要被转换的每个帧,与帧必须被转换的时刻有关的指示被合并到包含在辅信号中的信令参数中。按照根据本发明的方法的一个实现方式,信令参数和要被转换的帧之间的映射被
建立,■对于所述主信号的每个帧,发送设备通过扩展序列扩展至少一个载波频率,以生成所述辅信号,其中所述扩展序列取决于要被应用至所述帧的所述信令参数;
■所述映射经由通信链路被发送到必须转换所述帧的所述设备项;■在所述设备项中ο通过与在所述映射中发送给所述卫星的所述扩展序列相关联,找出用来对所述辅信号扩频的序列,通过使用所述扩展序列,所述辅信号被解扩,以提取所述信令参数;ο使用所述信令参数来转换所述主信号的所述帧。按照根据本发明的方法的一个实现方式,所述主信号由一个或多个载波频率承载,每个{主信号的载波频率,目的波束}对的伪随机扩展序列被使用,所述伪随机序列是正交的。本发明的另一主题是安装在多波束卫星上的帧转换设备,所述设备包括至少一个接收天线,所述至少一个接收天线能够接收包括要被转换的帧的主信号和具有扩展到与所述第一信号占用的频带至少部分重叠的频带上的频率的辅信号,所述辅信号包括转换信令参数,所述设备特征在于其包括转换模块,所述转换模块由用于从所述扩展的辅信号中提取信令参数的模块馈送并且由存储扩展序列和转换参数之间的映射的配置模块馈送,所述转换模块适于将所述主信号的所述帧引导至在所述信令参数中指定的波束。


根据附图,通过阅读在下面作为非限制性实例给出的详细描述,其它特征将变得显而易见,其中附图表示-图1,必须执行波束转换的示例性卫星通信系统;-图2a,示出了在信号由单一频率承载的情况下要被转换的这些信号帧的分配的图;-图2b,示出了在信号由多个不同频率承载的情况下要被转换的这些信号帧的分配的图;-图3,示出了根据本发明的示例性方法的步骤的方框图;-图4,实现根据本发明的方法的系统的示例性架构。
具体实施例方式图1示出了必须执行波束转换的示例性卫星通信系统。本例中的系统包括三个地面站101、102、103和一个卫星105。第一站101向卫星105发送信号111。这些信号111 包括一系列帧121、122、123,这些帧中的一些必须发送给第二站102,其它的发送给第三站 103。因此,卫星105必须在精确的时刻,对在给定的波束上并且在给定的载波上接收到的信号111进行转换,使得所有的帧到达计划的接收者。根据本发明的方法使得可以执行该转换而没有上面提及的现有技术的缺点。类似地,如果接收者用户位于不同的区域,则例如用于处理到一个或多个不同区域的突发的转换的通信系统必须具有有效载荷,该有效载荷在精确的时刻指派组成在预定的载波频率上并且可能是在预定的波束上接收到的信号的帧。图加是示出了在信号由单一频率承载的情况下要被转换的这些信号帧的分配的图。由第一功率谱密度曲线201示意性地表示被称为“主信号”的要被转换的第一载波传输信号。该第一载波以帧集合的形式传输主信号。术语“帧”应该被理解为数据块,其大小不一定是固定的,并且其具有确定的目的区域。作为示例,转换帧可以对应于DVB-S2 (数字视频广播-第二代)类型的帧集合,或者对应于DVB-RCS (数字视频广播-经由卫星的回传信道)系统的回传信道上的脉冲集合。在图加的实例中,帧的第一子集211旨在被发送到第一区域,帧的第二子集212旨在被发送到第二区域。因此,接收主信号的卫星必须将这些信号的帧211、212转换至覆盖合适目的区域的波束。为了正确地执行到每个区域的转换,根据本发明的方法经由由第二曲线202表示的辅载波来发送信令数据,并且该辅载波的功率谱密度远低于主载波的功率谱密度。例如, 功率谱密度差在最大点等于_20dB,从而避免了要被转换的信号和被称为“辅信号”的信令信号之间的任何干扰。有利地,辅载波覆盖的频带包括在主载波覆盖的频带中,使得对于信令信号的传输不需要额外的频谱占用。有利地,辅载波覆盖的频带包括在主载波覆盖的频带中,使得不需要补充的频谱占用来传输信令信号。辅载波能够例如通过乘以有时被称为 PN(代表“伪噪声”)的伪随机序列被扩展。要被转换的主信号和辅信令信号密切相连。换句话说,没有辅信号,主信号就不能被正确地发送到接收者,而没有主信号,辅信号就是无意义的。卫星的有效载荷接收主信号和辅信号两者,后者被解扩(imspread)以能够对与要被转换的信号有关的信令信息进行解码。图2b是示出了信号在多个不同的载波上发送的情况下,要被转换的这些信号帧的分配的图。在图2b的实例中,三个主载波251、252、253用来发送要被转换的信号。扩展到该三个主载波占用的频带上的辅载波260包括用于对包含在在主载波上发送的信号中的帧进行转换的信令信号。在该例中,该三个载波的集合包括要被转换到四个不同的波束的帧。第一主载波251包括分别要到第一波束和第二波束的帧271、272的交替。第二主载波252包括要到第三波束和第一波束的帧273、271的交替,以及第三载波253包括要到第四波束和第一波束的帧274、271的交替。图3示出了一方框图,该方框图示出了根据本发明的用于执行波束转换的示例性方法的步骤。在该例中,信号从地面发送到执行主信号转换的卫星。按照根据本发明的方法的另一个实现方式,卫星将信号朝向陆地站发送,该陆地站将该主信号引导至例如地面上的多个接收者。开始,在301处,针对每个类型的帧设置主信号传输参数。例如,对于每个接收者, 将载波频率连同接收者所在的目的区域指派给每个接收者。这些传输参数例如经由远程控制类型的链路被传送到卫星。卫星存储其将需要用于转换信号的这些参数。在转换帧或突发的情况下,频率计划被控制器分配给所有的地面站,以指示在每个波束覆盖范围内可用的时隙。第二,在302处,关于主信号生成扩频辅信号。多种调制类型可以被用于生成该辅信号。按照根据本发明的方法的一个实现方式,信令信号为类型I。在这种情况下,例如通过利用伪噪声序列调制纯载波来获得扩展辅信号,其中将不同的序列指派给每个参数集合,在该实例中,参数集合是{主载波,波束}对。使用的序列必须是正交的从而组成所调制载波的签名。例如通过上述提及的远程控制链路将序列和{主载波,波束}对之间的映
7射发送给卫星,卫星存储这些映射。因此,对于类型I的信令信号,凭借所存储的映射,仅知道用于调制载波的序列足以使卫星确定要被应用于所关注帧的转换参数。该序列可以被认为是签名,根据该签名可以获取参数集合。按照根据本发明的方法的另一个实现方式,信令信号为类型II。在这种情况下,通过使用伪噪声序列在更宽的频谱上扩展包含信息符号的调制载波来获得辅信号。信息符号包括,例如■帮助确定帧的开始的参考词;■与旨在前往与当前帧相同的波束的下一帧的开始和结束有关的时间戳信息;并且可能地■针对卫星的有效载荷的配置的其它信息,例如帧的目的地,或者数字或模拟的波束成形网络必须应用的控制定律;在转换模块包括数字波束成形网络的情况下,每个波束的权重序列可以被发送。作为示例,从以下假设开始·以低于主信号功率20dB的功率发送信令信号; 在至少高于卫星天线末端的热噪声5dB处接收信令信号,以及 用于序列检测的C/N阈值或者解调阈值是7dB,可以通过因子1000的阶的扩展, 即30dB,来扩展信令信号。如果要被转换的帧的持续时间是100ms,并且如果每次发送1000 个信息比特,则在IOkHz处的有用比特率为ΙΟΙΛ/s,并且扩展频带为10MHz。例如,这个值兼容于DVB-S2载波的大小或者为DVB-RCS类型的系统的地点(spot)分配的频带。发送信令信号的地面站必须知道 与{载波,波束}对相关联的序列, 帧开始时刻(在接入层级别处), 载波的符号速率的同步(在物理层级别处)。此外,无论何种类型的信号均能够被扩展到被单个载波占用的频谱空间上(参见图2a)或者被多个载波占用的频谱空间上(参见图北)。在辅信号被扩展到由主信号的多个载波占用的频谱上的情况下,针对每个主载波的不同伪随机序列的使用使得分离这些载波成为可能。此外,辅信号可以与主信号同步,使得帧的开始(也就是说,新的转换参数必须被应用的时刻)由辅信号的到达时刻隐含地定义。可选地,即使辅信号和主信号不完全异步, 它们也不完全是同步的。在后者的情况下,对于类型II的信号,时间戳信息必须合并到辅信号中,以便确定帧的开始和结束,以应用为每个帧计划的参数集合。因此,关于主信号在时间上连续地生成辅信号,然后辅信号与主信号一起同时由地面站发送到多波束卫星。在转换帧或者突发的情况下,每个地面站可以发送信令信号以向卫星的有效载荷通知其帧的目的地。第三,在303处,在并且当接收到主信号和辅信号时,在该实例中为卫星的有效载荷的接收设备项提取包含在辅信号中的信令信息。该实时提取的信息包含能够被应用于转换包含在主信号中的帧的参数。凭借存储在有效载荷中的序列,通过关联来找出用于对转换参数编码的一个或者多个序列。一旦该一个或多个序列被找出,则其被用来对辅信号进行解扩以及对转换参数进行解码。在辅信号被扩展到由主信号的多个载波占用的频谱上的情况下,针对每个主载波的伪随机序列的使用使得分离载波成为可能。序列彼此跟随,具有高于主载波的帧速率。辅信号在卫星上被解扩,然后被解调。该解扩使得利用包含在信息符号中的时间戳信息成为可能(对于类型II的辅载波)。可选地,块纠错码被用于降低解调阈值。第四,在304处,卫星实时地将之前提取的转换参数应用于主信号,以将它们引导至合适的输出。术语“输出”应当被理解为例如天线端口,或者如果使用有源天线,指派给在期望方向上进行发送的天线的不同辐射元件的权重的特定分配。图4示出了在波束转换的情况下,实现根据本发明的方法的系统的示例性构架。该系统包括第一地面站401,该第一地面站将信号发送至卫星402,该卫星402将接收到的信号转换至位于地面上第一区域的第二站403或者位于地面上第二区域的第三站 404。卫星402包括信号提取模块421、转换模块422和配置模块423。第一地面站401发送 包括旨在交替去往第二地面站403和第三地面站404的帧的主信号; 使用针对每个波束的不同的伪随机序列进行扩频的信令信号。卫星上的配置模块423特别地用于存储用来对信令信号扩频的伪随机序列(码)。 不同的伪随机序列被指派给每个波束,有利地,该序列是正交的。例如通过远程控制类型的链路将伪随机序列和波束之间的映射从地面发送到卫星,地面上的配置站405向转换模块 422指示所述映射。由第一地面站401发送的信号——即,主信号和信令信号——经由馈给滤波和放大子系统425的天线4M被接收。该信号在该子系统的输出处被复制,然后被发送到信号提取模块421和转换模块422。例如,在信令信号为类型I时,信号提取模块421包括一系列相关器,或者在信令信号为类型II时,信号提取模块421包括一系列相关器和解调器。该一系列的相关器使用配置模块423存储的序列,通过与所接收的信号相关来确定已经被用于扩展辅信号的一个或多个序列。在卫星上执行相关处理期间,当帧的开始被确定时,缓冲存储器用来存储主信号。有利地,利用数字技术来执行类型I信令的提取,缓冲存储器的使用通常需要数字处理。可以利用模拟技术来执行信令的提取。类型II的信令的提取使用数字技术,卫星上的转换可以是模拟的或者数字的。信号提取模块421将合适的序列应用到接收的信号,以解扩辅信号并确定帧的开始。从解扩信号中提取的转换参数被发送到转换模块422,该转换模块422同时接收主信号。并行地,存储在配置模块423中的伪随机序列和波束之间的映射432被发送到转换模块 422。被提供了信令信息431和映射432的转换模块422可以将旨在前往不同波束的主信号路由到对应的天线端口 426、427。根据本系统的一个实施例,包括在有效载荷中的将帧发送至目的区域的发送天线是有源天线,其通过将不同的相移施加至多个辐射元件来工作。如果设想有源天线,则波束转换情况下的转换模块422可以是例如DTP (数字透明处理器)或者数字波束成形网络(DBFN)。
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在图4的实例中,旨在前往第二地面站403的帧471被示出为阴影,而旨在前往第三地面站404的帧472被表示为白色。按照根据本发明的方法的一个实现方式,辅信号包括能够用于例如配置发送功率的配置信息或者针对有效载荷接收该辅信号的其它参数。例如,能够被用于设置放大器的操作点的参数可以在辅信号中发送,以在预定的时间期间(例如,对应于特定帧的传输)修改配置。根据本发明的方法具有许多优点。特别地,它没有修改对主信号的波形的限定,即该方法是透明的,它不要求与主信号同步的远程控制类型的高比特率链路。此外,当信令信号被扩展的频带包含在主信号占用的频带中时,实现该方法不需要专用于信令的任何频率资源。此外,该方法不修改卫星上的信道。
权利要求
1.一种用于实时地配置接收和处理主信号001,251,252,253)的设备项002)的方法,其中所述主信号通过卫星链路被发送至所述设备项,所述方法的特征在于其包括具有被扩展到与所述主信号001,251,252,253)占用的频带至少部分重叠的频带上的频率的辅信号(202,沈0)的传输,所述辅信号(202,沈0)包括被所述设备项002)实时地用来配置应用于所述主信号的处理的信令参数。
2.根据权利要求1所述的配置方法,其中,所述主信号O01,251,252,253)占用的所述频带包括所述辅信号O02,260)占用的所述频带。
3.根据权利要求1或2所述的配置方法,其中,所述辅信号(202,沈0)由通过伪随机扩展序列扩展的载波频率承载,所述载波被扩展到足够宽而不至干扰所述主信号(201,251, 252,253)的解码的频带上,所述主信号与所述辅信号的功率谱密度比值足够高以避免所述主信号和所述辅信号之间的对所述主信号的传输不利的干扰的产生。
4.根据权利要求3所述的配置方法,其中,经历扩频的所述载波在所述扩展之前由包括信息符号的信号调制。
5.一种包括根据上述权利要求中任一项所述的配置方法的步骤的转换方法,其中,所述设备项(402)必须实时地将数据帧转换至不同的输出,所述帧包含在所述主信号中,所述辅信号包括信令参数,所述参数被所述设备项(402)实时地用来将输出与所述帧中的每一个相关联。
6.根据权利要求5所述的转换方法,其中,所述接收设备项是多波束通信卫星002), 所述主信号(201,251,252,25 和所述辅信号(202,沈0)被从地面站(401)发送到所述卫星,所述主信号的所述转换在所述卫星上执行,以将每个帧引导至所述卫星的所述波束中的一个。
7.根据权利要求4和5所述的转换方法,其中,对于要被转换的每个帧,所述信令参数包括 所述载波频率或发送所述帧的频率; 针对所述帧计划的所述输出的指示。
8.根据权利要求5-7中的任一项所述的转换方法,其中 所述辅信号(202,沈0)与所述主信号同步; 或者,对于要被转换的每个帧,与所述帧必须被转换的时刻有关的指示被合并到包含在所述辅信号中的所述信令参数中。
9.根据权利要求5-8中的任一项所述的转换方法,其中,信令参数和要被转换的帧之间的映射被建立,■对于所述主信号的每个帧,发送设备(401)通过扩展序列扩展至少一个载波频率, 以生成所述辅信号,其中所述扩展序列取决于要被应用至所述帧的所述信令参数;■所述映射经由通信链路(40 被发送到必须转换所述帧的所述设备项G02);■在所述设备项G02)中ο通过与在所述映射中发送给所述卫星的所述扩展序列相关联,找出用来对所述辅信号扩频的序列,通过使用所述扩展序列,所述辅信号被解扩,以提取所述信令参数;O使用所述信令参数来转换所述主信号的所述帧。
10.根据权利要求5-9中的任一项所述的转换方法,其中,所述主信号由一个或多个载波频率承载,每个{所述主信号的载波频率,目的波束}对的伪随机扩展序列被使用,所述伪随机序列是正交的。
11. 一种安装在多波束卫星(40 上的帧转换设备,所述设备包括至少一个接收天线, 所述至少一个接收天线能够接收包括要被转换的帧的主信号和具有扩展到与所述第一信号占用的频带至少部分重叠的频带上的频率的辅信号,所述辅信号包括转换信令参数,所述设备的特征在于其包括转换模块022),所述转换模块022)由用于从所述扩展的辅信号中提取信令参数的模块(421)馈送并且由存储扩展序列和转换参数之间的映射的配置模块(42 馈送,所述转换模块(42 适于将所述主信号的所述帧引导至在所述信令参数中指定的波束。
全文摘要
本发明涉及一种通过辅扩频信令信号的传输配置主信号的自适应处理的方法。一种用于实时地配置接收和处理主信号(201,251,252,253)的设备项的方法,其中所述主信号通过卫星链路被发送至所述设备项,所述方法包括具有扩展到与所述主信号(201)占用的频带至少部分重叠的频带上的频率的辅信号(202,260)的传输,所述辅信号(202)包括被所述设备项实时地用来配置应用到主信号的处理的信令参数。本发明尤其应用于多波束卫星中波束的动态转换,以及例如时分多址系统中的帧的动态转换。
文档编号H04B7/185GK102437907SQ20111031936
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月23日 优先权日2010年9月24日
发明者C·博杜安, E·科贝尔, M·德尔万, Z·法赖吉 申请人:塔莱斯公司
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