专利名称：一种参数捷变tdma通信方法
技术领域：
本发明涉及跳频TDMA卫星通信系统的组网和业务传输技术，特别适用于基于卫星跳频转发的TDMA跳频卫星通信系统组网和业务传输过程。
背景技术：
跳频TDMA卫星通信系统具有一般MF-TDMA系统所具备的灵活的接入和交换能力，高效的卫星资源利用率和网络扩展能力，可以较好地满足中低速率节点间组网通信。同时，由于其跳频通信的特性，具有很强的抗干扰能力和保密性，特别适合军事卫星应用。然而，跳频TDMA卫星系统组网时除了业务数据外，还要要进行各种控制突发的跳频收发，帧结构配置复杂，控制的可靠性很难得到保证。另外，不同大小类型地球站具有不同的发射与接收能力，采用传统TDMA卫星通信系统的实现方式，需要安排大小站值守于多个不同速率载波，这对本不富裕的跳频带宽资源是一种很大的浪费。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术中不足之处，提供一种适应跳频TDMA卫星通信系统的组网和业务通信方法。本发明基于地球站与星上时间的同步，设计了一种简单可靠的跳频TDMA系统帧结构配置方式。本发明首次引入了变速率TDMA帧结构，通过调制解调参数捷变和突发数据按帧预组的方法予以实施，令不同通信能力的地球站实现了组网和业务互通。在此基础上，进一步采取合理的频率配置，令各地球站分时复用同一段频率 资源，减小了系统带宽开销。通过以上方法，有效的解决了跳频TDMA卫星通信系统可靠组网和不同通信能力地球站混合组网互通的问题。本发明具有控制方法简单、站型适应性强、系统资源利用率高等优点。本发明的目的是这样实现的，一种参数捷变TDMA通信方法，包括步骤(I)星载设备在下行链路中下发星上跳频时间信息，各地面站提取该跳频时间信息作为各地面站TDMA系统的突发时刻基准；(2)各地面站中设定其中一个地面站作为TDMA系统的主站；主站进行TDMA系统的变速率帧结构配置，完成变速率分帧和时隙时刻划分；(3)各地面站接收主站下发的控制信息，获取帧结构配置信息，并根据该帧结构配置发送保密、测距和申请突发，实现TDMA系统的组网；(4)地面站间通信时，各地面站通过分析业务数据的目的站地址，确定发送目的载波，并根据自身能力，选择合适的载波分帧，缓存待发送的业务数据；(5)在每一帧开始的时刻，各地面站接收星上时间信息和主站的控制突发信息，获取本帧内本站各突发时刻和类型信息；(6)根据步骤(2)中配置的帧结构和本站各突发时刻、类型信息，将上一帧周期内缓存的业务数据进行TDMA突发组包，并按突发序号全部缓存；(7)每个突发时刻到时，根据帧结构中设计的当前时隙的收发频率、速率和类型，对地面站的调制器和解调器即时进行参数配置；(8)发送信息的地面站的调制器在完成配置后，将按当前的突发序号取得对应的突发数据包立即进行发送；(9)接收信息的地面站的解调器按收到突发的时刻对应的跳频频率和帧结构信息，获得正确的频率、速率和类型，予以解调接收，完成数据的通信过程。其中，步骤(2)中变速率帧结构的配置包括以下步骤(207)设定TDMA帧周期为星上每跳间隔时间T的N倍，N为整数；NXT取值应满足于TDMA系统对帧长的需求；(208)将载波I的第一跳固定用于星上时间信息的接收和主站的控制突发信息的收发，如主站的控制突发信息的长度较长，可占用下一跳；
(209)根据地面站间的互通要求和业务量情况，在各载波剩余帧长内划分多种速率区，每一速率区域称为一个分帧；分帧长度为时间间隔T的整数倍，各载波上分帧数一致并对齐；(210)分帧所采用的载波速率确定后，按照载波速率大小进行交叉配置，分时复用频率资源；(211)分帧内设置突发时隙，时隙个数为跳数的整数倍；各相同载波不同分帧间时隙个数可根据业务量进行设置；相同分帧不同载波间时隙个数也可以不同，但须为2k倍(k = 0，1，2，3…)关系，以实现时隙在各载波间的对齐；(212)各地面站的测距、申请和保密信息分别在载波I高低速率分帧上分配专门的时隙发送；在这些时隙内，可根据突发信息量大小，设置总长不超过一个时隙长度的一个或多个突发；各地面站在数据时隙内进行业务数据收发，每个数据时隙包含一个完整的TDMA突发。其中，步骤(4)中选择合适的载波分帧包含以下步骤(401)各地面站接收主站控制信息，获取主站根据地球站的通信速率和通信能力大小规划的站类型信息，确定本站为大站还是小站。(402)地球站间通信时，点对点业务数据将根据该数据的目的站的值守信息，确定目的载波；如果业务数据为广播业务时，各站统一将目的载波设定为载波I ;(403)根据目的载波或载波I上分帧属性和本站的大小站配置，选择适合本站发送的分帧；如果本站为大站，选择高速率分帧；本站为小站，则选择低速率分帧；通过以上过程，完成每个业务数据包的发送载波分帧的选择过程。本发明相比背景技术具有如下优点I、本发明采用了全网地球站同步于星上下发时间信息的同步方式，实现了一种简单可靠的跳频TDMA系统帧结构配置方法；2、本发明采用首次引入了变速率的帧结构配置，令不同通信能力的地球站实现了业务互通，具有较强的站型适应性。3、本发明通过合理的频率配置，用较小的开销实现多速率混合组网，提高了系统资源利用率。
图I时本发明的主要流程图。图2是本发明的跳频TDMA帧结构配置示意图。图3是本发明大小站互通时点对点业务载波-分帧使用方法示意。图4是本发明大小站互通时广播业务应用方法示意。
具体实施例方式下面，结合图I至图4对本发明作进一步说明。一种参数捷变TDMA通信方法，包括以下步骤(I)星载设备在下行链路中下发星上跳频时间信息，各地面站提取该跳频时间信息作为各地面站TDMA系统的突发时刻基准； 该信息为一个长周期时间信息，通过该值可以在星地一致的跳频图案中计算出对应的每一时刻的跳频频率值，实现跳频同步。由于所有地球站均同步到该时间基准上，同时也完成了全网时间同步。(2)各地面站中设定其中一个地面站作为TDMA系统的主站；主站进行TDMA系统的变速率帧结构配置，完成变速率分帧和时隙时刻划分；步骤(2)中变速率帧结构的配置包括以下步骤(201)设定TDMA帧周期为星上每跳间隔时间T的N倍，N为整数；NXT取值应满足于TDMA系统对帧长的需求；如图I所示，对一个120跳/秒的跳频系统来说，一般固定为100ms,即每帧 12 跳，N = 12 ；(202)将载波I的第一跳固定用于星上时间信息的接收和主站的控制突发信息的收发，如主站的控制突发信息的长度较长，可占用下一跳；(203)根据地面站间的互通要求和业务量情况，在各载波剩余帧长内划分多种速率区，每一速率区域称为一个分帧；分帧长度为时间间隔T的整数倍，各载波上分帧数一致并对齐；(204)分帧所采用的载波速率确定后，按照载波速率大小进行交叉配置，分时复用频率资源；如图I所示，在分帧速率配置时，按照载波速率大小进行交叉配置，使得每个分帧内，所有载波使用的带宽资源总和Sn，总是小于等于某个分帧内的资源总和S。利用TDMA系统分时复用的特点，可令每个分帧内所有载波均使用同一个带宽不超过S的频率段，用最小的频率资源开销，实现多速率载波混合组网。(205)分帧内设置突发时隙，时隙个数为跳数的整数倍；各相同载波不同分帧间时隙个数可根据业务量进行设置；相同分帧不同载波间时隙个数也可以不同，但须为2k倍(k = 0，1，2，3…)关系，以实现时隙在各载波间的对齐；(206)各地面站的测距、申请和保密信息分别在载波I高低速率分帧上分配专门的时隙发送；在这些时隙内，可根据突发信息量大小，设置总长不超过一个时隙长度的一个或多个突发；各地面站在数据时隙内进行业务数据收发，每个数据时隙包含一个完整的TDMA突发。由于控制、保密、申请、测距、数据等各类突发数据发送时，均在对应类型的时隙内发送，而各时隙不会跨跳分布，从而保证了每个突发在发送过程中均处于跳频频率一跳以内，发送频率保持不变。(3)各地面站接收主站下发的控制信息，获取帧结构配置信息，并根据该帧结构配置发送保密、测距和申请突发，实现TDMA系统的组网；(4)地面站间通信时，各地面站通过分析业务数据的目的站地址，确定发送目的载波，并根据自身能力，选择合适的载波分帧，缓存待发送的业务数据；准备发送的业务数据按载波分帧分别缓存于不同队列中。步骤(4)中选择合适的载波分帧包括以下步骤(401)各地面站接收主站控制信息，获取主站根据地球站的通信速率和通信能力大小规划的站类型信息，确定本站为大站还是小站；(402)地球站间通信时，点对点业务数据将根据该数据的目的站的值守信息，确定 目的载波；如果业务数据为广播业务时，各站统一将目的载波设定为载波I ;(403)根据目的载波或载波I上分帧属性和本站的大小站配置，选择适合本站发送的分帧；如果本站为大站，选择高速率分帧；本站为小站，则选择低速率分帧；通过以上过程，完成每个业务数据包的发送载波分帧的选择过程。如图3所示，广播A为大站广播，广播B为小站广播，在广播数据发送期间，所有地面站均接收载波I上的广播数据。(5)在每一帧开始的时刻，各地面站接收星上时间信息和主站的控制突发信息，获取本帧内本站各突发时刻和类型信息；(6)根据步骤(2)中配置的帧结构和本站各突发时刻、类型信息，将上一帧周期内缓存的业务数据进行TDMA突发组包，并按突发序号全部缓存；突发序号是帧结构配置中一帧内所有突发按先后顺序排序的序号，该序号在帧结构确定后即确定。(7)每个突发时刻到时，根据帧结构中设计的当前时隙的收发频率、速率和类型，对地面站的调制器和解调器即时进行参数配置；(8)发送信息的地面站的调制器在完成配置后，将按当前的突发序号取得对应的突发数据包立即进行发送；(9)接收信息的地面站的解调器按收到突发的时刻对应的跳频频率和帧结构信息，获得正确的频率、速率和类型，予以解调接收，完成数据的通信过程。
权利要求
1.一种参数捷变TDMA通信方法，其特征在于包括以下步骤 (1)星载设备在下行链路中下发星上跳频时间信息，各地面站提取该跳频时间信息作为各地面站TDMA系统的突发时刻基准； (2)各地面站中设定其中一个地面站作为TDMA系统的主站；主站进行TDMA系统的变速率帧结构配置，完成变速率分帧和时隙时刻划分； (3)各地面站接收主站下发的控制信息，获取帧结构配置信息，并根据该帧结构配置发送保密、测距和申请突发，实现TDMA系统的组网； (4)地面站间通信时，各地面站通过分析业务数据的目的站地址，确定发送目的载波，并根据自身能力，选择合适的载波分帧，缓存待发送的业务数据； (5)在每一帧开始的时刻，各地面站接收星上时间信息和主站的控制突发信息，获取本帧内本站各突发时刻和类型信息； (6)各地面站根据帧结构配置和本站各突发时刻、类型信息，将上一帧周期内缓存的业务数据进行TDMA突发组包，并按突发序号全部缓存； (7)每个突发时刻到时，根据帧结构中设计的当前时隙的收发频率、速率和类型，对地面站的调制器和解调器即时进行参数配置； (8)发送信息的地面站的调制器在完成配置后，将按当前的突发序号取得对应的突发数据包立即进行发送； (9)接收信息的地面站的解调器按收到突发的时刻对应的跳频频率和帧结构信息，获得正确的频率、速率和类型，予以解调接收，完成数据的通信过程。
2.根据权利要求I所述的一种参数捷变TDMA通信方法，其特征在于步骤(2)中变速率帧结构的配置包括以下步骤 (201)设定TDMA帧周期为星上每跳间隔时间T的N倍，N为整数；NXT取值应满足于TDMA系统对帧长的需求； (202)将载波I的第一跳固定用于星上时间信息的接收和主站的控制突发信息的收发，如主站的控制突发信息的长度较长，可占用下一跳； (203)根据地面站间的互通要求和业务量情况，在各载波剩余帧长内划分多种速率区，每一速率区域称为一个分帧；分帧长度为时间间隔T的整数倍，各载波上分帧数一致并对齐； (204)分帧所采用的载波速率确定后，按照载波速率大小进行交叉配置，分时复用频率资源； (205)分帧内设置突发时隙，时隙个数为跳数的整数倍；各相同载波不同分帧间时隙个数可根据业务量进行设置；相同分帧不同载波间时隙个数也可以不同，但须为2k倍(k =0，1，2，3…)倍关系，以实现时隙在各载波间的对齐； (206)各地面站的测距、申请和保密信息分别在载波I高低速率分帧上分配专门的时隙发送；在这些时隙内，可根据突发信息量大小，设置总长不超过一个时隙长度的一个或多个突发；各地面站在数据时隙内进行业务数据收发，每个数据时隙包含一个完整的TDMA突发。
3.根据权利要求I所述的一种参数捷变TDMA通信方法，其特征在于步骤(4)中选择合适的载波分帧包含以下步骤(401)各地面站接收主站控制信息，获取主站根据地球站的通信速率和通信能力大小规划的站类型信息，确定本站为大站还是小站。
(402)地球站间通信时，点对点业务数据将根据该数据的目的站的值守信息，确定目的载波；如果业务数据为广播业务时，各站统一将目的载波设定为载波I ; (403)根据目的载波或载波I上分帧属性和本站的大小站配置，选择适合本站发送的分帧；如果本站为大站，选择高速率分帧；本站为小站，则选择低速率分帧；通过以上过程，完成每个业务数据包的发送载波分帧的选择过程。·
全文摘要
本发明公开了一种参数捷变TDMA通信方法，它涉及跳频TDMA卫星通信系统的组网和业务传输技术。它通过变速率帧结构配置、大小站变速率互通、调制解调参数捷变等方法，完成了跳频TDMA卫星通信系统的组网，在此基础上实现了业务数据的跳频收发和变速率突发组包，并有效解决了大小站混合组网下业务互通的技术难题。该方法具有控制方法可靠、站型适应性强、系统资源利用率高的特点，特别适用于基于卫星跳频转发的TDMA跳频卫星通信系统组网和业务传输过程。
文档编号H04B7/185GK102904629SQ20121045043
公开日2013年1月30日 申请日期2012年11月12日 优先权日2012年11月12日
发明者陈杰, 郝学坤, 吴果, 王利军, 周斌, 杨旭光, 吴昊, 张方明, 尤静 申请人:中国电子科技集团公司第五十四研究所