一种卫星移动通信多系统共存的方法与流程

本发明涉及卫星移动通信领域，尤其涉及一种卫星移动通信多系统共存的方法。

背景技术：

适合开展全球卫星移动通信的频谱资源非常有限，随着卫星移动通信需求的增加，频谱资源紧缺的矛盾日益突出，甚至成为制约卫星移动通信发展的主要瓶颈。现有的卫星移动通信系统设计多数采用星上射频转发的模式，这种方式虽然使空间段的设计简化，但由于信号处理手段单一，只能采用独占频率资源的方式进行卫星移动通信系统的部署。铱星是仅有的采用星上基带处理的低轨移动通信星座系统，其空中接口采用TDMA的多址方式，这种设计依然需要独占频率资源。

根据ITU制定的无线电规则，目前已经找不到可以单独使用的适合开展全球卫星移动通信业务的频率资源，采用传统的频率隔离、时间隔离或空间隔离也很难实现不同卫星移动通信系统间的共存。

卫星移动通信在应急抢险、处理局部突发事件和航海及航空安全保障等领域发挥着不可替代的重要作用。卫星移动通信承载着国家安全的重要使命，同时卫星移动通信，特别是低轨卫星移动通信星座系统又具有全球覆盖的属性，因此建设覆盖全球的卫星移动通信网络需求迫切。但受覆盖全球的频谱资源制约，新建设卫星移动通信系统很难找到没有使用的频率资源，频谱资源已经成为新系统建设最为突出的问题。

在ITU制定的无线电规则中，允许系统外干扰小于热噪声功率的6％，即允许有小于热噪声功率6％的其他通信系统信号进入已有的卫星移动通信系统。随着电子技术，特别是集成电路技术的飞速发展，采用较为复杂的系统设计具有工程实现的可能性。目前卫星移动通信主要应用在应急抢险、处理局部突发事件和航海及航空安全保障等领域，形成与地面移动通信覆盖互补的局面。因此，在不同的卫星移动通信系统中，存在业务不均匀，达到设计容量的概率比较低的现象，这为采用频谱感知技术实时动态的找到频率使用空洞创在了条件。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种卫星移动通信多系统共存的方法，在卫星移动通信系统A的同频段设置卫星移动通信系统B，包括：

所述卫星移动通信系统B采用宽带扩频技术建立传输通道；通过所述传输通道传输卫星与地面终端之间的通信信令和正反向信道频谱感知结果；根据所述频谱感知结果，通过所述通信信令对频谱资源进行配置或实时调整。

进一步地，所述传输通道传输的信息，与所述卫星移动通信系统A传输的信息配置在相同的频段上，和/或与所述卫星移动通信系统B传输的信息配置在相同的频段上。

进一步地，所述传输通道的射频功率小于热噪声功率的6％。

进一步地，所述卫星移动通信系统B在空闲时监测所述卫星移动通信系统A的空闲载波；有业务传输时利用监测到的空闲载波进行信息传输。

进一步地，所述卫星移动通信系统B在空闲时监测所述卫星移动通信系统A的空闲载波，在有业务传输时利用监测到的空闲载波进行信息传输具体包括：所述卫星移动通信系统B的卫星和地面终端，在所述同频段内监控所述卫星移动通信系统A的载波使用情况；通过所述传输通道沟通所述卫星移动通信系统B前/后向信道使用的载波信息；在相应的前/后向信道使用的载波位置发送/接收信号。

进一步地，还包括：在所述卫星移动通信系统B的传输帧中，采用留取干扰观测时间窗的方式，进行信息传输过程中实时干扰检测。

进一步地，还包括：在所述实时干扰检测中，如果检测到所述卫星移动通信系统A和卫星移动通信系统B使用了相同的载波资源，所述卫星移动通信系统B则通过所述传输通道进行载波资源快速重配。

进一步地，所述干扰观测时间窗在不同的传输帧中占用相同的或不同的时隙位置。

进一步地，所述卫星移动通信系统A和所述卫星移动通信系统B分别采用圆极化右旋天线和圆极化左旋天线实现极化隔离。

本发明能够实现新建设的卫星移动通信系统与已有的卫星移动通信系统在无有害干扰条件下的共存，解决了新系统建设的关键问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中系统A的频谱示意图；

图2为本发明实施例1中系统A与系统B信令信号叠加后的频谱示意图；

图3为本发明实施例1中系统A与系统B共存时功率和载波分配示意图；

图4为本发明实施例1中系统B信令信息与载波信息共用同频段的示意图；

图5为本发明实施例2中A系统与B系统共存时功率和载波分配示意图；

图6为本发明实施例2中的B系统的帧格式示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一个实施例提出一种卫星移动通信多系统共存的方法，在卫星移动通信系统A的同频段设置卫星移动通信系统B，包括：所述卫星移动通信系统B采用宽带扩频技术建立传输通道；通过所述传输通道传输卫星与地面终端之间的通信信令和正反向信道频谱感知结果；根据所述频谱感知结果，通过所述通信信令对频谱资源进行配置或实时调整。

在一个可选实施例中，传输通道传输的信息，与所述卫星移动通信系统A传输的信息配置在相同的频段上，和/或与所述卫星移动通信系统B传输的信息配置在相同的频段上。

在一个可选实施例中，传输通道的射频功率小于热噪声功率的6％。

在一个可选实施例中，卫星移动通信系统B在空闲时监测所述卫星移动通 信系统A的空闲载波；有业务传输时利用监测到的空闲载波进行信息传输。

在一个可选实施例中，卫星移动通信系统B在空闲时监测所述卫星移动通信系统A的空闲载波，在有业务传输时利用监测到的空闲载波进行信息传输具体包括：所述卫星移动通信系统B的卫星和地面终端，在所述同频段内监控所述卫星移动通信系统A的载波使用情况；通过所述传输通道沟通所述卫星移动通信系统B前/后向信道使用的载波信息；在相应的前/后向信道使用的载波位置发送/接收信号。

在一个可选实施例中，还包括：在所述卫星移动通信系统B的传输帧中，采用留取干扰观测时间窗的方式，进行信息传输过程中实时干扰检测。

在一个可选实施例中，还包括：在所述实时干扰检测中，如果检测到所述卫星移动通信系统A和卫星移动通信系统B使用了相同的载波资源，所述卫星移动通信系统B则通过所述传输通道进行载波资源快速重配。

在一个可选实施例中，所述干扰观测时间窗在不同的传输帧中占用相同的或不同的时隙位置。

在一个可选实施例中，卫星移动通信系统A和卫星移动通信系统B分别采用圆极化右旋天线和圆极化左旋天线实现极化隔离。

上述各实施例采用宽带扩频通信体制，设计不超过噪声功率6％的信令通道，在卫星和地面终端之间传输通信系统工作必须的信令和正反向信道频谱感知的结果，根据频谱感知的结果，利用信令信道做到频谱资源的实时调整，从而实现不同卫星移动通信系统在相同频率资源的带内共存。

实施例1

目前已有的卫星移动通信系统多GMR-1或GMR-2协议体系，该协议采用FDMA/TDMA的多址方式，一般其C/N的要求是高于5dB。设已有的卫星移动通信系统为系统A，设需要和系统A共存的新系统为系统B。系统A的频谱如图1所示。本实施例采用宽带扩频的方式，在系统A的频谱上叠加一个低功率谱密度的采用扩频方式发射的系统B的信令信号(虚线表示)，两个信号叠加后的频谱图2所示。

根据ITU制定的无线电规则，只要叠加的信号功率不超过热噪声的6％，就视为不对原系统A造成干扰的允许信号功率。即所叠加的系统B信号C/N要低于-12.2dB。考虑到原系统A信号对叠加的系统B信令信号接收是一个干 扰信号，且这个信号的强度比热噪声高5dB，则采用宽带扩频的系统B的C/I为-18dB。如果采用512倍的扩频，则扩频增益将达到27dB，这样解扩后的系统B的SNR将高达9dB。在考虑解扩不理想及留有一定的工程余量后，这个叠加的非常非常弱的系统B信令信号具备传输信令的能力。

系统B在具有最基本的不受干扰的信令传输能力后，卫星和地面终端就可以分别在系统A的频段范围内检测没有使用的空闲载波，并通过信令进行前后向信道使用具体载波的信息沟通，相应的系统B接收机在指定的载波位置接收信号，如图3所示。其中虚线的载波为系统B找到的系统A没有占用的载波位置，通过信令信道通知接收方在此载波处接收信号。

系统B还可以在自己的帧格式中专门留出干扰观测时间窗口，且这个干扰观测窗口在不同的时隙可以滑动，用来观测系统A是否在使用这个载波，当系统B监测到系统A占用这个载波时，系统B可以立即通过信令信道进行频率资源的快速重配，从而达到两个系统不受有害干扰情况下共存目的。

系统B利用宽带扩频系统传送的信令信息也可以和自己系统以FDMA方式传输的信息配置在相同的频段，如图4所示。当然，在实际的系统设计中，可以根据频谱资源、信号发射功率、用户密度等具体的情况，采用不同的配置。

实施例2

目前覆盖全球的最大的卫星移动通信系统是Inmarsat，根据ITU无线电规则，其可以使用的频段是：地面到卫星1626.5-1660.5MHz，卫星到地面：1525-1559MHz；另外，Inmarsat在WRC-03新扩展的地面到卫星1668-1675MHz，卫星到地面1518-1525MHz频段也已发射了卫星。在这种情况下，新增卫星移动通信系统要实现全球覆盖面临着没有频率资源可用的困境。以卫星到地面的下行链路设计为例，实际可用的频率资源为1518-1559MHz，共计带宽41MHz。

设Inmarsat卫星移动通信系统为A，拟与Inmarsat在同频段共存的卫星移动通信系统为B。

B系统的信令采用512倍的扩频，扩频后信号占用带宽为5MHz，扩频增益为27dB。根据ITU-R M.1183同频段频率共存的规定，其他系统的发射功率应小于热噪声的6％，即B系统信令信道的C/N0最高为-12.2dB。信令信道解调门限设计为SNR＝4dB，则信令信道的设计余量为-12.2+27-4＝10.8dB，该设计余量完全可以满足卫星移动通信系统工程设计要求。

考虑到已存在的A系统为频率间隔200KHz的FDMA系统，在41MHz的频段范围内共有205个载频，A系统按频率复用系数4进行组网。新设计的B系统为了更好的与已有的A系统共存，设计载波带宽不大于200KHz。

采用扩频方式发送的B系统信令信道配置在1518-1523MHz的5MHz带宽内，B系统的终端在41M的范围内搜索A系统的空闲载波，在有业务传输时，实时动态的利用空闲载波进行信息传输。A系统与B系统共存时功率和载波分配关系示意图如图5所示。

B系统的帧长设计为10毫秒，帧格式设计如图6所示，其中DT为干扰检测时间窗，在这个时间窗中B系统不发送信号。为了保证对FDAM/TDMA的A系统不漏检，DT在不同的帧占用不同的时隙位置，如在第0帧占用TS0的位置，在第1帧占用TS1的位置，以此类推，不断循环重复。

当B系统传输业务时通过检测时间窗DT发现有干扰电平增加，则表明A系统占用了相关的载波，B系统终端将通过扩频的信令信道通知星上通信载荷更换载波。B系统的帧长为10毫秒，从发现A系统占用到通知星上通信载荷更换载波最快可以在两帧时间完成，即载波频率资源的快速重配可以在几十毫秒的数量级完成，此时对A系统的干扰非常有限，根据ITU-R M.1183规则，在允许的范围之内。

如果能在A系统中找到20％的空闲载波，将意味着能够找到8MHz带宽的频率资源供B系统所用，这样B系统的容量就具有实用价值。

A系统天线设计采用圆极化右旋，B系统天线设计采用圆极化左旋，这样在下行信道两个系统将有至少有9dB的极化隔离，利用这个极化隔离在满足B系统对A系统的干扰小于热噪声6％的前提下，可以实现B系统扩频部分的C/N0提升至-3.2dB，这将有效提升B系统扩频部分的传输能力，使B系统在单纯采用宽带扩频时也能够实现最基本的通信保障。

通过上述各实施例可以看出，本发明采用宽带扩频技术以小于热噪声功率6％的超低功率谱传输信令信号，在满足ITU无线电规则中不对已有系统构成干扰的前提下，解决无独占频率资源情况时通信系统建立和频率资源快速重配中信令传输的需求；系统空闲时，采用频谱感知技术，监测载波使用的情况，通过多终端多区域监测结果的汇总分析，避免监测盲点；在传输帧中，采用留取干扰观测时间窗的方式，实现信息传输过程中实时干扰检测；在实时检测到 两个系统使用相同的载波资源后，利用宽带扩频实现不受任何系统传输影响的快速资源重配。在卫星业务发展不均匀，存在较多的区域有空闲余量的情况下，利用本发明可以实现在满足ITU无线电规则的前提下实现多系统共存，有效解决了目前卫星通信系统建设中频率资源协调困难的瓶颈。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。