数据传输方法、装置及卫星天线与流程

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其是涉及一种数据传输方法、装置及卫星天线。

背景技术：

在卫星天线与地面终端通讯过程中，因卫星天线的姿态剧变可能引起信号的中断。全方位安装的共形天线主要用于解决卫星天线姿态剧变期间的波束覆盖问题，但是由于需要多个天线波束才能做到完全覆盖，通讯过程中必须进行天线波束切换。

对于当前的天线波束切换技术，小区硬切换技术会导致信号中断，小区软切换需要建立额外的链路；直升机缝隙通信技术要求飞行器运动具有周期性；准全向天线则存在覆盖盲区。因此，上述天线波束切换技术在进行波束切换的过程中，或者无法克服信号中断的问题，或者无法应用在飞行器上。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种数据传输方法、装置及卫星天线，可以有效缓解卫星天线在波束切换过程中的信号中断问题，使得在卫星天线进行天线波束切换期间的链路得以保持。

第一方面，本发明实施例提供了一种数据传输方法，应用于发送端，包括：对待传输数据先进行差分编码再进行卷积编码以得到编码数据；发送该编码数据，以使接收端在接收到该编码数据时对该编码数据进行反向译码以得到目标数据。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，在该发送该编码数据的步骤之前，还包括：对该编码数据进行调制。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，在对该待传输数据进行差分编码的步骤之前，还包括：对该待传输数据进行rs编码。

第二方面，本发明实施例还提供了一种数据传输方法，应用于接收端，包括：接收编码数据；该编码数据为待传输数据先进行差分编码再进行卷积编码得到的数据；对该编码数据进行反向译码以得到目标数据。

结合第二方面，本发明实施例还提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，在该接收编码数据的步骤之后，还包括：若该编码数据经过调制，则对该编码数据进行解调。

结合第二方面，本发明实施例还提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，该编码数据为先后经过rs编码、差分编码和卷积编码得到的数据。

第三方面，本发明实施例还提供了一种数据传输方法，包括：发送端对待传输数据先后进行rs编码、差分编码、卷积编码得到编码数据；发送端对该编码数据进行调制；发送端将调制后的编码数据通过预设的发射天线波束发射；接收端接收到该调制后的编码数据；接收端对该调制后的编码数据进行解调得到该编码数据；接收端对该编码数据先后进行卷积译码、差分译码、rs译码得到目标数据。

第四方面，本发明实施例还提供了一种数据传输装置，包括：编码模块，用于对待传输数据先后进行rs编码、差分编码和卷积编码以得到编码数据；发送模块，用于发送该编码数据，以使接收端在接收到该编码数据时对该编码数据进行卷积译码、差分译码和rs译码以得到目标数据。

第五方面，本发明实施例还提供了一种数据传输装置，包括：接收模块，用于接收编码数据；该编码数据为待传输数据先后经rs编码、差分编码和卷积编码得到的数据；译码模块，用于对该编码数据先后进行卷积译码、差分译码和rs译码以得到目标数据。

第六方面，本发明实施例还提供了一种卫星天线，包括天线主体，以及上述第四方面提供的数据传输装置，该天线主体与该数据传输装置的发送模块相连；该发送模块通过该天线主体将编码数据发送出去。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种数据传输方法、装置及卫星天线，该数据传输方法包括对待传输数据先进行差分编码再进行卷积编码以得到编码数据；发送该编码数据，以使接收端在接收到该编码数据时对该编码数据进行反向译码以得到目标数据。本发明实施例提供的数据传输方法，针对波束切换过程中的信号中断引起的锁相环相位异常，通过对待传输数据预先进行差分编码，将相位异常控制在信号中断期间；并通过可与差分编码级联的卷积编码对待传输数据进行级联编码，提供了较好的纠错能力，以恢复信号中断期间的数据，从而可以有效缓解卫星天线在波束切换过程中的信号中断问题，使得在卫星天线进行天线波束切换期间的链路得以保持。

本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为一种卫星天线通讯应用场景示意图；

图2为本发明实施例提供的一种数据传输方法流程图；

图3为本发明实施例提供的另一种数据传输方法流程图；

图4为本发明实施例提供的另一种数据传输方法流程图；

图5为本发明实施例提供的一种数据传输装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种数据传输装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种卫星天线的结构示意图。

图标：51-编码模块；52-发送模块；61-接收模块；62-译码模块；71-天线主体；100-数据传输装置。

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，下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

目前，在卫星天线与地面终端通讯过程中，因卫星天线的姿态剧变可能引起信号的中断，为了避免姿态剧变引起的信号中断，全方位安装的共形天线往往由于需要多个天线波束才能做到完全覆盖。

参见图1，为一种卫星天线通讯应用场景示意图，在图1所示的应用场景中，飞行器作为信号数据的发送端，中继天线进行信号数据的中继，地面站作为信号数据的接收终端。这里，其中一类中继天线为全方位安装的共形天线，为了完全覆盖，通常这类中继天线需要使用多个天线波束进行发射，因而必然涉及天线波束切换。

由于天线波束切换是飞行器根据静态波束方向图和飞行动态主动发起的，因此在波束切换过程中导致信号中断时间通常极短，达到100us量级。在数据速率不高的情况下，天线波束切换只会导致几个比特的信号丢失。若从波束切换的技术角度考虑，当前的小区硬切换技术、小区软切换技术、直升机缝隙通信技术和准全向天线覆盖技术都无法克服卫星天线波束切换期间信号中断的问题。

基于此，本发明实施例提供的一种数据传输方法、装置及卫星天线，可以有效缓解卫星天线在波束切换过程中的信号中断问题，使得在卫星天线进行天线波束切换期间的链路得以保持。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种数据传输方法进行详细介绍。

实施例一：

如图2所示，为本发明实施例提供的一种数据传输方法流程图，该方法应用于发送端，由图2可见，该方法包括以下步骤：

步骤s202：对待传输数据先进行差分编码再进行卷积编码以得到编码数据。

这里，待传输数据可以是预存在发送端的，也可以是发送端实时获取的数据，例如，由其他设备发送或传输给发送端的数据。发送端可以是位于太空的卫星天线，也可以是地面的天线或应用终端。

首先，对待传输数据进行编码处理。这里，编码是信息从一种形式或格式转换为另一种形式的过程也称为计算机编程语言的代码简称编码。用预先规定的方法将文字、数字或其它对象编成数码，或将信息、数据转换成规定的电脉冲信号。编码是信息从一种形式或格式转换为另一种形式的过程，而解码则是编码的逆过程。

在本实施例中，先对待传输数据进行差分编码，再进行卷积编码。这里，差分编码(differentialencoding)指的是对数字数据流，除第一个元素外，将其中各元素都表示为各该元素与其前一元素的差的编码。差分编码利用信号源符号之间的相关性，用过去的样本预测当前样本，然后对差值进行编码。如果预测模型足够好，且样本序列在时间上相关性较强，差值会很小。另外，对于卷积编码，其卷积码将k个信息比特编成n个比特，但k和n通常很小，特别适合以串行形式进行传输，时延小；卷积码不是把信息序列分组后再进行单独编码，而是由连续输入的信息序列得到连续输出的已编码序列。

以卫星中继天线的数据传输为例，当中继天线进行波束切换时，通信会出现短时间中断，因而导致地面接收终端一部分数据丢失而接收不到，并且，信号中断会引起锁相环相位异常，因信号中断前后，锁相环可能出现0、π模糊，导致数据帧前半段和后半段相位不同，最终数据接收异常。这里，通过在发送端对待传输数据预先进行差分编码，可将该相位异常控制在信号中断期间。并且，再通过选择纠错编码——卷积编码的级联，提供了较好的纠错能力，用以恢复信号中断期间丢失的数据。

步骤s204：发送该编码数据，以使接收端在接收到该编码数据时对该编码数据进行反向译码以得到目标数据。

这里，最终发送的数据为经过差分编码和卷积编码级联编码的编码数据。

发送端将该编码数据发送，以使接收端在接收到该编码数据之后，对该编码数据进行反向译码，也即按编码顺序的相反顺序依次进行译码，从而得到目标数据。在本实施例中，先对编码数据进行卷积译码，然后再进行差分译码，最终得到目标数据。

在其中一种实施方式中，在发送该编码数据的步骤之前，还对该编码数据进行调制，也即，对待传输数据进行处理以加到载波上，使其变为适合于信道传输的形式。由于基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。调制是通过改变高频载波即消息的载体信号的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者(也称为信宿)处理和理解的过程。

在该实施方式中，将调制后的编码数据发送出去。并且，在接收端接收到数据之后，需要先进行解调以得到编码数据。

另外，为了进一步优化纠错能力，还可以将待传输数据进行rs编码(reed-solomoncodes)、差分编码和卷积编码三种编码方式的级联编码。这里，首先对待传输数据进行rs编码，以使得突发错误分散，然后再进行差分编码和卷积编码。相应地，在进行译码过程中，先后对编码数据进行卷积译码、差分译码和rs译码。

这样，通过上述数据传输方法，即使在卫星天线进行波束切换过程中有段时间的信号中断，但是，由于对数据进行了差分编码和卷积编码再发送，接收端可以进行相应地译码，通过纠错而基本恢复信号中断期间的数据，从而使得在卫星天线进行天线波束切换期间的链路得以保持。

本发明实施例提供的一种数据传输方法，该数据传输方法包括对待传输数据先进行差分编码再进行卷积编码以得到编码数据；发送该编码数据，以使接收端在接收到该编码数据时对该编码数据进行反向译码以得到目标数据。本发明实施例提供的数据传输方法针对波束切换过程中的信号中断引起的锁相环相位异常，通过对待传输数据预先进行差分编码，将相位异常控制在信号中断期间；并通过可与差分编码级联的卷积编码对待传输数据进行级联编码，提供了较好的纠错能力，以恢复信号中断期间的数据，从而可以有效缓解卫星天线在波束切换过程中的信号中断问题，使得在卫星天线进行天线波束切换期间的链路得以保持。

实施例二：

参见图3，为本发明实施例提供的另一种数据传输方法的流程图，该方法应用于接收端，由图3可见，该方法包括以下步骤：

步骤s302：接收编码数据；该编码数据为待传输数据先进行差分编码再进行卷积编码得到的数据。

这里，接收端所接收到的数据为编码数据，该编码数据可以是由太空中的卫星天线发送，也可以是地面天线终端发送。其中，该编码数据携带待传输数据，且该待传输数据为进行了差分编码和卷积编码后发送的数据。

步骤s304：对该编码数据进行反向译码以得到目标数据。

接收端在接收到该编码数据之后，对其进行反向译码，也即按编码的顺序反方向进行相应译码。在本实施例中，先对编码数据进行卷积译码，然后再进行差分译码。经过译码后，即得到目标数据。

在其中一种可能的实施方式中，若接收到的编码数据为经过调制的数据，则需要先对该数据进行解调，以得到编码数据。

另外，为了增强纠错能力，在另一种实施方式中，该编码数据先后经过rs编码、差分编码和卷积编码，此时，在接收到编码数据后，需要相应地进行卷积译码、差分译码和rs译码，并最终得到目标数据。

实施例三：

对于一个通信回路，往往包括信号发送端和信号接收端的相互运作。这里，提供了另一种数据传输方法，参见图4，为该方法的流程示意图，其中，该方法包括以下步骤：

步骤s402：发送端对待传输数据先后进行rs编码、差分编码、卷积编码得到编码数据。

步骤s404：发送端对该编码数据进行调制。

步骤s406：发送端将调制后的编码数据通过预设的发射天线波束发射。

以卫星中继天线为例，当待传输数据经过级联编码和调制载波后，再通过预设的发射天线波束，例如第一天线波束进行发射。随着中继天线的运转，当中继天线的位置和姿态发生变化时，其根据几何关系计算得出新的发射天线波束，例如第二天线波束，比第一天线波束在传播方向上增益更大时，会切换到第二天线波束进行数据的发送。这里，在波束切换期间，会出现短时间的信号中断。

步骤s408：接收端接收到该调制后的编码数据。

步骤s410：接收端对该调制后的编码数据进行解调得到该编码数据。

步骤s412：接收端对该编码数据先后进行卷积译码、差分译码、rs译码得到目标数据。

这里，通过发送端的差分编码和接收端的差分译码，使得信号中断引起的锁相环相位异常控制在信号中断期间；而通过发送端的rs编码、卷积编码和接收端的卷积译码、rs译码，使得突发错误分散，并进行了较好的纠错，使信号中断期间丢失的数据得到了较好的恢复。

这样，通过该数据传输方法，有效缓解了卫星天线在波束切换过程中的信号中断问题，使得在卫星天线进行天线波束切换期间的链路得以保持。

实施例四：

本发明实施例还提供了一种数据传输装置，参见图5，为该装置的结构示意图，由图5可见，该装置包括彼此相连的编码模块51和发送模块52，其中，各个模块的功能如下：

编码模块51，用于对待传输数据先后进行rs编码、差分编码和卷积编码以得到编码数据；

发送模块52，用于发送该编码数据，以使接收端在接收到该编码数据时对该编码数据进行卷积译码、差分译码和rs译码以得到目标数据。

另外，参见图6，为另一找那个数据传输装置的结构示意图，该装置包括彼此相连的接收模块61和译码模块62，其中，

接收模块61，用于接收编码数据；该编码数据为待传输数据先后经rs编码、差分编码和卷积编码得到的数据；

译码模块62，用于对该编码数据先后进行卷积译码、差分译码和rs译码以得到目标数据。

本发明实施例所提供的数据传输装置，其实现原理及产生的技术效果和前述数据传输方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

实施例五：

本发明实施例还提供了一种卫星天线，如图7所示，为该卫星天线的结构示意图，其中，该卫星天线包括天线主体71，以及图5所示的数据传输装置100，该天线主体71与该数据传输装置100的发送模块52相连；该发送模块52通过该天线主体71将编码数据发送出去。

在另一种可能的实施方式中，该卫星天线还包括有图6所示的数据传输装置100，并且，该天线主体71与译码模块62相连接，这样，该卫星天线也可以接收上述级联编码数据和解码该编码数据。

本发明实施例提供的卫星天线，与上述实施例提供的数据传输装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。