一种卫星通信上行接入方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种卫星通信上行接入方法，具体涉及一种应用于码分多址卫星通信系统中地面终端对卫星的突发上行接入方法，属于卫星通信技术领域。
【背景技术】
[0002]CDMA方式具有抗干扰能力强，保密性好，多址连接灵活方便的优点，广泛用于一些容量小、分布广、由多个小站组成的卫星通信系统当中。其中地面小站向卫星传输数据的过程称为上行链路，由于卫星信道的传输距离远、传播延迟大，当地面小站是体积很小的用户终端，受限于功耗和天线口径，其发射信号的功率不能很大，因此绝大多数对地观测卫星和通信卫星系统都采用近地轨道，尽可能缩短用户终端与卫星之间的距离，减少路径损耗。
[0003]但近地卫星运行周期短，飞经地面站上空时相对速度高，可观测时间短，信道质量具有较强时变性，且用户终端发起的上行接入存在突发性和多址干扰，因此要求卫星能够快速准确地进行多用户识别和捕获跟踪。
[0004]—种提高通信效率的方法是链路自适应技术。传统的码分多址系统采用固定的传输方式，为了保证在恶劣信道条件或平均信道条件下的通信不中断，往往要牺牲频带利用率来换取通信的可靠性，而链路自适应技术与此思路不同，它动态地跟踪信道变化，根据信道情况确定当前信道的容量，进而改变传输信息的符号速率、发送功率、编码速率和编码方式等参数，因而可以最大限度地发送信息，实现更低的误码率，减轻对用户的干扰，满足不同业务的需求，提高系统的整体吞吐量。
[0005]停等式协议是一种常用的链路自适应技术实施方案，通过通信双方交互握手信号，达到避免冲突和自适应分配信道参数的目标。但在卫星通信，特别是低轨卫星通信中，应用停等式协议有一重大弊病，由于信道质量的时变性，每一次握手信号都需要重新进行捕获，不但降低了通信效率，而且随之带来的处理延迟也会增大信道估计的误差，影响链路自适应的准确性。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出了一种应用于码分多址卫星通信系统的链路自适应突发上行接入方法。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案完成的:
[0008]一种卫星通信上行接入方法，包括以下步骤:
[0009]1、当小站有数据要上传时，小站进入上行接入请求阶段，此时小站向卫星发送上行接入请求帧，所述请求帧的内容(此“内容”指直接序列扩频信号中上扩频调制的电文，除非有特殊说明，下文皆同)至少包括小站编号；
[0010]作为优选，所述请求帧包括导频和小站信息；
[0011]2、小站在发送完上行接入请求帧之后，进入等待阶段，此时小站无间隙地向卫星发送等待帧；
[0012]作为优选，所述等待帧的内容可以是一段导频序列，也可以是一段无实际意义的乱码序列，但需注意，等待帧内容的任意一段都不能与下文中所述帧同步位内容相同；
[0013]3、卫星在捕获操作中检测到小站上行接入请求帧，通过跟踪、解扩，提取其中的信息码，获得小站?目息；
[0014]4、卫星根据接收到的信号完成频谱感知和多用户识别；
[0015]5、卫星根据频谱感知和多用户识别的结果，对提出上行接收请求的小站分配符号速率、发送功率、编码速率和编码方式参数，并通过应答帧对小站进行下发；与此同时，卫星持续接收小站的等待帧信号，并保持对其跟踪、解扩、检测帧同步位；
[0016]作为优选，所述应答帧包括导频、同步位、信息段和结束符；
[0017]作为优选，所述应答帧使用小站的用户码；
[0018]6、小站检测到卫星发送的应答帧，提取其中的内容，获得卫星所下发的参数；
[0019]7、小站进入数据上传阶段，此时小站结束发送等待帧，并无间断地发送一段有固定内容的帧同步位，然后无间断地开始发送数据帧，所述数据帧的符号速率、发射功率、编码速率和编码方式等都根据卫星所分配的参数信息而调整，且其尾部有一段固定内容的结束符；
[0020]8、卫星检测到帧同步位后，开始按照其下发参数所对应的方式对小站数据帧进行接收、跟踪和解扩，提取其内容，并持续检测结束符；
[0021]9、当卫星在数据帧内容中检测到结束符时，向小站下发一个收据帧；
[0022]所述收据帧包括导频和标志位；
[0023]10、小站接收到卫星所下发的收据帧后，则此次上行接入过程成功。
[0024]—种卫星上传接入装置，包括位于小站的上传请求模块和位于卫星的上传接收模块，两者以全双工无线电波交互通信；
[0025]所述上传请求模块包括并行工作且直接相连的检测单元和发送单元；所述发送单元用于连续生成和发送上行接入请求帧、等待帧和数据帧，并且由检测单元控制何时从等待帧切换到数据帧；所述检测单元用于检测卫星下发的应答帧和收据帧，并且在检测到应答帧时控制发送单元从等待帧切换到数据帧，在检测到收据帧时确认本次上传接入成功结束；
[0026]所述上传接收模块包括依次相连的接收检测单元、信道估计单元、反馈发送单元；所述接收检测单元用于捕获、跟踪和解扩小站所发送的上行接入请求帧、等待帧和数据帧，并在检测到上行接入请求帧之后，将上行接入请求帧的信号和解扩结果传递给信道估计单元，以及在检测到数据帧结束符后通知反馈发送单元反馈收据帧；所述信道估计单元根据所得到的上行接入请求帧的信号和解扩结果，进行频谱感知和多用户识别，并且分配符号速率、发送功率、编码速率和编码方式等参数，传递给反馈发送单元；所述反馈发送单元根据所得到的应答帧参数或反馈收据帧通知，生成应答帧或收据帧，并向小站发送。
[0027]有益效果
[0028]对比现有技术，本发明方法具有以下特点:
[0029]现有的采用等停式协议链路自适应技术的上行接入方法，卫星在接收到请求帧和数据帧时，需要进行两次捕获，而本发明方法在请求帧和数据帧之间加入同步头，使握手过程中始终保持小站向卫星的信号无间断传输，而卫星保持无间断跟踪，避免了由于握手间隔而产生的重复捕获，因此，相较于现有技术，本发明方法有效提高通信效率和链路自适应准确性。
【附图说明】
[0030]图1为本发明实施例卫星与小站的四次握手过程示意图；
[0031]图2为本发明实施例小站向卫星发送的上行信号的一种帧结构示意图；
[0032]图3为本发明实施例卫星向小站发送的下行信号的一种帧结构示意图；
[0033]图4为本发明实施例上行接入过程当中卫星的工作流程示意图；
[0034]图5为本发明实施例的上行接入过程当中小站的工作流程示意图；
[0035]图6为本发明实施例的卫星上传接入装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]下文将详细参考附图描述本发明的一个实施例，借此本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达到技术效果的实施过程能充分理解并据以实施。为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了诸多细节，但本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。
[0037]实施例1
[0038]本实施例描述了在码分多址卫星通信系统中一个地面小站T向卫星S突发接入上传数据的过程。
[0039]如图1所示，为小站与卫星之间的四次握手过程示意图，其具体过程如下:
[0040]1、当小站T有数据要向卫星S上传时，进入上行接入请求阶段。
[0041]此时，小站T使用特定的扩频码、射频频点、符号速率、发送功率、编码速率和编码方式(此处的“特定”是针对卫星T而言，即属于该通信系统的地面小站在向卫星T发送上行接入请求时都需要使用相同的扩频码、射频频点、符号速率、发送功率、编码速率和编码方式)，向卫星S发送上行请求帧。
[0042]所述请求帧格式如图2所示，包括导频和小站信息。
[0043]2、小站T在发送完上行接入请求帧之后，进入等待阶段。
[0044]小站T在发送完上行接入请求帧之后，启动计时器n，并开始发送等待帧。
[0045]在本实施例中，等待帧内容是一段导频序列，其长度随信道情况而变化，但预先对其设有最大值N。当计时器η达到最大值N，而仍未检测到卫星S所下发的应答帧，则判定此次上行接入失败。
[0046]3、卫星T在特定射频频点上持续捕获，当检测到有上行请求帧时，对其进行跟踪、解扩，提取上行请求帧中的小站信息，获知小站T的编号等信息。
[0047]4、卫星S根据接收到的信号完成频谱感知和多用户识别。
[0048]由于卫星S可能同时与多个小站保持通信，其信道环境各有不同，且皆有时变性，卫星需要实时监控、分析。链路自适应技术在这方面已经有众多相当成熟的算法，本文不予赘述。
[0049]5、卫星S根据频谱感知和多用户识别的结果，对提出上行接收请求的小站分配符号速率、发送功率、编码速率和编码方式等参数，并通过应答帧对小站进行下发。
[0050]如图3所示，应答帧内容包括四部分:应答帧导频段，应答帧同步位、应答帧信息段和应答帧结束符。
[0051]为了通信的保密性，应答帧使用小站T的用户码(单独属于小站T并且区别于所有其他地面小站和卫星的伪随机扩频码)。
[0052]与此同时，卫星S持续接收小站T的等待帧信号，并保持对其跟踪、解扩，检测帧同步位，如果等待帧中断，则说明小站T等待超时或是信道条件恶化不足以保持通信，判定本次上行接入失败。
[0053]6、小站T在计时器η还未超时之前，检测到卫星S发送的应答帧，提取其中的内容，获得卫星S所下发的参数。
[0054]7、小站T进入数据上传阶段。小站T结束发送等待帧，并无间断地发送一段有固定内容的帧同步位，然后无间断地开始发送数据帧。数据帧的射频频点、符号速率、发射功率、编码速率和编码方式等都根据卫星S所分配的参数信息而调整。数据帧的尾部有一段固定内容的结束符，如图2所示。
[0055]小站T在发送完上行数据帧之后，启动计时器m，并开始捕获检测收据帧。每经过一个符号时间，计时器m加I，当计时器η达到预设值Μ，而仍未检测到卫星S