专利名称：基于小卫星的无线通信方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及卫星通讯领域，特别涉及一种基于小卫星的无线通信方法及系统。
背景技术：
随着通讯及计算机技术的发展卫星逐渐向小而精的方向发展。小卫星的编队飞行实质上是利用多个飞行中的小卫星组成一定形状，各颗小卫星之间通过星间通信相互联系、协同工作，共同承担空间信号的采集与处理以及承载有效载荷等任务，整个星群构成一个满足任务需要的、规模较大的虚拟传感器或探测器。目前小卫星之间通信一般采用码分多址或光通信，码分多址方式实现复杂度不高，但一般速率很低，越来越不能满足目前的高速率要求；而光通信方式虽然能够达到很高 的速率，但成本比较高，实现复杂。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。本发明采用正交频分复用方式，能够达到很高的速率，而且实现复杂度很低，非常适合目前的小卫星之间通信。为达到上述目的，本发明一方面的实施例提出一种基于小卫星的无线通信方法，包括以下步骤S1:第一卫星通过无线帧的控制符号和数据符号发出控制信道和数据信道，其中，所述控制符号中承载控制信道，所述数据符号中承载数据信道；S2 :第二卫星根据接收的同步符号计算帧定时，其中，所述无线帧提供所述同步符号；S3 :根据所述帧定时获得参考符号和控制符号的位置，并接收所述控制信道中的控制信息；以及S4 :根据所述帧定时和所述控制信息接收所述数据信道中的数据信息。根据本发明实施例的方法，通过采用正交频分复用方式，能够达到很高的速率，而且实现复杂度很低，非常适合目前的小卫星之间通信，并且对无线帧的参考符号与控制符号和数据符号的配合及处理实现小卫星之间的数据传输，同时具有灵活性和冗余度，可以降低任务失败的风险。本发明的一个实施例中，所述步骤SI具体包括S11 :第一卫星通过无线帧的控制符号发出控制信道；以及S12 :第一卫星通过无线帧的数据符号发出数据信道。本发明的一个实施例中，所述步骤Sll进一步包括S111 :对所述控制信息添加循环冗余校验并进行信道卷积编码获得第一控制数据；S112 :对所述第一控制数据进行速率匹配获得第二控制数据；S113 :对所述第二控制数据进行白化处理和调制获得调制符号；以及S114 :将所述调制符号映射到所述控制符号的子载波上，并对所述映射的频域数据进行快速傅里叶反变换后发送到所述第二卫星。本发明的一个实施例中，所述步骤S12进一步包括S121 :对所述数据信息添加循环冗余校验获得第一数据；S122 :对所述第一数据分段成多个编码块；S123 :对所述多个编码块的每个编码块添加循环冗余校验并进行Turbo编码获得第二数据；S124 :对所述第二数据拼接成一串数据，并对其进行速率匹配获得第三数据；S125 :对所述第三数据进行白化处理和调制获得调制符号；以及S126 :将所述调制符号映射到所述数据符号的子载波上，并对所述映射的频域数据进行快速傅里叶反变换后发送到所述第二卫星。本发明的一个实施例中，所述步骤S2具体包括S21 :对接收的天线数据进行下变频、模数转换，得到数字基带信号；以及S22 :用本地存储的同步序列与所述的数字基带信号进行滑动相关，并计算所述帧定时。本发明的一个实施例中，所述步骤S3具体包括S31 :在所接收到的参考符号和控制符号的边界接收数据做快速傅里叶变换变换，得到频域数据；S32 :在所述参考符号和控制符号的频域数据中分别提取参考符号子载波和控制信道子载波；S33 :用所述参考符号子载波进行信道估计获得信道估计数据；S34 :根据所述信道估计数据和所述控制信道子载波进行信道均衡和解星座映射获得软比特信息；S35 :对所述软比特信息进行解扰处理 和解速率匹配得到速率匹配前的数据长度数据；以及S36 :对所述速率匹配前的数据长度数据进行Viterbi译码和循环冗余校验，如果循环冗余校验通过则接收控制信道成功。本发明的一个实施例中，所述步骤S4具体包括S41 :在所接收到的参考符号和数据符号的边界接收数据做快速傅里叶变换变换，得到频域数据；S42 :在所述参考符号和数据符号的频域数据中分别提取参考符号子载波和数据信道子载波；S43 :对所述参考符号子载波进行信道估计获得信道估计数据；S44 :根据所述信道估计数据和所述数据信道子载波进行信道均衡和解星座映射获得软比特信息；S45 :对所述软比特信息进行解扰处理和解速率匹配得到数据速率匹配前的数据长度数据；S46 :对所述数据长度数据进行分割得到多个编码块；S47 :对所述多个编码块的每个编码块进行Turbo译码和循环冗余校验；以及S48 :当循环冗余校验成功则将所述去掉循环冗余校验数据拼接成一串数据再进行循环冗余校验，如果校验通过则所述第二卫星接收数据成功。为达到上述目的，本发明的实施例另一方面提出一种基于小卫星的无线通信系统，包括发送模块，用于第一卫星通过无线帧的控制符号和数据符号发出控制信道和数据信道，其中，所述控制符号中承载控制信道，所述数据符号中承载数据信道；同步信号接收模块，用于第二卫星根据接收的同步符号计算帧定时，其中，所述无线帧提供所述同步符号；控制信号接收模块，用于根据所述帧定时获得参考符号和控制符号的位置，并接收控制信道中的控制信息；以及数据信号接收模块，用于根据所述帧定时和所述控制信息接收所述数据信道中的数据信息。根据本发明实施例的系统，通过采用正交频分复用方式，能够达到很高的速率，而且实现复杂度很低，非常适合目前的小卫星之间通信，并且对无线帧的参考符号与控制符号和数据符号的配合及处理实现小卫星之间的数据传输，同时具有灵活性和冗余度，可以降低任务失败的风险。本发明的一个实施例中，所述发送模块具体包括控制信道发送子模块，用于第一卫星通过无线帧的控制符号发出控制信道；以及数据信道发送子模块，用于第一卫星通过无线帧的数据符号发出数据信道。本发明的一个实施例中，所述控制信道发送子模块进一步包括第一校验编码单元，用于对所述控制信息添加循环冗余校验并进行信道卷积编码获得第一控制数据；速率匹配单元，用于对所述第一控制数据进行速率匹配获得第二控制数据；第一白化调制单元，用于对所述第二控制数据进行白化处理和调制获得调制符号；以及第一映射变换单元，用于将所述调制符号映射到所述控制符号的子载波上，并对所述映射的频域数据进行快速傅里叶反变换后发送到所述第二卫星。本发明的一个实施例中，所述数据信道发送子模块进一步包括第二校验编码单元，用于对所述数据信息添加循环冗余校验获得第一数据；分段单元，用于对所述第一数据分段成多个编码块；第三校验编码单元，用于对所述多个编码块的每个编码块添加循环冗余校验并进行Turbo编码获得第二数据；拼接匹配单元，用于对所述第二数据拼接成一串数据，并对其进行速率匹配获得第三数据；第二白化调制单元，用于对所述第三数据进行白化处理和调制获得调制符号；以及第二映射变换单元，用于将所述调制符号映射到所述数据符号的子载波上，并对所述映射的频域数据进行快速傅里叶反变换后发送到所述第二卫星。
本发明的一个实施例中，所述同步信号接收模块具体包括变频转换单元，用于对接收的天线数据进行下变频、模数转换，得到数字基带信号；以及计算单元，用于用本地存储的同步序列与所述的数字基带信号进行滑动相关，并计算所述帧定时。本发明的一个实施例中，所述控制信号接收模块具体包括第一变换单元，用于在所接收到的参考符号和控制符号的边界接收数据做快速傅里叶变换变换，得到频域数据；第一提取单元，用于在所述参考符号和控制符号的频域数据中分别提取参考符号子载波和控制信道子载波；第一信道估计单元，用于对所述参考符号子载波进行信道估计获得信道估计数据；第一均衡映射单元，用于根据所述信道估计数据和所述控制信道子载波进行信道均衡和解星座映射获得软比特信息；第一解速率匹配单元，用于对所述软比特信息进行解扰处理和解速率匹配得到速率匹配前的数据长度数据；以及匹配校验单元，用于对所述速率匹配前的数据长度数据进行Viterbi译码和循环冗余校验，如果循环冗余校验通过则接收控制信道成功。本发明的一个实施例中，所述数据信号接收模块具体包括第二变换单元，用于在所接收到的参考符号和数据符号的边界接收数据做快速傅里叶变换变换，得到频域数据；第二提取单元，用于在所述参考符号和数据符号的频域数据中分别提取参考符号子载波和数据信道子载波；第二信道估计单元，用于对所述参考符号子载波进行信道估计获得信道估计数据；第二均衡映射单元，用于根据所述信道估计数据和所述数据信道子载波进行信道均衡和解星座映射获得软比特信息；第二解速率匹配单元，用于对所述软比特信息进行解扰处理和解速率匹配得到数据速率匹配前的数据长度数据；分割单元，用于对所述数据长度数据进行分割得到多个编码块；译码校验单元，用于对所述多个编码块的每个编码块进行Turbo译码和循环冗余校验；以及拼接校验单元，用于当循环冗余校验成功则将所述去掉循环冗余校验数据拼接成一串数据再进行循环冗余校验，如果校验通过则所述第二卫星接收数据成功。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中
图1为根据本发明一个实施例的基于小卫星的无线通信方法的流程图；图2为根据本发明一个实施例的基于小卫星的无线通信系统的框架图；图3为根据本发明一个实施例的控制信道发送子模块的框架图；图4为根据本发明一个实施例的数据信道发送子模块的框架图；图5为根据本发明一个实施例的控制信道接收模块的框架图；以及图6为根据本发明一个实施例的数据信道接收子模块的框架图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。图1为本发明实施例的基于小卫星的无线通信方法的流程图。如图1所示，根据本发明实施例的基于小卫星的无线通信方法，包括以下步骤步骤S101，第一卫星通过无线帧的控制符号和数据符号发出控制信道和数据信道，其中，控制符号中承载控制信道，数据符号中承载数据信道。在本发明的一个实施例中，时域上一个无线帧长度为1ms，包含30720个Tu (—个Tu为(1/30720) ms)，分为15个符号。第I个符号为同步符号，包括256个Tu用于同步处理。第2、6、10、14个符号为参考符号，用来做信道估计。第3个符号为控制符号，用来承载控制信息。其余符号为数据符号，用来承载用户数据。其中，同步符用来发送预设的256长的同步序列，直接在时域上发送，其余符号均为正交频分复用符号，需要现在频域上映射数据，然后转到时域上发送。参考符号中承载着4个1200长的PN码参考序列，分别映射到4个参考符号1200个子载波上。在频域上，子载波间隔为15KHz，一共1200个子载波，占用20M带宽。正交频分复用符号的长度为2176个Tu，其中，循环前缀部分为128个Tu，数据部分为2048个Tu。控制信息的发送过程如下首先，为控制信息添加24位的循环冗余校验并进行 信道卷积编码获得第一控制数据，其中，控制信息包括源网络地址、源设备地址、目标网络地址、目标设备地址、数据信息长度、数据信息调制方式等，并且该数据信息调制方式可以为正交相移键控、16正交幅度调制或64正交幅度调制。然后，对第一控制数据进行信道卷积编码和速率匹配获得第二控制数据，其中，控制信道采用正交相移键控，可以承载1200*2=2400个比特的数据。再对第二控制数据进行白化处理和调制获得调制符号，其中，白化处理将数据与一个预定的伪噪声序列进行异或。最后，将调制符号映射到控制符号的1200个子载波上，并对映射的频域数据进行快速傅里叶反变换后发送到第二卫星。数据信息的发送过程如下首先，对数据信息添加24位的循环冗余校验获得第一数据。然后，对第一数据分段成N个编码块，其中，
I数据长度小于等于6144
叫歷其他情况，
6120
前N-1个编码块的长度为
权利要求
1.一种基于小卫星的无线通信方法，其特征在于，包括以下步骤 S1:第一卫星通过无线帧的控制符号和数据符号发出控制信道和数据信道，其中，所述控制符号中承载控制信道，所述数据符号中承载数据信道；52:第二卫星根据接收的同步符号计算帧定时，其中，所述无线帧提供所述同步符号； 53:根据所述帧定时获得参考符号和控制符号的位置，并接收所述控制信道中的控制/[目息;以及 54:根据所述帧定时和所述控制信息接收所述数据信道中的数据信息。
2.如权利要求1所述的基于小卫星的无线通信方法，其特征在于，所述步骤SI具体包括 511:第一卫星通过无线帧的控制符号发出控制信道；以及 512:第一卫星通过无线帧的数据符号发出数据信道。
3.如权利要求2所述的基于小卫星的无线通信方法，其特征在于，所述步骤Sll进一步包括 Sm :对所述控制信息添加循环冗余校验并进行信道卷积编码获得第一控制数据； SI 12 :对所述第一控制数据进行速率匹配获得第二控制数据； 5113:对所述第二控制数据进行白化处理和调制获得调制符号；以及 5114:将所述调制符号映射到所述控制符号的子载波上，并对所述映射的频域数据进行快速傅里叶反变换后发送到所述第二卫星。
4.如权利要求2所述的基于小卫星的无线通信方法，其特征在于，所述步骤S12进一步包括 5121:对所述数据信息添加循环冗余校验获得第一数据； 5122:对所述第一数据分段成多个编码块； 5123:对所述多个编码块的每个编码块添加循环冗余校验并进行Turbo编码获得第二数据； 5124:对所述第二数据拼接成一串数据，并对其进行速率匹配获得第三数据； 5125:对所述第三数据进行白化处理和调制获得调制符号；以及 5126:将所述调制符号映射到所述数据符号的子载波上，并对所述映射的频域数据进行快速傅里叶反变换后发送到所述第二卫星。
5.如权利要求1所述的基于小卫星的无线通信方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括 521:对接收的天线数据进行下变频、模数转换，得到数字基带信号；以及522:用本地存储的同步序列与所述的数字基带信号进行滑动相关，并计算所述帧定时。
6.如权利要求1所述的基于小卫星的无线通信方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括 S31 :在所接收到的参考符号和控制符号的边界接收数据做快速傅里叶变换变换，得到频域数据； S32:在所述参考符号和控制符号的频域数据中分别提取参考符号子载波和控制信道子载波；S33 :用所述参考符号子载波进行信道估计获得信道估计数据； S34:根据所述信道估计数据和所述控制信道子载波进行信道均衡和解星座映射获得软比特信息；535:对所述软比特信息进行解扰处理和解速率匹配得到速率匹配前的数据长度数据；以及 536:对所述速率匹配前的数据长度数据进行Viterbi译码和循环冗余校验，如果循环冗余校验通过则接收控制信道成功。
7.如权利要求1所述的基于小卫星的无线通信方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括 541:在所接收到的参考符号和数据符号的边界接收数据做快速傅里叶变换变换，得到频域数据； 542:在所述参考符号和数据符号的频域数据中分别提取参考符号子载波和数据信道子载波； 543:对所述参考符号子载波进行信道估计获得信道估计数据； S44:根据所述信道估计数据和所述数据信道子载波进行信道均衡和解星座映射获得软比特信息； S45:对所述软比特信息进行解扰处理和解速率匹配得到数据速率匹配前的数据长度数据； 546:对所述数据长度数据进行分割得到多个编码块； 547:对所述多个编码块的每个编码块进行Turbo译码和循环冗余校验；以及 548:当循环冗余校验成功则将所述去掉循环冗余校验数据拼接成一串数据再进行循环冗余校验，如果校验通过则所述第二卫星接收数据成功。
8.一种基于小卫星的无线通信系统，其特征在于，包括 发送模块，用于第一卫星通过无线帧的控制符号和数据符号发出控制信道和数据信道，其中，所述控制符号中承载控制信道，所述数据符号中承载数据信道； 同步信号接收模块，用于第二卫星根据接收的同步符号计算帧定时，其中，所述无线帧提供所述同步符号； 控制信号接收模块，用于根据所述帧定时获得参考符号和控制符号的位置，并接收所述控制信道中的控制信息；以及 数据信号接收模块，用于根据所述帧定时和所述控制信息接收所述数据信道中的数据信息。
9.如权利要求8所述的基于小卫星的无线通信系统，其特征在于，所述发送模块具体包括 控制信道发送子模块，用于第一卫星通过无线帧的控制符号发出控制信道；以及 数据信道发送子模块，用于第一卫星通过无线帧的数据符号发出数据信道。
10.如权利要求9所述的基于小卫星的无线通信系统，其特征在于，所述控制信道发送子模块进一步包括 第一校验编码单元，用于对所述控制信息添加循环冗余校验并进行信道卷积编码获得第一控制数据；速率匹配单元，用于对所述第一控制数据进行速率匹配获得第二控制数据； 第一白化调制单元，用于对所述第二控制数据进行白化处理和调制获得调制符号；以及 第一映射变换单元，用于将所述调制符号映射到所述控制符号的子载波上，并对所述映射的频域数据进行快速傅里叶反变换后发送到所述第二卫星。
11.如权利要求9所述的基于小卫星的无线通信系统，其特征在于，所述数据信道发送子模块进一步包括 第二校验编码单元，用于对所述数据信息添加循环冗余校验获得第一数据； 分段单元，用于对所述第一数据分段成多个编码块； 第三校验编码单元，用于对所述多个编码块的每个编码块添加循环冗余校验并进行Turbo编码获得第二数据； 拼接匹配单元，用于对所述第二数据拼接成一串数据，并对其进行速率匹配获得第三数据； 第二白化调制单元，用于对所述第三数据进行白化处理和调制获得调制符号；以及第二映射变换单元，用于将所述调制符号映射到所述数据符号的子载波上，并对所述映射的频域数据进行快速傅里叶反变换后发送到所述第二卫星。
12.如权利要求8所述的基于小卫星的无线通信系统，其特征在于，所述同步信号接收模块具体包括 变频转换单元，用于对接收的天线数据进行下变频、模数转换，得到数字基带信号；以及， 计算单元，用于用本地存储的同步序列与所述的数字基带信号进行滑动相关，并计算所述帧定时。
13.如权利要求8所述的基于小卫星的无线通信系统，其特征在于，所述控制信号接收模块具体包括 第一变换单元，用于在所接收到的参考符号和控制符号的边界接收数据做快速傅里叶变换变换，得到频域数据； 第一提取单元，用于在所述参考符号和控制符号的频域数据中分别提取参考符号子载波和控制信道子载波； 第一信道估计单元，用于对所述参考符号子载波进行信道估计获得信道估计数据；第一均衡映射单元，用于根据所述信道估计数据和所述控制信道子载波进行信道均衡和解星座映射获得软比特信息； 第一解速率匹配单元，用于对所述软比特信息进行解扰处理和解速率匹配得到速率匹配前的数据长度数据；以及 匹配校验单元，用于对所述速率匹配前的数据长度数据进行Viterbi译码和循环冗余校验，如果循环冗余校验通过则接收控制信道成功。
14.如权利要求8所述的基于小卫星的无线通信系统，其特征在于，所述数据信号接收模块具体包括 第二变换单元，用于在所接收到的参考符号和数据符号的边界接收数据做快速傅里叶变换变换，得到频域数据；第二提取单元，用于在所述参考符号和数据符号的频域数据中分别提取参考符号子载波和数据信道子载波； 第二信道估计单元，用于对所述参考符号子载波进行信道估计获得信道估计数据；第二均衡映射单元，用于根据所述信道估计数据和所述数据信道子载波进行信道均衡和解星座映射获得软比特信息； 第二解速率匹配单元，用于对所述软比特信息进行解扰处理和解速率匹配得到数据速率匹配前的数据长度数据； 分割单元，用于对所述数据长度数据进行分割得到多个编码块； 译码校验单元，用于对所述多个编码块的每个编码块进行Turbo译码和循环冗余校验；以及 拼接校验单元，用于当循环冗余校验成功则将所述去掉循环冗余校验数据拼接成一串数据再进行循环冗余校验，如果校验通过则所述第二卫星接收数据成功。
全文摘要
本发明提出一种基于小卫星的无线通信方法及系统。其中，方法包括以下步骤第一卫星通过无线帧的控制符号和数据符号发出控制信道和数据信道，其中，控制符号中承载控制信道，数据符号中承载数据信道；第二卫星根据接收的同步符号计算帧定时，其中，无线帧提供同步符号；根据帧定时获得参考符号和控制符号的位置，并接收控制信道中的控制信息；以及根据帧定时和控制信息接收数据信道中的数据信息。根据本发明实施例的方法，通过采用正交频分复用方式，能够达到很高的速率，而且实现复杂度很低，非常适合目前的小卫星之间通信，并且对无线帧的参考符号与控制符号和数据符号的配合及处理实现小卫星之间的数据传输，同时具有灵活性和冗余度，可以降低任务失败的风险。
文档编号H04L1/00GK103023611SQ20121049739
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者李滨, 张锦绣, 邓云庆 申请人:李滨