一种用于宽带卫星通信系统的自适应传输方法与流程

本发明涉及宽带卫星通信系统的下行传输方法，特别是一种用于宽带卫星通信系统的自适应传输方法。

背景技术：

宽带卫星通信系统的主要目标是通过卫星为广域覆盖区内的用户提供语音、数据、图像和视频等多媒体业务以及高数据速率的互联网接入服务。宽带卫星通信系统大多采用Ku和Ka频段，并采用多点波束和频率复用技术以提高系统容量。美国、欧洲是宽带卫星通信应用的先驱，其服务的用户包括家庭用户、企业用户、政府部门用户及飞机、高铁等高速移动平台用户，广泛应用于宽带接入、基站中继、新闻采集、应急通信等领域。亚洲市场虽然起步较晚，但在日本和泰国宽带卫星业务的应用也占领了较大的市场，随着宽带卫星通信应用的普及，宽带卫星通信系统性能的提升成为必然需求。

目前现有的宽带卫星通信系统下行传输均采用固定载波传输，固定载波传输即卫星到任意终端的下行传输链路均采用某一固定不变的载波速率。然而，宽带卫星通信系统中终端类型丰富，包括面向个人用户的便携终端、面向家庭用户的小型固定终端、面向企业和政府部门等大客户的固定终端，以及车载终端、机载终端、船载终端等，各类终端通信能力不同，信道条件也不同。宽带卫星通信系统采用统一的固定载波传输，很难同时匹配不同类型终端的通信能力和信道条件。如果宽带卫星通信系统设计的载波速率过高，超出小型终端的通信能力或信道条件较差时，则终端无法实现正常通信，如果宽带卫星通信系统设计的载波速率过低，可用的带宽资源没有被充分利用，造成系统容量下降。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种使用下行可变载波速率传输方法，能够自适应地根据目标终端的接收能力和信道条件，动态调整载波速率，解决了固定载波传输难以满足不同目标终端传输需求、资源利用率低的问题的用于宽带卫星通信系统的自适应传输方法。

本发明的技术解决方案是：一种用于宽带卫星通信系统的自适应传输方法，包括如下步骤：

(1)根据地面N个目标终端的接收能力和信道条件，为各个目标终端分配载波速率和时隙资源，确定下行帧结构包括同步时隙1、信令时隙、业务时隙1-1、业务时隙1-2、业务时隙1-3…、业务时隙1-X、同步时隙2、业务时隙2-1、业务时隙2-2、业务时隙2-3…、业务时隙2-Y、同步时隙3、业务时隙3-1、业务时隙3-2、业务时隙3-3…、业务时隙3-Z、…、同步时隙N、业务时隙N-1、业务时隙N-2、业务时隙N-3…、业务时隙N-W，其中，当目标终端Q、目标终端Q+1的载波速率相等时，目标终端Q最后一个业务时隙与目标终端Q+1第一个业务时隙之间不设置同步时隙Q+1；所述的同步时隙1、信令时隙、业务时隙1-1、业务时隙1-2、业务时隙1-3、…、业务时隙1-X采用目标终端1的载波速率，所述的同步时隙2、业务时隙2-1、业务时隙2-2、业务时隙2-3…、业务时隙2-X采用目标终端2的载波速率，…，同步时隙N、业务时隙N-1、业务时隙N-2、业务时隙N-3、…、业务时隙N-X采用目标终端N的载波速率，目标终端1的载波速率≤目标终端2的载波速率≤目标终端3的载波速率…≤目标终端N-1的载波速率≤目标终端N的载波速率；所述的业务时隙承载目标终端的业务数据；所述的信令时隙包括目标终端1的起始业务时隙序号、结束业务时隙序号、载波速率、调制方式、编码方式、目标终端1的数据长度，起始业务时隙序号、结束业务时隙序号、载波速率、调制方式、编码方式、数据长度，…，目标终端N的起始业务时隙序号、结束业务时隙序号、载波速率、调制方式、编码方式、数据长度，其中，当目标终端Q、目标终端Q+1的载波速率、调制方式、编码方式、数据长度均相同时，不单独设置目标终端Q的起始业务时隙序号、结束业务时隙序号、载波速率、调制方式、编码方式、数据长度，也不单独设置Q+1的起始业务时隙序号、结束业务时隙序号、载波速率、调制方式、编码方式、数据长度，合并设置目标终端Q和目标终端Q+1的起始业务时隙序号、结束业务时隙序号、载波速率、调制方式、编码方式、数据长度，X、Y、Z、W、N、Q均为正整数，Q小于N；所述的时隙资源包括业务时隙、信令时隙、同步时隙；

(2)提取卫星待发送给N个目标终端的业务数据，根据步骤(1)得到的下行帧结构进行组帧并分别发送至地面目标终端；

(3)令地面目标终端1、目标终端2、目标终端3、…、目标终端N接收下行帧并利用同步时隙1实现下行帧接收同步，解析信令时隙获得各个目标终端对应的起始业务时隙序号、结束业务时隙序号、载波速率、调制方式、编码方式、数据长度；

(4)令目标终端1、目标终端2、目标终端3、…、目标终端N分别根据对应的目标终端的调制方式、目标终端的编码方式、目标终端的数据长度解析对应的业务时隙，得到传输数据完成自适应传输。

所述的目标终端N的载波速率、目标终端N-1的载波速率、目标终端N-2的载波速率…目标终端3的载波速率、目标终端2的载波速率均为目标终端1的载波速率的整倍数。

所述的载波速率包括12Msps、24Msps、48Msps或者96Msps。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明自适应传输方法与现有技术相比，通过使用下行可变载波速率传输方法，能够自适应地根据目标终端的接收能力和信道条件，动态调整载波速率，解决了固定载波传输难以满足不同目标终端传输需求、资源利用率低的问题；

(2)本发明自适应传输方法与现有技术相比，通过将载波速率限定为有限几种且成整倍数，降低了信令时隙的开销，同时降低了目标终端接收的实现复杂度；

(3)本发明自适应传输方法与现有技术相比，通过在载波速率变化时隙间插入同步时隙的方法，解决了下行可变载波速率传输的同步问题；

(4)本发明自适应传输方法与现有技术相比，通过将载波速率按照由低到高的顺序排列的方法，降低了同步时隙的开销。

附图说明

图1为本发明一种用于宽带卫星通信系统的自适应传输方法流程图；

图2为本发明方法中下行数据帧结构示意图；

图3为本发明方法中一种具体的下行数据帧结构举例示意图；

图4为本发明下行数据帧中信令时隙结构示意图。

图5为本发明下行数据帧中一种具体的信令时隙结构举例示意图。

具体实施方式

本发明针对现有技术的不足，提出一种用于宽带卫星通信系统的自适应传输方法，能够根据终端的接收能力和信道条件，动态调整载波速率，解决了固定载波传输难以满足不同类型终端需求、资源利用率低的问题，下面结合附图对本发明方法进行详细说明。

如图1所示，一种用于宽带卫星通信系统的自适应数据传输方法包括如下步骤：

(1)资源管理中心根据各个目标终端的接收能力和信道条件，动态为各个目标终端分配载波速率和时隙资源，确定下行帧结构。

假设当前宽带卫星通信系统配置有三种不同的载波速率(本发明方法以3种载波速率、6个目标终端为例进行说明，可以扩展到更多的载波速率及目标终端)，载波速率由低到高为R₁、R₂、R₃，地面的终端T₁、T₂、T₃天线尺寸较小，接收能力弱，终端T₄、T₅、T₆天线尺寸较大，接收能力强，但终端T₄受雨衰影响信道条件较差。资源管理中心根据6个目标终端的接收能力和信道条件，确定给终端T₁、T₂、T₃发送业务时采用载波速率R₁，给终端T₄发送数据时采用载波速率R₂，给终端T₅、T₆发送数据时采用载波速率R₃，即目标终端T₁的载波速率＝目标终端T₂的载波速率＝目标终端T₃的载波速率＜目标终端T₄的载波速率＜目标终端T₅的载波速率＝目标终端T₆的载波速率，本发明方法中载波速率包括12Msps、24Msps、48Msps或者96Msps。

当有数据需要发送时，计算下行帧结构，如图2所示为本发明方法的自适应数据传输帧结构图，下行帧结构包括同步时隙、信令时隙、业务时隙，同步时隙用于实现下行帧接收同步，信令时隙用于指示本帧业务时隙配置信息，业务时隙用于承载目标终端的业务数据。

当前宽带卫星通信系统配置有P种不同的载波速率，由低到高分别为R₁、R₂、……R_P-1、R_P。下行帧内有P个同步时隙，第一个同步时隙位于帧头，采用最低载波速率R₁，确保接收能力最弱、信道条件最差的终端也能实现下行帧接收同步；第二个同步时隙位于最低载波速率(R₁)的最后一个业务时隙1-X和载波速率R₂的第一个业务时隙2-1之间，第二个同步时隙的载波速率与业务时隙2-1相同，即为载波速率R₂，使得地面接收终端能够通过该同步时隙，实现R₁与R₂的过渡，确保后续R₂业务时隙的接收；第P个同步时隙位于次高载波速率R_P-1的最后一个业务时隙(P-1)-V和最高载波速率(R_P)的第一个业务时隙P-1之间，第P个同步时隙的载波速率与业务时隙P-1相同，即为最高载波速率R_P，使得地面接收终端能够通过该同步时隙，实现R_P-1与R_P的过渡，确保后续R_P业务时隙的接收；信令时隙采用最低载波速率(R₁)，以确保接收能力最弱、信道条件最差的终端能够实现信令解析，位于第一个同步时隙后。

本发明方法中业务时隙1-1～1-X为最低载波速率(R1)业务时隙，业务时隙2-1～2-Y为载波速率R2业务时隙，业务时隙P-1～P-W为最高载波速率R_P业务时隙。每种载波速率的业务时隙数量可以根据采用该载波速率的终端业务量进行设置，三种业务时隙在一帧中按照载波速率从低到高的顺序排列，其中，X、Y、W均为正整数。

假设当前宽带卫星通信系统配置有3种载波速率，即P＝3，由低到高为R₁、R₂、R₃，6个目标终端T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆，且终端T₁、T₂、T₃采用载波速率R₁，终端T₄采用载波速率R₂，终端T₅、T₆采用载波速率R₃。根据各终端的业务量，分配给每个终端一个业务时隙，即X＝3，Y＝1，W＝2。得到下行帧结构如图3所示。

(2)根据确定好的下行帧结构，提取各个目标终端的业务数据进行组帧并发送至地面终端。

(3)地面终端接收下行帧后，利用第一个同步时隙实现下行帧接收同步，解析信令时隙获得如图4所示的当前下行帧中各个业务时隙的配置信息，如图4所示为本发明方法中信令时隙内容构成图(图4以信令时隙中一段独立的内容进行说明，通常一个信令时隙中包含如图4所示的多段独立的内容)，信令时隙包括业务时隙配置信息，业务时隙配置信息包括起始业务时隙序号、结束业务时隙序号、载波速率、调制方式、编码方式、数据长度。

假设当前宽带卫星通信系统配置有3种载波速率，由低到高为R₁、R₂、R₃，6个目标终端T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆，分配给每个终端一个业务时隙，一个下行帧包含6个业务时隙，系统支持3种调制方式，即M₁、M₂、M₃，4种编码方式，即C₁、C₂、C₃、C₄，36种数据长度L₁、L₂、……、L₃₆。

假设给终端T₁发送业务时采用业务时隙1-1、载波速率R₁、调制方式M₁、编码方式C₁、数据长度L₁；给终端T₂发送业务时采用业务时隙1-2，载波速率R₁、调制方式M₁、编码方式C₃、数据长度L₃；给终端T₃发送业务时采用业务时隙1-3，载波速率、调制方式、编码方式、数据长度均与终端T₂相同；给终端T₄发送业务时采用业务时隙2-1、载波速率R₂、调制方式M₂、编码方式C₂、数据长度L₁₈；给终端T₅发送业务时采用业务时隙3-1、载波速率R_3,、调制方式M₃、编码方式C₁、数据长度L₃₃；给终端T₆发送业务时采用业务时隙3-2、载波速率R_3,、调制方式M₃、编码方式C₄、数据长度L₃₆。在本例中，信令时隙中包含五段独立的内容，如图5所示。

(4)各个地面终端根据解析出的信令时隙内容，分别采用相应的采样、解调、译码方式，完成相应业务时隙的接收。

另外，本发明方法可以在当目标终端Q、目标终端Q+1的载波速率相等时(比如终端T₁、T₂)，目标终端Q最后一个业务时隙、目标终端Q+1第一个业务时隙之间不设置同步时隙Q+1。

本发明方法可以在目标终端Q、目标终端Q+1的载波速率、调制方式、编码方式、数据长度均相同时(比如终端T₂、T₃)，合并设置目标终端Q和目标终端Q+1的起始业务时隙序号、结束业务时隙序号、载波速率、调制方式、编码方式、数据长度。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。