[發明專利]基于多波束GEO衛星的寬帶移動通信方法及系統

有效

• 申請號: 201410168372.5
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103929232B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 易克初;李怡;田斌;田紅心
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 西安創知專利事務所61213
• 代理人: 景麗娜

1.一種基于多波束GEO衛星的寬帶移動通信方法，其特征在于：位于GEO衛星上的星上設備(2)與地面站設備之間通過(N_G+1)條雙向饋送鏈路雙向通信，且星上設備(2)與N_T個移動用戶終端(3)之間通過N_B條雙向用戶鏈路進行雙向通信；N_G、N_T和N_B均為正整數，N_G≥2，N_B＝69～200；所述地面站設備包括一個網絡控制中心(1-1)和N_G個關口站(1-2)；所述雙向饋送鏈路包括上行饋送鏈路和下行饋送鏈路，(N_G+1)條所述雙向饋送鏈路均采用Ka頻段點波束進行數據傳輸，并實現(N_G+1)次空分復用；所述雙向用戶鏈路包括用戶上行鏈路和用戶下行鏈路，N_B條所述雙向用戶鏈路均采用用戶鏈路波束進行數據傳輸，所述用戶鏈路波束為X頻段波束、Ku頻段波束或Ka頻段波束；

所述星上設備(2)與N_T個所述移動用戶終端(3)采用由衛星天線波束形成的蜂窩網絡進行雙向數據傳輸，所述蜂窩網絡所采用頻帶的帶寬為260MHz且該頻帶劃分為4個65MHz帶寬的子頻帶，4個所述子頻帶的頻率均不相同；所述蜂窩網絡共劃分為N_B個蜂窩小區，每個所述蜂窩小區均對應于N_B條所述雙向用戶鏈路中的一條雙向用戶鏈路，每4個相鄰的蜂窩小區構成一個小區族，N_B個所述蜂窩小區分屬于N_B/4個小區族，每個所述小區族中均包含4個所述蜂窩小區，且每個所述小區族中的4個所述蜂窩小區分別采用4個所述子頻帶進行數據傳輸，從而使260MHz帶寬的頻率資源實現N_B/4次空分復用；N_B個所述用戶雙向鏈路中的各用戶上行鏈路均通過一條65MHz帶寬的信道傳輸26個2.5MHz帶寬的子帶信號，所述子帶信號為移動用戶終端(3)需發送至星上設備(2)的信號，65MHz帶寬的信道分為26個分別供26個所述子帶信號傳輸的子帶信道，且每個所述用戶上行鏈路均包含26個所述子帶信道；每個子帶信道以T_f毫秒的幀周期，每幀劃分為N_s個時隙進行信息傳輸，其中T_f＝5～20，N_s＝8～16；N_B個所述用戶雙向鏈路中的每條用戶下行鏈路各通過一條65MHz帶寬的信道傳輸數據；N_T個所述移動用戶終端(3)共用N_B條所述雙向用戶鏈路進行數據傳輸，N_T＝(N_s-1)×26×N_B；

所述用戶上行鏈路的數據傳輸過程如下：

步驟101、信號上傳：每個蜂窩小區中的(N_s-1)×26個移動用戶終端(3)通過所述用戶上行鏈路以MF-TDMA方式發送信號，傳送至星上設備(2)；移動用戶終端(3)發送信號為IP數據流的信號；

步驟102、星上信號分接及處理：所述星上設備(2)以MF-TDMA方式對步驟101中每條用戶上行鏈路所傳送的(N_s-1)×26個用戶信號進行頻分分接與時分分接處理；每幀中除第1個時隙的信號之外，其余(N_s-1)個時隙的信號均送入程控交換模塊(2-1)進行程控交換；

每幀中第1個時隙的信號以同步碼分多址方式接入，并經解擴、解調和譯碼后，送入IP路由器(2-2)進行IP交換；

所述用戶下行鏈路的數據傳輸過程如下：

步驟201、星上數據轉換及調制：對IP路由器(2-2)輸出的需傳送至移動用戶終端(3)的IP數據流進行轉換形成IP-over-DVB-S格式的數據流，再進行數字調制；

步驟202、信號下傳：將步驟201中數字調制所得信號通過所述用戶下行鏈路發送至對應的移動用戶終端(3)；每個蜂窩小區所對應的一條所述用戶下行鏈路的帶寬均為65MHz；

所述上行饋送鏈路的數據傳輸過程如下：

步驟301、信號上傳：通過所述上行饋送鏈路，將網絡控制中心(1-1)或關口站(1-2)所發送的信息以IP-over-SDH格式傳送至星上設備(2)；每條所述上行饋送鏈路的總帶寬為W_uMHz，W_u＝65×N_B/[(N_G+1)η]，其中η為網絡控制中心(1-1)或關口站(1-2)所用數字調制方式的頻帶利用率與用戶下行鏈路所用數字調制方式的頻帶利用率之比；

步驟302、星上信號接收及處理：所述星上設備(2)接收到步驟301中網絡控制中心(1-1)或關口站(1-2)所傳輸的信號后，先進行解調和譯碼，再送入IP路由器(2-2)進行IP交換；

所述下行饋送鏈路的數據傳輸過程如下：

步驟401、星上多路信號的復接及調制：對程控交換模塊(2-1)輸出的需傳送至地面站設備(1)的多個用戶的基帶復包絡信號，以及IP路由器(2-2)輸出的需傳送至地面站設備(1)的IP數據流經數字調制所得的基帶復包絡信號，進行MF-QOTDM復接后，再進行多載波調制；每條所述下行饋送鏈路各調制為N_B/(N_G+1)個載波調制的QOTDM信號，每個QOTDM信號均由26個2.5MHz帶寬的基帶復包絡信號復接而成，且每個QOTDM信號的帶寬為65MHz，其中每個基帶復包絡信號中含有(N_s-1)個MF-TDMA信號；

其中，MF-QOTDM為多頻帶QOTDM，MF-QOTDM傳輸方法為多頻帶QOTDM傳輸方法；進行MF-QOTDM復接時，所采用的復接方法為所述QOTDM傳輸方法中所用的復接方法；

所述QOTDM傳輸方法，包括發端和收端，其過程如下：

發端步驟：

1)輸入端先以N·Fs樣點/秒的采樣速率對這N個連續信號的解析信號輪流地采樣，實現樣點交織時分復接，其中2B＜Fs＜3B；

2)在上述樣點交織時分復接信號的每幀N個復數樣點的中間插入M個樣點的同步和導頻序列，得到一個樣點速率為(N+M)·Fs復數樣點序列；

3)采用正交幅度調制QAM法，將上述復數樣點序列調制為一個帶寬為(1+α)(N+M)·Fs赫茲連續信號，其中波形成形濾波器按照奈奎斯特第一準則設計為零相移FIR濾波器，其頻率響應近似為平方根升余弦特性，α為其滾降系數，0＜α＜1；

收端步驟：

1)收端將收到的信號進行正交下變頻，并采用鎖相環糾正頻偏和相偏而得到“零中頻”復數字信號后，用一個幅-頻特性與發端波形成形濾波器相同的信道匹配濾波器對所述“零中頻”復數字信號進行濾波；

2)采用一種基于多相濾波器的幀同步環，實現幀同步和采樣點同步的精確定時；

3)進行樣點交織時分分接，輸出樣點速率都為Fs樣點/秒的N個復數樣點序列；

步驟402、信號下傳與接收處理：通過所述下行饋送鏈路，將步驟401中復接和調制所得信號傳送至對應的網絡控制中心(1-1)或關口站(1-2)；然后，在網絡控制中心(1-1)或關口站(1-2)中進行多載波解調和QOTDM分接處理，每條所述下行饋送鏈路進行N_B/(N_G+1)個載波解調，每個載波解調結果再進行QOTDM分接，各得到26個基帶復包絡信號；每個基帶復包絡信號再進行時分分接，各得到8個復基帶信號；再對所得復基帶信號分別進行解調譯碼。