本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信中的傳輸手段，具體是一種衛(wèi)星通信方法，涉及空間復(fù)用、頻分復(fù)用和極化復(fù)用相結(jié)合的傳輸方法，其目的在于保證大容量數(shù)據(jù)在星地饋電鏈路之間有效傳輸，可用作衛(wèi)星通信、測控等多個領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

基于地面數(shù)字波束形成的衛(wèi)星通信的特點是星地饋電鏈路需要傳輸星上所有通道的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量較大。另外，由于星地?zé)o線信道大氣環(huán)境、電磁環(huán)境復(fù)雜，會使信道失真，要求失真引起的性能惡化滿足指標(biāo)要求；由于成本、性能的限制，要求星上系統(tǒng)減小復(fù)雜度；由于星地饋電存在頻率資源受限的問題，應(yīng)合理降低帶寬需求。解決基于地面數(shù)字波束形成的衛(wèi)星通信系統(tǒng)星地饋電鏈路大數(shù)據(jù)量信息的有效傳輸應(yīng)綜合考慮以上各種因素，根據(jù)應(yīng)用場景、實際條件，做出最佳的選擇。

常用的時分復(fù)用(TDM)傳輸體制，多個通道的信號分時經(jīng)星地饋電無線信道傳輸。無論是前向鏈路還是返向鏈路，同一時刻均只傳一個通道的數(shù)據(jù)。這種傳輸方法缺點是星上需要控制設(shè)備和同步設(shè)備，同步精度要求高，數(shù)字信號處理量大且復(fù)雜。

對于碼分復(fù)用(CDM)傳輸體制，不同通道的信號用不同的偽碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制傳輸，在接收端用一組相同的偽碼解擴(kuò)處理，恢復(fù)出各通道信息。這種方法的缺點是發(fā)射端需要增加擴(kuò)頻信號處理設(shè)備，同時，接收端需要增加擴(kuò)頻信號解擴(kuò)設(shè)備，整個通信系統(tǒng)信號處理復(fù)雜，并且CDM存在多址干擾，不利于實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于地面數(shù)字波束形成的衛(wèi)星通信系統(tǒng)存在饋電鏈路需要傳輸星上所有通道數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的TDM和CDM傳輸方法，存在數(shù)字信號處理復(fù)雜、同步精度高、控制復(fù)雜的問題，為了解決這一問題，本發(fā)明提出了一種衛(wèi)星通信方法。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，1.一種衛(wèi)星通信方法，其用于實現(xiàn)衛(wèi)星與中心控制器之間的N個通道數(shù)據(jù)的傳輸，每個通道數(shù)據(jù)帶寬相同為m MHz，該衛(wèi)星配備有星上發(fā)送端與衛(wèi)星接收端，該中心控制器配備有與該星上發(fā)送端相對應(yīng)的M個地面站接收端和與該衛(wèi)星接收端相對應(yīng)的M個地面站發(fā)射端；該星上發(fā)送端具有分別指向M個地面站接收端的M個發(fā)射天線和指向M個地面站發(fā)射端的M個接收天線，每個地面站也對應(yīng)該星上發(fā)送端與衛(wèi)星接收端設(shè)置相同的1個接收天線和1個發(fā)射天線；該衛(wèi)星通信方法包括以下步驟：

把N個通道數(shù)據(jù)依次分成N/M個通道數(shù)據(jù)分別分配給M個發(fā)射天線；把每個發(fā)射天線上的N/M個通道數(shù)據(jù)再依次平均分為兩組，每組N/(2M)個通道數(shù)據(jù)；把前N/(2M)個通道數(shù)據(jù)進(jìn)行頻分復(fù)用后，分別調(diào)制到中心頻點f₁+iΔ上，其中，f₁為起始頻率，i＝0，1，…，N/(2M)-1，Δ為相鄰頻率間隔；把后N/(2M)個通道數(shù)據(jù)進(jìn)行頻分復(fù)用后，分別調(diào)制到中心頻點f₁+Δ/2+iΔ上；把對應(yīng)同一個發(fā)射天線的兩組頻分復(fù)用信號分別進(jìn)行上變頻射頻處理后，送入相應(yīng)發(fā)射天線進(jìn)行發(fā)射；

每個接收天線接收相應(yīng)發(fā)射天線的兩組發(fā)射信號后，分別進(jìn)行濾波、放大、變頻射頻處理；然后分別進(jìn)行解頻分復(fù)用后分別得到N/(2M)個通道數(shù)據(jù)，共計N/M個通道數(shù)據(jù)。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，每個通道數(shù)據(jù)頻點間隔保留信號隔離帶寬。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，該發(fā)射天線與該接收天線均為雙極化天線，該雙極化天線取相應(yīng)N/M個通道數(shù)據(jù)的一半通道數(shù)據(jù)為水平極化信號，另一半通道數(shù)據(jù)為垂直極化信號。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明采用頻分復(fù)用的傳輸方式，通過將不同通道信號的頻譜搬移到互不重疊的頻帶內(nèi)實現(xiàn)頻率復(fù)用，和TDM和CDM傳輸方式相比，不需要復(fù)雜的同步設(shè)備、擴(kuò)頻及解擴(kuò)處理等數(shù)字信號處理設(shè)備、控制設(shè)備等，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度；

2、本發(fā)明頻分復(fù)用的方法，不同于TDM和CDM復(fù)用方式只能在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)，頻分復(fù)用既可以在數(shù)字域上實現(xiàn)，也可以在模擬域上實現(xiàn)；

3、本發(fā)明采用空分+頻分+極化傳輸體制，使得系統(tǒng)帶寬大大減小，明顯降低了系統(tǒng)對頻譜資源的需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述衛(wèi)星通信方法的框架圖；

圖2為本發(fā)明所述的5個通道頻分復(fù)用圖；

圖3為本發(fā)明所述的水平極化和垂直極化示意圖；

圖4為本發(fā)明所述的極化復(fù)用示意圖；

圖5為本發(fā)明所述衛(wèi)星通信方法的框架圖的擴(kuò)展圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的衛(wèi)星通信方法用于實現(xiàn)衛(wèi)星與中心控制器之間的N個通道數(shù)據(jù)的傳輸，每個通道數(shù)據(jù)帶寬相同為m MHz，該衛(wèi)星配備有星上發(fā)送端與衛(wèi)星接收端，該中心控制器配備有與該星上發(fā)送端相對應(yīng)的M個地面站接收端和與該衛(wèi)星接收端相對應(yīng)的M個地面站發(fā)射端；該星上發(fā)送端具有分別指向M個地面站接收端的M個發(fā)射天線和指向M個地面主占發(fā)射端的M個接收天線，每個地面站也對應(yīng)該星上發(fā)送端與衛(wèi)星接收端設(shè)置相同的1個接收天線和1個發(fā)射天線。

該發(fā)射天線與該接收天線均為雙極化天線，該雙極化天線取相應(yīng)N/M個通道數(shù)據(jù)的一半通道數(shù)據(jù)為水平極化信號，另一半通道數(shù)據(jù)為垂直極化信號。

該衛(wèi)星通信方法包括以下步驟。

一：把N個通道數(shù)據(jù)依次分成N/M個通道數(shù)據(jù)分別分配給M個發(fā)射天線；把每個發(fā)射天線上的N/M個通道數(shù)據(jù)再依次平均分為兩組，每組N/(2M)個通道數(shù)據(jù)；把前N/(2M)個通道數(shù)據(jù)進(jìn)行頻分復(fù)用后，分別調(diào)制到中心頻點f₁+iΔ上，其中，f₁為起始頻率，i＝0，1，…，N/(2M)-1，Δ為相鄰頻率問隔；把后N/(2M)個通道數(shù)據(jù)進(jìn)行頻分復(fù)用后，分別調(diào)制到中心頻點f₁+Δ/2+iΔ，上；把對應(yīng)同一個發(fā)射天線的兩組頻分復(fù)用信號分別進(jìn)行上變頻射頻處理后，送入相應(yīng)發(fā)射天線進(jìn)行發(fā)射。每個通道數(shù)據(jù)頻點間隔保留信號隔離帶寬。

二：每個接收天線接收相應(yīng)發(fā)射天線的兩組發(fā)射信號后，分別進(jìn)行濾波、放大、變頻射頻處理；然后分別進(jìn)行解頻分復(fù)用后分別得到N/(2M)個通道數(shù)據(jù)，共計N/M個通道數(shù)據(jù)。

接下去進(jìn)行詳細(xì)的舉例說明。

實施例1：

本發(fā)明的一個實施例是衛(wèi)星具有20個通道數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)降孛妫總€通道數(shù)據(jù)帶寬相同為6MHz，星上具有兩個發(fā)射天線，分別指向地面站1和地面站2，參見圖1。星上首先把20個通道中的前10個分配給發(fā)射天線1，把后10個分配給發(fā)射天線2；然后，把天線1上的10個通道再平均分為兩組，每組5個通道，把前5個通道信號使用頻分復(fù)用1進(jìn)行頻分復(fù)用，分別調(diào)制到中心頻點(f₁+iΔ，0.，i＝0 1，…，4)上，考慮信號之間的頻帶保護(hù)間隔，Δ取為10MHz，把后5個通道信號使用頻分復(fù)用2進(jìn)行頻分復(fù)用，為了增加兩組信號的隔離度，把后五個通道分別調(diào)制到中心頻點(f₁+Δ/2+iΔ，i＝0，1，…，4)上，最后把兩組頻分復(fù)用信號進(jìn)行上變頻等射頻處理，然后送入水平和垂直發(fā)射雙極化天線1進(jìn)行發(fā)射；后10個通道也進(jìn)行同樣的處理，在水平和垂直發(fā)射雙極化天線2進(jìn)行發(fā)射；地面站1的接收雙極化天線1接收發(fā)射天線1的信號，對水平和垂直極化信號分別進(jìn)行濾波、放大、變頻等射頻處理，然后進(jìn)行解頻分復(fù)用，分別得到5個通道的信號，共計10個通道的信號；同時，地面站2的接收雙極化天線2接收星上發(fā)射雙極化天線2的信號，對水平和垂直極化信號分別進(jìn)行濾波、放大、變頻等射頻處理，然后進(jìn)行解頻分復(fù)用，分別得到5個通道的信號，共計10個通道的信號；最后，兩個地面站的通道信號送入中心控制器，中心控制器可以得到20個通道的信號。

本系統(tǒng)中5個通道的信號經(jīng)過頻分復(fù)用1后的頻域分布如圖2所示，每個通道中心頻點等間隔分布，相鄰頻點間隔10MHz，信號帶寬6MHz，留有4MHz的保護(hù)間隔。本系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)射雙極化天線1的兩個極化方向的信號頻譜分布圖如圖3所示，兩個極化方向的信號中心頻點相差5MHz，可以達(dá)到更好的隔離效果。水平和垂直極化信號采用極化器復(fù)用，如圖4所示。本系統(tǒng)20個通道數(shù)據(jù)的傳輸占用的頻率資源為51MHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于20個通道數(shù)據(jù)的總帶寬120MHz。

本系統(tǒng)采用頻分復(fù)用時，無論是在發(fā)射端把多通道信號組合成一路，還是在接收端解頻率復(fù)用，將一路信號恢復(fù)成原始的多個通道信號，都需要多個本振頻率點實現(xiàn)多路信號頻譜的搬移。為了減小多普勒頻移的影響，星上和地面的本振頻率采用同一基準(zhǔn)。

相對TDM和CDM復(fù)用方式，本實施例采用空間復(fù)用+頻分復(fù)用+極化復(fù)用的新型傳輸體制，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡潔明了，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，沒有復(fù)雜的數(shù)字信號處理及高精度同步需求，易于實現(xiàn)，穩(wěn)定可靠，適用于星地饋電信號傳輸。

實施例2：

本發(fā)明的另一個實施例是饋電鏈路前向傳輸，星上共有3個指向不同地面站的接收天線，地面有3個地面站，地面共有180個通道數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)叫巧?，每個通道數(shù)據(jù)帶寬相同為10MHz，參見圖5。地面中心控制器首先把180個通道平均分配給3個地面站，每個地面站負(fù)責(zé)60個通道的數(shù)據(jù)信息發(fā)送；地面站1把60個通道再平均分為兩組，每組30個通道，把前30個通道信號使用頻分復(fù)用①進(jìn)行頻分復(fù)用，分別調(diào)制到中心頻點(f₁+iΔ，i＝0，1，…，29)上，考慮信號之間的頻帶保護(hù)間隔，Δ取為15MHz，把后30個通道信號使用頻分復(fù)用②進(jìn)行頻分復(fù)用，為了增加兩組信號的隔離度，把后五個通道分別調(diào)制到中心頻點(f₁+Δ/2+iΔ，i二0，1，…，29)上，最后把兩組頻分復(fù)用信號進(jìn)行上變頻等射頻處理，然后送入地面站①的水平和垂直發(fā)射雙極化天線①進(jìn)行發(fā)射；地面站②和地面站③分別對所屬的60個通道數(shù)據(jù)進(jìn)行和地面站①同樣的處理，并使用各自的發(fā)射雙極化天線向衛(wèi)星發(fā)射；衛(wèi)星接收端的接收雙極化天線①接收到地面站①的信號，對水平和垂直極化信號分別進(jìn)行濾波、放大、變頻等射頻處理，然后進(jìn)行解頻分復(fù)用，分別得到30個通道的信號，共計60個通道的信號；同時，衛(wèi)星接收端的接收雙極化天線②接收到地面站②的信號，對水平和垂直極化信號分別進(jìn)行濾波、放大、變頻等射頻處理，然后進(jìn)行解頻分復(fù)用，分別得到30個通道的信號，共計60個通道的信號；同時，衛(wèi)星接收端的接收雙極化天線③接收到地面站③的信號，對水平和垂直極化信號分別進(jìn)行濾波、放大、變頻等射頻處理，然后進(jìn)行解頻分復(fù)用，分別得到30個通道的信號，共計60個通道的信號；最后，星上后端共得到180個通道的信號。

本系統(tǒng)中的頻分復(fù)用示意圖和雙極化頻分復(fù)用的關(guān)系，可以由實施例1簡單推演得到，不再贅述。使用本發(fā)明方案后傳輸180個通道占用的頻率資源為452.5MHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于180個通道的總帶寬為1.8GHz，本方案所需頻率資源大大減小。

本系統(tǒng)采用頻分復(fù)用時，無論是在發(fā)射端把多通道信號組合成一路，還是在接收端解頻率復(fù)用，將一路信號恢復(fù)成原始的多個通道信號，都需要多個本振頻率點實現(xiàn)多路信號頻譜的搬移。為了減小多普勒頻移的影響，星上和地面的本振頻率采用同一基準(zhǔn)。

相對TDM和CDM復(fù)用方式，本實施例采用空分復(fù)用+頻分復(fù)用+極化復(fù)用的新型傳輸體制，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡潔明了，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，沒有復(fù)雜的數(shù)字信號處理及高精度同步需求，易于實現(xiàn)，穩(wěn)定可靠，適用于星地饋電信號傳輸。

以上所述僅為本發(fā)明的較桂實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。