一種適用于天基網組網的通信方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于天基網組網的通信方法，提出了適用于天基組網通信的物理層體制，克服傳統(tǒng)天基通信僅適用于點到點通信的缺陷；適合于天基系統(tǒng)多點組網通信的系統(tǒng)工作流程，支持入網過程和業(yè)務過程網絡控制和協(xié)調簡單，信令開銷小，建網時間短；擴展性好，支持網絡規(guī)模和用戶需求的變化；提出符合上述系統(tǒng)工作流程的系統(tǒng)幀結構，適用于當前多顆衛(wèi)星組網通信的需求；提出適合于天基系統(tǒng)多點組網通信的物理層傳輸方案，包括物理層信號生成過程和資源單元結構等；幀結構設計保證傳播時延，適合于時序要求高或實時性強的業(yè)務；支持多種優(yōu)先級、多種業(yè)務類型，靈活性高；幀結構攜帶SYN，使得同步過程搜索時間短，建立同步時間短，無需長期跟蹤。
【專利說明】
一種適用于天基網組網的通信方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及多節(jié)點通信技術領域，尤其涉及一種適用于天基網組網的通信方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有天基系統(tǒng)主要支持點到點通信，幀結構和復幀結構設計符合點到點傳輸?shù)男枰?。不具備系統(tǒng)廣播、網絡同步和鑒權認證等入網過程所需要的功能。同步過程采用首先基于序列的初始捕獲，并結合使用鎖相環(huán)進行長期跟蹤的方式，同步捕獲時間長，實現(xiàn)復雜度尚O
[0003]為擴展到多點組網，現(xiàn)有天基系統(tǒng)在點到點通信體制基礎上通過對時隙或幀組合的方式實現(xiàn)。該方式必需在多個節(jié)點之間進行復雜的控制和協(xié)調，需要較長時間完成交互，信令開銷大。同時不能保證傳播時延，不適合用于時序要求高或實時性強的業(yè)務要求。靈活性較差，無法滿足存在多種業(yè)務優(yōu)先級或多種不同業(yè)務量的應用需求。擴展性較差，當節(jié)點數(shù)目增加，需要重新組織復幀并增加控制信令的交互時間和開銷。

【發(fā)明內容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種適用于天基網組網的通信方法，適用于當前多顆衛(wèi)星組網通信的需求。
[0005]—種適用于天基網組網的通信方法，包括入網過程和業(yè)務過程；
[0006]所述入網過程具體包括:所述天基網中的各個節(jié)點設備開機后首先讀取初配信息:如果節(jié)點被初始配置為簇首，則節(jié)點開始發(fā)送廣播信息;如果節(jié)點被配置為普通節(jié)點，則節(jié)點開始聽取廣播信息;普通節(jié)點接收到廣播消息后，發(fā)起網絡同步過程;在網絡同步過程結束后發(fā)起鑒權認證過程，在鑒權認證成功后節(jié)點完成入網流程；
[0007]所述業(yè)務過程包括:節(jié)點入網后進入業(yè)務過程，首先在節(jié)點之間分配資源，其中的發(fā)送節(jié)點在分配的資源上發(fā)送數(shù)據(jù)，接收節(jié)點接收數(shù)據(jù)后進行解析完成數(shù)據(jù)通信；
[0008]具體的，入網過程和業(yè)務過程均包括如下工作流程:
[0009]首先，天基網設置一個用于廣播消息傳輸?shù)膹V播信道BCH、若干用于控制信令傳輸?shù)目刂菩诺繡CH和若干用于業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓蚕硇诺繱CH;
[0010]其次，生成物理信號，過程如下:發(fā)送側物理層首先對來自高層的數(shù)據(jù)進行編碼調制，再將調制后的數(shù)據(jù)與物理參考信號按照設定的格式和結構組成傳輸基本資源單元，即時幀:其中，來自高層的廣播數(shù)據(jù)形成廣播信道BCH幀，來自高層的控制信令形成控制信道CCH幀，來自高層的業(yè)務數(shù)據(jù)形成共享信道SCH幀，各類型時幀根據(jù)設定的復用形式最終形成系統(tǒng)幀；
[0011]所述廣播信道BCH幀、控制信道CCH幀和共享信道SCH幀均包括同步序列SYN部分、傳輸格式指示TFI部分、數(shù)據(jù)Data部分和保護間隔GP部分；同步序列SYN部分攜帶用于接收同步的碼序列，用于接收機確定幀頭時間位置;傳輸格式指示TFI部分用來指示當前的調制編碼方式;數(shù)據(jù)Data部分用來攜帶用戶數(shù)據(jù)凈荷;保護間隔GP部分時間內不填充數(shù)據(jù);各部分的長度根據(jù)應用場景和系統(tǒng)指標要求進行配置。
[0012]所述廣播信道BCH幀、控制信道CCH幀和共享信道SCH幀在系統(tǒng)幀中的比例根據(jù)網絡規(guī)模和業(yè)務需求指標調整。
[0013]所述同步序列SYN、傳輸格式指示TF1、數(shù)據(jù)Data和保護間隔GP被分別劃分為若干等長的時隙P。
[0014]所述傳輸格式指示TFI的各個時隙和數(shù)據(jù)Data的各個時隙具有相同的結構，并被依次劃分為導頻Pilot、導頻循環(huán)前綴PilotCP、數(shù)據(jù)凈荷Payload、數(shù)據(jù)凈荷循環(huán)前綴PayloadCP以及跳頻保護GP0
[0015]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0016](I)本發(fā)明的一種適用于天基網組網的通信方法，提出了適用于天基組網通信的物理層體制，克服傳統(tǒng)天基通信僅適用于點到點通信的缺陷。
[0017]適合于天基系統(tǒng)多點組網通信的系統(tǒng)工作流程，支持入網過程和業(yè)務過程網絡控制和協(xié)調簡單，信令開銷小，建網時間短;擴展性好，支持網絡規(guī)模和用戶需求的變化;提出符合上述系統(tǒng)工作流程的系統(tǒng)幀結構，適用于當前多顆衛(wèi)星組網通信的需求。
[0018](2)提出適合于天基系統(tǒng)多點組網通信的物理層傳輸方案，包括物理層信號生成過程和資源單元結構等;幀結構設計保證傳播時延，適合于時序要求高或實時性強的業(yè)務；支持多種優(yōu)先級、多種業(yè)務類型，靈活性高。
[0019](3)幀結構攜帶SYN，使得同步過程搜索時間短，建立同步時間短，無需長期跟蹤。
[0020](4)通過幀結構攜帶TFI以指示AMC，支持速率自適應。
[0021](5)支持網絡拓撲變化，滿足通信覆蓋距離變化的通信要求，GP長度可配置。
[0022](6)時隙長度固定，控制簡單，接收機基帶處理復雜度低，處理時延小。
[0023](7)時隙中放置導頻，支持周期性相位校準，處理增益高。
[0024](8)支持跳頻通信。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的方法流程圖。
[0026]圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)幀組成示意圖。
[0027]圖3為本發(fā)明的物理信號生成步驟流程圖。
[0028]圖4為本發(fā)明的數(shù)據(jù)業(yè)務幀、廣播幀以及控制幀結構中任意一個的結構示意圖。
[0029]圖5為本發(fā)明TFI時隙或Data時隙結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0031]本發(fā)明提出一種適合于天基組網的物理層體制，包括天基組網系統(tǒng)工作流程定義和天基組網系統(tǒng)物理層傳輸方案。
[0032]1、天基組網系統(tǒng)工作流程
[0033]系統(tǒng)工作流程描述如圖1所示。網絡中的節(jié)點設備開機后首先讀取初配信息。如果節(jié)點被初始配置為簇首，則節(jié)點開始發(fā)送廣播信息;如果節(jié)點被配置為普通節(jié)點，則節(jié)點開始聽取廣播。普通節(jié)點如果接收到廣播消息，發(fā)起網絡同步過程。在網絡同步過程結束后發(fā)起鑒權認證過程，在鑒權認證成功后節(jié)點完成入網流程。節(jié)點入網后進入業(yè)務過程，發(fā)送節(jié)點根據(jù)資源分配消息在分配的時間資源上發(fā)送數(shù)據(jù)，接收節(jié)點接收數(shù)據(jù)后進行解析完成數(shù)據(jù)通信。
[0034]根據(jù)上述工作流程，系統(tǒng)需要進行周期性的廣播配置信息，并且系統(tǒng)內需要傳遞維護網絡運行的控制信令和業(yè)務數(shù)據(jù)。因此，物理層提供廣播信道BCH、控制信道CCH和共享信道SCH，分別支持廣播消息、控制信令和用戶業(yè)務數(shù)據(jù)的傳輸。廣播信道周期為一個系統(tǒng)幀，系統(tǒng)幀結構如圖2所示。系統(tǒng)幀包含一個BCH幀、若干CCH幀和若干SCH幀。
[0035]BCH幀為處于入網階段節(jié)點提供必要的系統(tǒng)配置消息，并且為處于業(yè)務階段節(jié)點提供網絡運行必要的信息。BCH幀周期性發(fā)送，任何時刻開機的設備經過至多一個系統(tǒng)幀時間能夠聽取到廣播，解析廣播信息以獲得系統(tǒng)消息。處于業(yè)務階段的設備以一定周期解析廣播信息以保持與系統(tǒng)的連接關系。
[0036]CCH幀用于節(jié)點之間傳遞控制信令，系統(tǒng)幀中的CCH幀數(shù)量與網絡規(guī)模有關，網絡規(guī)模越大支持的節(jié)點數(shù)越多則CCH幀數(shù)量越大。CCH幀數(shù)量越大則系統(tǒng)開銷越大，應在確保滿足當前網絡內節(jié)點之間信令傳輸并具備一定擴展性的基礎上盡量降低開銷。
[0037]SCH幀用于節(jié)點發(fā)送業(yè)務數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶的業(yè)務需求和網絡規(guī)模設計。節(jié)點之間以共享方式占用SCH幀。共享SCH幀的方式支持突發(fā)式業(yè)務，適合節(jié)點之間業(yè)務量不均衡的應用;支持同時存在高低不同時序要求的業(yè)務發(fā)送;支持節(jié)點數(shù)目的動態(tài)變化。
[0038]系統(tǒng)幀中包含BCH幀、CCH幀和SCH幀，各種類型幀在系統(tǒng)幀中的比例根據(jù)網絡規(guī)模和業(yè)務需求等指標調整。系統(tǒng)幀的長度固定，控制簡單、維護網絡運行的開銷小，避免系統(tǒng)幀長度隨著網絡規(guī)模變化帶來的控制過程復雜、控制信令開銷大和系統(tǒng)穩(wěn)定時間較長的缺陷。
[0039]2、天基網絡節(jié)點物理層傳輸方案
[0040]本節(jié)給出本發(fā)明設計的物理層傳輸方案，包括物理信號生成步驟和資源單元結構等。物理層將來自協(xié)議棧中高層的數(shù)據(jù)或信令形成基本的資源單元進行傳輸。劃分為基本時間單元適用于天基網絡內多個節(jié)點分配資源，并適合于支持時序要求高的業(yè)務傳輸。[0041 ]該物理層傳輸方案適用于發(fā)送系統(tǒng)廣播、控制信令和業(yè)務數(shù)據(jù)。
[0042]2.1、物理信號生成步驟
[0043]物理信號生成過程如圖3所示。發(fā)送側物理層首先對來自高層的數(shù)據(jù)進行編碼調制，再將調制后的數(shù)據(jù)與物理參考信號按照一定格式和結構組成傳輸基本資源單元時幀。來自高層的廣播數(shù)據(jù)形成BCH幀，來自高層的控制信令形成CCH幀，來自高層的業(yè)務數(shù)據(jù)形成SCH幀。各類幀按照前文所述系統(tǒng)工作流程進行復用，形成系統(tǒng)幀。
[0044]2.2、幀結構
[0045 ]滿足多節(jié)點組網通信應用要求的幀結構如圖4所示，適用于BCH幀、CCH幀和SCH幀。結構幀由同步序列SYN、傳輸格式指示TF1、數(shù)據(jù)Data和保護間隔GP等部分組成。
[0046]同步序列SYN部分攜帶用于接收同步的碼序列，用于接收機確定幀頭時間位置。采用每幀攜帶SYN的方式，適用于在多點組網通信環(huán)境中目標節(jié)點確定當前幀的起始位置，搜索和處理時間較短。時間同步在當前幀時間內即可完成，不需要后續(xù)采用鎖相環(huán)進行跟蹤，因此能夠避免特定節(jié)點長期占用資源，利于實現(xiàn)系統(tǒng)內多節(jié)點的靈活組網通信。此外，還可以利用SYN序列進行頻偏估計等處理，同樣具備處理時間短的特點。
[0047]在天基組網通信中，各節(jié)點之間、同一節(jié)點在不同的時間支持多種不同業(yè)務類型的傳輸。系統(tǒng)定義多種傳輸速率等級，采用自適應調制編碼(AMC)。幀結構中攜帶一定長度的傳輸格式指示TFI用來指示當前的調制編碼方式，一旦解析出TFI的內容，接收機即獲知當前采用的調制階數(shù)和編碼方式等信息，并將該信息用于解析數(shù)據(jù)部分。TFI信息采用預先配置的全網統(tǒng)一傳輸方式，以使得網絡內任何接收節(jié)點都按照該格式接收和解調TFI信息。
[0048]數(shù)據(jù)Data部分用來攜帶用戶數(shù)據(jù)凈荷。Data部分支持AMC，滿足網絡內節(jié)點之間不同的通信要求。
[0049]幀結構中設置保護間隔GP，GP時間內不填充數(shù)據(jù)。幀內GP部分能夠避免當前幀的數(shù)據(jù)落入下一幀時間中即避免多幀之間的干擾，保證天基組網系統(tǒng)多節(jié)點之間的發(fā)送或接收行為不會造成相互影響。GP長度根據(jù)網絡拓撲進行選取。
[0050]以上描述的幀結構四個組成部分為多節(jié)點組網通信條件提供傳輸保證。各部分的長度可以根據(jù)應用需求進行設置?？紤]到系統(tǒng)設計工作點、支持業(yè)務類型、傳輸速率要求、系統(tǒng)傳輸效率、覆蓋距離和網絡拓撲等因素，應對各部分的長度進行合理配置，能夠滿足應用的需求。當應用場景發(fā)生變化時，通過參數(shù)配置和方式對各部分長度進行變更或重配置，從而動態(tài)靈活的滿足應用需要。
[0051 ] 2.3、時隙結構
[0052]為使接收機進行快速靈活的基帶處理，將幀劃分為若干等長的時隙。其中SYN包含Ml個時隙，TFI包含M2個時隙，Data包含M3個時隙，GP包含M4個時隙。SYN的Ml個時隙構成一個整體，攜帶同步碼序列XP的M4個序列構成一個整體，保持空白。
[0053]TFI時隙和Data時隙具有相同的結構，時隙結構如圖5所示。時隙長度為P，劃分為三大部分:導頻(Pilot)及其循環(huán)前綴(Pilot CP)、數(shù)據(jù)凈荷(Payload)及其循環(huán)前綴(Payload CP)和跳頻保護(!7H GP)。
[0054]每一時隙都包含有導頻的結構使得在整幀中導頻等間隔分布，從而能夠以時隙為單位進行周期性的相位校準。相比于傳統(tǒng)天基通信中導頻集中放置，相位校準值精度更高，即可以獲得更高的增益。
[0055]導頻和數(shù)據(jù)部分分別帶有循環(huán)前綴，能夠滿足在多徑環(huán)境下通信的需要，并且降低了收發(fā)雙方時鐘穩(wěn)定性和精度偏差的要求。
[0056]跳頻保護部分適用于跳頻頻點切換的需要，可以有效對抗干擾和截獲。對于不跳頻的系統(tǒng)可予以保留。
[0057]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種適用于天基網組網的通信方法，其特征在于，包括入網過程和業(yè)務過程； 所述入網過程具體包括:所述天基網中的各個節(jié)點設備開機后首先讀取初配信息:如果節(jié)點被初始配置為簇首，則節(jié)點開始發(fā)送廣播信息；如果節(jié)點被配置為普通節(jié)點，則節(jié)點開始聽取廣播信息;普通節(jié)點接收到廣播消息后，發(fā)起網絡同步過程;在網絡同步過程結束后發(fā)起鑒權認證過程，在鑒權認證成功后節(jié)點完成入網流程； 所述業(yè)務過程包括:節(jié)點入網后進入業(yè)務過程，首先在節(jié)點之間分配資源，其中的發(fā)送節(jié)點在分配的資源上發(fā)送數(shù)據(jù)，接收節(jié)點接收數(shù)據(jù)后進行解析完成數(shù)據(jù)通信； 具體的，入網過程和業(yè)務過程均包括如下工作流程: 首先，天基網設置一個用于廣播消息傳輸?shù)膹V播信道BCH、若干用于控制信令傳輸?shù)目刂菩诺繡CH和若干用于業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓蚕硇诺繱CH; 其次，生成物理信號，過程如下:發(fā)送側物理層首先對來自高層的數(shù)據(jù)進行編碼調制，再將調制后的數(shù)據(jù)與物理參考信號按照設定的格式和結構組成傳輸基本資源單元，即時幀:其中，來自高層的廣播數(shù)據(jù)形成廣播信道BCH幀，來自高層的控制信令形成控制信道CCH幀，來自高層的業(yè)務數(shù)據(jù)形成共享信道SCH幀，各類型時幀根據(jù)設定的復用形式最終形成系統(tǒng)幀； 所述廣播信道BCH幀、控制信道CCH幀和共享信道SCH幀均包括同步序列SYN部分、傳輸格式指示TFI部分、數(shù)據(jù)Data部分和保護間隔GP部分；同步序列SYN部分攜帶用于接收同步的碼序列，用于接收機確定幀頭時間位置;傳輸格式指示TFI部分用來指示當前的調制編碼方式;數(shù)據(jù)Data部分用來攜帶用戶數(shù)據(jù)凈荷;保護間隔GP部分時間內不填充數(shù)據(jù);各部分的長度根據(jù)應用場景和系統(tǒng)指標要求進行配置。2.如權利要求1所述的一種適用于天基網組網的通信方法，其特征在于，廣播信道BCH幀、控制信道CCH幀和共享信道SCH幀在系統(tǒng)幀中的比例根據(jù)網絡規(guī)模和業(yè)務需求指標調整。3.如權利要求1所述的一種適用于天基網組網的通信方法，其特征在于，同步序列SYN、傳輸格式指示TF1、數(shù)據(jù)Data和保護間隔GP被分別劃分為若干等長的時隙P。4.如權利要求3所述的一種適用于天基網組網的通信方法，其特征在于，所述傳輸格式指示TFI的各個時隙和數(shù)據(jù)Data的各個時隙具有相同的結構，并被依次劃分為導頻Pilot、導頻循環(huán)前綴PilotCP、數(shù)據(jù)凈荷Payload、數(shù)據(jù)凈荷循環(huán)前綴PayloadCP以及跳頻保護FHGP0
【文檔編號】H04L5/00GK105846884SQ201610113637
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月1日
【發(fā)明人】于洋, 劉繼超, 周長青
【申請人】山東航天電子技術研究所