一种卫星通信系统模拟器技术方案

技术编号:14026254 阅读:98 留言:0更新日期:2016-11-19 03:06
本发明专利技术公开了一种卫星通信系统模拟器,是一种可模拟真实信道延时误码特征且具有系统组网功能的设备,包括接收单元、链路单元、信道单元、发送单元、信道控制单元和组网控制单元和统计模块。本发明专利技术用于模拟实际卫星通信过程,重点研究通信过程中的延时和误码特征以及网络拓扑结构对通信质量的影响,同现有技术相比,不仅能产生卫星模拟信道,还能系统地构建网络结构,具有高度集成、操作简单的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星通信
,涉及一种卫星通信系统模拟器,尤其涉及一种可模拟真实信道延时误码特征且具有系统组网功能的设备,为卫星通信实验提供支撑。
技术介绍
卫星通信是通过人造地球卫星中继实现地面及空间用户之间的无线电传输的通信方式,具有覆盖范围广、信道稳定等特点。卫星通信系统模拟器可以产生具有实际特征的信道模型,用以实现数据信号的信道传输,从而可在测试环境下,模拟卫星通信过程。其中信道模型的产生和网络结构的控制是卫星通信模拟系统的重要组成部分。在本专利技术以前,现有的卫星通信的模拟一般以模拟系统为主,可产生满足实验要求的卫星信道,但在结构上未完全实物化,整个系统庞大复杂,难以实现,而且功能单一,要么只能产生单一的卫星信道,不能模拟卫星通信复杂的网络结构,要么只注重通信链路的搭建,忽略了信道仿真的重要性,而信道特性和网络拓扑结构对通信性能的影响均不可忽视,现有的设备或系统通常需要多套互联,增加了系统复杂性。
技术实现思路
针对上述卫星通信模拟系统中存在的缺陷,本专利技术的目的在于,产生可用的卫星模拟信道和可靠的网络拓扑结构,将卫星信道的产生、数据信号的传输、网络结构的建立集中于一台实物化的卫星通信系统模拟器中,为卫星通信技术的实验和研究提供技术支撑。为了实现上述任务,本专利技术采用以下技术方案:一种卫星通信系统模拟器,包括:接收单元、链路单元、信道单元、发送单元、信道控制单元和组网控制单元,其中:接收单元连接多个外部通信设备,用多线程的方式并行处理外部通信设备发来的数据信号,处理过程包括对数据信号的接收和对数据信号的缓存,并将缓存的数据信号按顺序传递给链路单元;链路单元用于对接收到的数据信号进行链路匹配,根据数据信号的来源以及组网控制指令中各外部通信设备之间的连通状态信息,确定数据信号的接收端,并根据数据链路对应的信道状态,确定是否进行数据信号的传输;信道单元生成信道模型,该信道模型是由Rayleigh、Rician、Lognormal三种概率分布函数组合而成的信道模拟信号,并在信道模型中加载多径效应、多普勒频移和插入高斯白噪声;发送单元与所述的多个外部通信设备连接,接收到来自链路单元的数据后,将数据分组缓存于接收队列中,然后按照先进先出的原则将数据传输至外部通信设备;信道控制单元接收由用户配置的信道参数,并将信道参数解析为信道控制指令,然后将信道控制指令作用于信道单元;信道控制指令包括多径衰落、多普勒频移和高斯白噪声信噪比;组网控制单元接收由用户配置的组网参数,并将组网参数解析为组网控制指令,然后将组网控制指令作用于链路单元;组网控制指令是包括各外部通信设备的连通状态和网络结构改变与否的信息。进一步地,所述的卫星通信系统模拟器还包括统计模块:统计模块分别对发送单元和接收单元进行监控,从接收单元接收到第一组数据开始计时,发送单元将最后一组数据发送完成时停止计时,计算差值得到传输时延;并根据发送单元提供的统计信号,计算得到流量的统计结果。进一步地,所述的信道单元采用以程序实现概率分布函数的方法来生成信道模型;所述的方法为:以Rayleigh、Rician和Lognormal三种概率分布函数为基础,将信道控制指令中的参数代入所述的三种概率分布函数中,通过编程仿真的方式建立信道模型。进一步地,所述的信道模型根据信道状态分为好信道模型和坏信道模型,信道单元根据Markov过程实现好、坏信道模型的切换,具体为:信道的好坏只有两种情况,将好的信道状态记为1,概率记为Pg;坏的信道状态记为0,概率记为Pb;用均匀分布产生的0至1之间的小数p与Pg或Pb进行对比,来决定是否切换信道模型。进一步地,所述的组网参数包括各外部通信设备的IP地址、端口、工作状态以及各通信设备之间的连接状态;所述的工作状态包括连接、断开、仅发送、仅接收四种状态,所述的连接状态包括点对点连接和网状连接,其中在点对点连接状态下,每台外部通信设备只能与一台其他的外部通信设备通信,而在网状连接状态下,每台外部通信设备可以与除自身之外的其他任意一台外部通信设备通信。进一步地,所述的信道参数包括各外部通信设备的经纬度坐标、运行速度、卫星高度、工作频段、噪声类型以及电离层误差。进一步地,所述的数据链路的传输控制协议采用ARQ机制。一种卫星通信系统模拟方法,包括以下步骤:步骤一,初始化过程用户配置组网参数和信道参数,将组网参数发送给组网控制单元,组网控制单元将组网参数解析为组网控制指令,将组网控制指令作用于链路单元;将信道参数发送给信道控制单元,信道控制单元将信道参数解析为信道控制指令作用于信道单元;步骤二,模拟过程将多个外部通信设备与接收单元、发送单元连接,外部通信设备向接收单元发送数据信号,接收单元对数据信号缓存后按顺序传递给链路单元;链路单元对接收到的数据信号进行链路匹配,数据信号的来源以及组网控制指令中各外部通信设备之间的连通状态信息,确定数据信号的接收端,并根据数据链路对应的信道状态,确定是否进行数据信号的传输;如果进行数据信号的传输,则:信道单元生成信道模型,该信道模型是由Rayleigh、Rician、Lognormal三种概率分布函数组合而成的信道模拟信号,并在信道模型中加载多径效应、多普勒频移和插入高斯白噪声;发送单元接收到来自链路单元的数据后,将数据分组缓存于接收队列中,然后按照先进先出的原则将数据传输至外部通信设备;完成模拟过程。本专利技术与现有技术相比具有以下技术特点:1.能产生卫星通信信道,且具有延时和误码典型特征。卫星通信过程复杂,对信道特征的研究难度较大,产生具有典型特征的卫星信道,增强了对信道研究的针对性。2.能从系统级模拟卫星通信的组网结构。单台设备可连接4台外部终端,终端类型可以为发送端或接收端,弥补了之前的模拟设备信道单一的不足。本专利技术可以在点对点、通播、网状结构等组网方式间相互切换,单台设备可满足多种需求。3.能实现对外部终端工作方式的控制。可控制外部连接终端工作于连接、断开、仅发送、仅接收四种状态,实现对整个通信系统的控制,弥补了以往模拟设备功能单一、系统性不强的缺点。附图说明图1本专利技术卫星通信系统模拟器原理结构图图2本专利技术接收单元原理结构图图3本专利技术链路单元原理结构图图4本专利技术信道单元原理结构图图5本专利技术发送单元原理结构图图6本专利技术信道控制单元原理结构图图7本专利技术组网控制单元原理结构图图8本专利技术系统连接图图9本专利技术ARQ传输机制原理图图10为Luts模型中概率分布函数的组合示意图具体实施方式如图1所示,本专利技术提供了一种卫星通信系统模拟器,可以模拟多台外部通信设备在不同组网方式下的通信过程。本实施例中,给出了四台外部通信设备进行通信模拟的示例,如图8所示。本专利技术的这种卫星通信系统模拟器,包括接收单元、链路单元、信道单元、发送单元、信道控制单元以及组网控制单元;其中,接收单元与链路单元、信道单元依次连接,发送单元、组网控制单元与链路单元连接,信道控制单元与信道单元连接。这些单元实现的功能分别如下:接收单元通过信号接口与外部通信设备连接,如图8所示;接收单元的作用是对数据信号进行接收、缓存和发送。图2给出了接收单元的具体结构,其由数据接收模块和数据缓存模块组成。数据接收模块分别接收如图8所示的四个外部通信设备发送来的数据信号,本文档来自技高网...
一种卫星通信系统模拟器

【技术保护点】
一种卫星通信系统模拟器,其特征在于,包括:接收单元、链路单元、信道单元、发送单元、信道控制单元和组网控制单元,其中:接收单元连接多个外部通信设备,用多线程的方式并行处理外部通信设备发来的数据信号,处理过程包括对数据信号的接收和对数据信号的缓存,并将缓存的数据信号按顺序传递给链路单元;链路单元用于对接收到的数据信号进行链路匹配,根据数据信号的来源以及组网控制指令中各外部通信设备之间的连通状态信息,确定数据信号的接收端,并根据数据链路对应的信道状态,确定是否进行数据信号的传输;信道单元生成信道模型,该信道模拟模型是由Rayleigh、Rician、Lognormal三种概率分布函数组合而成的模拟信号,并在信道模模型中加载多径效应、多普勒频移和插入高斯白噪声;发送单元与所述的多个外部通信设备连接,接收到来自链路单元的数据后,将数据分组缓存于接收队列中,然后按照先进先出的原则将数据传输至外部通信设备;信道控制单元接收由用户配置的信道参数,并将信道参数解析为信道控制指令,然后将信道控制指令作用于信道单元;信道控制指令包括多径衰落、多普勒频移和高斯白噪声信噪比;组网控制单元接收由用户配置的组网参数,并将组网参数解析为组网控制指令,然后将组网控制指令作用于链路单元;组网控制指令是包括各外部通信设备的连通状态和网络结构改变与否的信息。...

【技术特征摘要】
1.一种卫星通信系统模拟器,其特征在于,包括:接收单元、链路单元、信道单元、发送单元、信道控制单元和组网控制单元,其中:接收单元连接多个外部通信设备,用多线程的方式并行处理外部通信设备发来的数据信号,处理过程包括对数据信号的接收和对数据信号的缓存,并将缓存的数据信号按顺序传递给链路单元;链路单元用于对接收到的数据信号进行链路匹配,根据数据信号的来源以及组网控制指令中各外部通信设备之间的连通状态信息,确定数据信号的接收端,并根据数据链路对应的信道状态,确定是否进行数据信号的传输;信道单元生成信道模型,该信道模拟模型是由Rayleigh、Rician、Lognormal三种概率分布函数组合而成的模拟信号,并在信道模模型中加载多径效应、多普勒频移和插入高斯白噪声;发送单元与所述的多个外部通信设备连接,接收到来自链路单元的数据后,将数据分组缓存于接收队列中,然后按照先进先出的原则将数据传输至外部通信设备;信道控制单元接收由用户配置的信道参数,并将信道参数解析为信道控制指令,然后将信道控制指令作用于信道单元;信道控制指令包括多径衰落、多普勒频移和高斯白噪声信噪比;组网控制单元接收由用户配置的组网参数,并将组网参数解析为组网控制指令,然后将组网控制指令作用于链路单元;组网控制指令是包括各外部通信设备的连通状态和网络结构改变与否的信息。2.如权利要求1所述的卫星通信系统模拟器,其特征在于,所述的卫星通信系统模拟器还包括统计模块:统计模块分别对发送单元和接收单元进行监控,从接收单元接收到第一组数据开始计时,发送单元将最后一组数据发送完成时停止计时,计算差值得到传输时延;并根据发送单元提供的统计信号,计算得到流量的统计结果。3.如权利要求1所述的所述的卫星通信系统模拟器,其特征在于,所述的信道单元采用以程序实现概率分布函数的方法来生成信道模型;所述的方法为:以Rayleigh、Rician和Lognormal三种概率分布函数为基础,将信道控制指令中的参数代入所述的三种概率分布函数中,通过编程仿真的方式建立信道模型。4.如权利要求1所述的所述的卫星通信系统模拟器,其特征在于,所述的信道模型根据信道状态分为好信道模型和坏信道模型...

【专利技术属性】
技术研发人员:李琳琳夏冰姚志成范志良伍明魏振华罗眉
申请(专利权)人:中国人民解放军火箭军工程大学
类型:发明
国别省市:陕西;61

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