适合于低轨卫星收发协同的变换域通信系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适合于低轨卫星收发协同的变换域通信系统，本发明专利技术公开的适合于低轨卫星收发协同的变换域通信系统包括：星上设备和地面设备；所述星上设备对电磁环境进行谱估计，形成幅度谱向量，向地面设备发送幅度谱向量；地面设备利用所述幅度谱向量调制上行信号。

【技术实现步骤摘要】
适合于低轨卫星收发协同的变换域通信系统
本专利技术涉及星地无线通信
，特别设计适合于低轨卫星收发协同的变换域通信系统。
技术介绍
无线通信是指通信双方至少有一方以无线方式进行信息的交换和传输，是当今世界科学技术发展最为活跃的领域之一，对社会进步和经济发展都有着举足轻重的作用。其中，卫星通信是无线通信一个重要的领域，尤其在发生重大毁灭性的自然灾害的地区，地面网络遭到破坏，卫星通信可能是唯一幸存的通信手段。相比基于GEO、MEO卫星的通信系统，LEO卫星通信系统具有传播时延短的先天优势，能更好的满足语音等实时性业务的要求，保证通信质量。随着全球信息化进程的不断深入，各种无线通信业务对无线频谱需求的不断增长，无线通信事业高速发展的同时，各类应用中频谱使用上存在着有意或无意的“冲突”，使有限的频谱资源分配十分紧张，但实际应用中特定用户的授权频段往往并未充分利用，在时间和空间上存在不同程度的闲置，实际使用效率很低。解决特定用户授权频段利用效率低的一种技术是变换域通信系统(TransformDomainCommunicationSystem,TDCS)，TDCS是基于变换域处理技术和扩频技术发展起来的一项新技术，提供了另一种抗干扰思路，采用可用通信频带内“见缝插针”的思路，在进行无线通信信道的频域干扰特性的实时估计的基础上结合对发送信号本身频域频谱的动态设计技术来主动避开其他用户或干扰，发送信号不在已占用的频段中分配能量，相当于在复杂的电磁环境中找到了一个干净的频段进行通信，属于主动式的抗干扰方式，可实现系统频谱的自适应动态接入，克服了传统抗干扰处理技术在接收端滤波所造成的信号能量损失的问题，可保证系统良好的误码性能。TDCS概念是在1997年最早由美国空军研究实验室和空军技术学院提出并开展研究。TDCS作为一种新型的智能无线通信技术，截止目前国内外报道不多且主要集中于理论研究结果，尚未见到将其应用到低轨卫星通信系统中的相关报道。究其原因主要是以下两点限制了传统变换域通信技术在低轨卫星通信系统中的应用：(1)星地谱估计的不一致，接收端无法进行同步解调；(2)低轨卫星信道高动态导致幅度谱频率偏移，进而导致接收端误码性能下降严重。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是，现有技术中，由于星地谱估计不一致导致TDCS无法在低轨卫星无线通信领域应用；为解决所述问题，本专利技术提供适合于低轨卫星收发协同的变换域通信系统。本专利技术提供的适合于低轨卫星收发协同的变换域通信系统，包括：星上设备和地面设备；所述星上设备对电磁环境进行谱估计，形成幅度谱向量，向地面设备发送幅度谱向量；地面设备利用所述幅度谱向量调制上行信号。进一步，所述星上设备包括：电磁环境幅度谱估计模块、变换域通信解调接收模块；所述电磁环境幅度谱估计模块根据电磁环境信号形成幅度谱向量，变换域通信解调接收模块接收地面上行信号，对地面上行信号进行解调。进一步，还包括：卫星接收天线、导频信息组合成帧模块、调制发送模块、和卫星发送天线；导频信息组合成帧模块将所述幅度谱向量与其它导频信息组合成导频帧，调制发送模块将所述导频帧形成卫星发送信号。进一步，所述地面设备包括：导频信息恢复和提取模块，变换域通信调制发送模块；所述导频信息恢复和提取模块接收卫星下发的导频帧，提取幅度谱向量，变换域通信调制发送模块利用地面恢复的幅度谱向量将待发送的上行信息在变换域调制后形成地面发送信号。本专利技术还提供适合于低轨卫星收发协同的变换域通信方法，所述方法采本专利技术所提供的适合于低轨卫星收发协同的变换域通信系统，包括：星上设备根据电磁环境形成幅度谱向量，并发送到地面设备；本专利技术的优点包括：卫星下行导频播发幅度谱向量信息，使地面设备可简单的获得卫星设备的电磁环境谱，有效解决了由于星地谱估计的不一致导致变换域通信技术无法在卫星通信领域实施的问题；地面上行发送载波频率多普勒预补偿技术的使用，有效解决了低轨卫星信道高动态特性导致的幅度谱频率偏移，导致接收误码性能严重下降的问题。本专利技术采用收发协同的系统策略，有效解决了变换域通信技术在低轨卫星通信系统中无法应用的两大难题。附图说明图1是本专利技术实施例提供的适合于低轨卫星收发协同的变换域通信系统的星上设备结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的适合于低轨卫星收发协同的变换域通信系统的地面设备结构示意图。具体实施方式下文中，结合附图和实施例对本专利技术的精神和实质作进一步阐述。如图1所示，本专利技术提供的适合于低轨卫星收发协同的变换域通信系统，包括：星上设备和地面设备；对电磁环境进行谱估计，形成幅度谱向量，所述幅度谱向量包含了星上设备通信接收频段的电磁环境信息，向地面设备发送幅度谱向量；地面设备利用所述幅度谱向量调制上行信号。如图1所示，所述星上设备包括：电磁环境幅度谱估计模块13、变换域通信解调接收模块12、卫星接收天线11、导频信息组合成帧模块14、调制发送模块15、和卫星发送天线16；所述卫星接收天线11接收电磁环境信号和地面上行信号；所述电磁环境幅度谱估计模块13根据电磁环境信号形成幅度谱向量，并发送到变换域通信解调接收模块12和导频信息组合成帧模块14；导频信息组合成帧模块14将所述幅度谱向量和需要发送的其它导频内容组合形成导频帧，并将所述导频帧发送至调制发送模块15，调制发送模块对导频帧进行常规时域调制后形成卫星发送信号，并通过卫星发送天线16发送。电磁环境幅度谱估计模块仅对卫星天线通信频段的电磁环境进行谱估计，形成幅度谱向量；本实施例中，所述谱估计采用FFT频域谱估计方法，在其它实施例中还可以采用基于其它变化域的谱估计方法。谱估计方法已为本领域技术人员所熟知，在此不再详述。所述卫星设备配置有卫星下行导频信道，采用常规时域通信方式实时播发导频信息，实时向地面设备更新卫星接收信道的幅度谱向量信息及其他导频信息；地面完成导频信道的接收，导频信息的实时恢复和提取。继续参考图1，所述地面设备包括：地面发送天线21、导频信息恢复和提取模块23、变换域通信调制发送模块22、解调接收模块24、地面接收天线25；所述地面接收天线25接收卫星发送信号，解调接收模块24对卫星发送信号进行解调，获取导频帧；所述导频信息恢复和提取模块23从所述导频帧中提取幅度谱向量，变换域通信调制发送模块22接收幅度谱向量和待发送的上行信息，采用幅度谱向量对待发送的上行信息调制后形成地面发送信号，所述调制采用变换域通信调制，并由地面发送天线21发送。卫星接收天线11接收到所述地面发送信号后，发送到变换域通信解调接收模块12，变换域通信解调接收模块12根据获取的幅度谱向量对所述地面发送信号进行解调，恢复所述待发送的上行信号。在本专利技术的优选实施例中，所述变换域通信解调发送模块还包括频率补偿子模块，所述频率补偿子模块采用多普勒预补偿技术对地面上行发送载波频率进行补偿。具体实施方法上可以采用基于卫星下行导频的多普勒跟踪反向补偿技术、基于卫星星历和地面设备位置多普勒预测等成熟技术实现上行载波频率的预补偿。本专利技术还提供适合于低轨卫星收发协同的变换域通信方法，所述方法采用本专利技术实施例提供的适合于低轨卫星收发协同的变换域通信系统。综上，本专利技术所提供的技术方案对卫星接收天线通信频段的电磁环境进行谱估计，实时生成幅度谱向量，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合于低轨卫星收发协同的变换域通信系统，其特征在于，包括：星上设备和地面设备；所述星上设备对电磁环境进行谱估计，形成幅度谱向量，向地面设备发送所述幅度谱向量；地面设备利用所述幅度谱向量调制上行信号。

【技术特征摘要】
1.一种适合于低轨卫星收发协同的变换域通信系统，其特征在于，包括：星上设备和地面设备；所述星上设备对电磁环境进行谱估计，形成幅度谱向量，向地面设备发送所述幅度谱向量；地面设备利用所述幅度谱向量调制上行信号。2.依据权利要求1所述的适合于低轨卫星收发协同的变换域通信系统，其特征在于，所述星上设备包括：电磁环境幅度谱估计模块、变换域通信解调接收模块；所述电磁环境幅度谱估计模块根据电磁环境信号形成幅度谱向量，变换域通信解调接收模块接收地面上行信号对地面上行信号进行解调。3.依据权利要求2所述的适合于低轨卫星收发...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜泉江，梁广，刘会杰，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：上海,31