一种激光卫星中继通信方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于卫星中继通信技术领域，具体为一种激光卫星中继通信方法与装置。本发明专利技术采用交织分多址(Interleave Division Multiple Access，IDMA)技术解决卫星—用户链路的载波复用，成对载波多址(Paired Carrier Multiple Access，PCMA)技术解决卫星—信关站链路的载波复用。利用光子计数对光信号进行探测，再通过PCMA的参数估计和基本信号检测器(ESE)—译码器(DEC)模块的迭代检测获得信息序列。本发明专利技术可以探测极微弱光信号并有效提高频带利用率，可应用于卫星中继通信系统中。

A method and device of laser satellite relay communication

The invention belongs to the technical field of satellite relay communication, in particular to a laser satellite relay communication method and device. The invention adopts interleave division multiple access (IDMA) technology to solve carrier multiplexing of satellite user link, and pair carrier multiple access (PCMA) technology to solve carrier multiplexing of satellite gateway link. The optical signal is detected by photon counting, and the information sequence is obtained by parameter estimation of PCMA and iterative detection of basic signal detector (ESE) - decoder (DEC) module. The invention can detect the extremely weak light signal and effectively improve the frequency band utilization rate, and can be applied to the satellite relay communication system.

【技术实现步骤摘要】
一种激光卫星中继通信方法与装置
本专利技术属于卫星通信
，具体涉及一种基于激光卫星中继通信方法与装置。
技术介绍
近年来，卫星通信因其不受地形影响、通信距离远、通信容量大、经济效益高、便于抗震救灾等优点受到人们的广泛关注。然而留给卫星通信的频谱资源并不充裕，如何有效的提高频带利用率成为一个亟待解决的问题。传统的卫星通信多址接入方式包括时分多址、码分多址以及空分多址等，但频带利用率及系统容量仍然较低。正交多址接入方式在同一时间同一频段下只能发送一个用户信息，而非正交多址接入方式则可以实现多用户的叠加，同时若能将上下行信号的载波进行复用，则可以大大提高卫星通信的频带利用率。光子计数，是一种基于直接探测量子限理论的极微弱光脉冲检测技术。现代光子计数技术具有信噪比高、抗漂移性好、时间稳定性好、便于计算机进行分析处理等优点。图1为光子计数器内部结构，它利用光电倍增管的单光子检测技术，通过对电子计数器鉴别并测量单位时间内的光子数，从而检测离散微弱光脉冲信号功率。交织分多址(InterleaveDivisionMultipleAccess，IDMA)，是一种被广泛使用的非正交多址技术。在IDMA系统中所有用户都在同一信道中，不同的用户仅用对应的交织器区分，其系统性能、迭代解调次数均与用户数无关，具有良好的多用户性能。成对载波多址(PairedCarrierMultipleAccess，PCMA)技术，通信双方采用同一载波，接收信号为对方发送信号与己方发送信号经信道发生参数变化的叠加。而己方发送信号为已知，只需对接收信号中己方发送分量进行参数估计与重构抵消，就能得到对方发送信号，其关键在于自干扰分量的参数估计，图2为对称PCMA系统。一般的卫星移动通信系统都会采用地面信关站作为通信基站，进行“用户—卫星—信关站—卫星—用户”的双跳传输，如图3。这种系统中卫星只需提供中继功能，无需搭载调制器、解调器、存储器等信号处理单元，减轻了卫星的重量，节省了发射成本，同时也大大降低了基站在地面的维护难度。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术提供了一种激光卫星中继通信方法与装置。本系统有着优良的系统性能，在提高频谱利用率的同时，对系统的误码性能影响较小，且具有良好的多用户性能。为了实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案。一种激光卫星中继通信装置，包括：卫星—用户链路和卫星—信关站链路；所述的卫星—用户链路采用IDMA系统，所述的卫星—信关站链路采用PCMA系统；所述的卫星—用户链路包括用户上下行链路，用户上行链路包括N个子链路，每个子链路的用户端编码后的信息码元经扩频降低码率后通过交织器形成预发送的信息序列，预发送的信息序列插入导频D独特字，通过激光器后发送激光卫星；用户下行链路包括光子计数器，传输信号经卫星与信关站的双跳传输后发送用户端信号至光子计数器，再经过剥离导频U后，进行ESE-DEC迭代接收模块迭代检测完成译码；然后发送处理后译码至每个子链路的用户端；所述的卫星—信关站链路包括信关站上下行链路，信关站下行链路包括光子计数器，激光卫星发送用户端信号至光子计数器，然后经过剥离导频D后发送至信关站；信关站上行链路包括激光器，信关站处理完成信关业务后，插入导频U后经过激光器发送激光卫星。作为本专利技术的进一步改进，所述的ESE-DEC迭代接收模块包括一个基本信号检测器和N个并行的译码器；所述的基本信号检测器根据译码器反馈的先验信息进行先验概率检测，译码器根据基本信号检测器输出的信息解交织后作为第k个译码器输入端的外信息，进行后验概率译码，交织后反馈给基本信号检测器进行迭代检测。作为本专利技术的进一步改进，所述的导频U与导频D相互正交；信关站收到的信号Sr为各用户端发给信关站的信号STD和经过链路延迟、参数变化的信关站发送信号STU'的叠加。作为本专利技术的进一步改进，信关站收到的信号是先经过剥离导频D后进行本地分量抵消后发送至信关站；其中本地分量抵消是利用所得参数和本地存储器中的发送数据重构出接收信号中的本地信号分量，进而将其抵消后得到各用户发给信关站的各项数据。作为本专利技术的进一步改进，N个子链路的每个用户端插入的导频独特字相同；每个用户端通过不相同的交织器形成预发送的信息序列。一种激光卫星中继通信方法，包括以下步骤：每个子链路的用户端编码后的信息码元经扩频降低码率后通过交织形成预发送的信息序列，预发送的信息序列插入导频D独特字，通过激光器后发送激光卫星；激光卫星发送用户端信号至光子计数器，然后经过剥离导频D后发送至信关站；信关站上行链路包括激光器，信关站处理完成信关业务后，插入导频U后经过激光器发送激光卫星；传输信号经卫星与信关站的双跳传输后发送用户端信号至光子计数器，再经过剥离导频U后，进行ESE-DEC迭代检测完成译码；然后发送处理后译码至每个子链路的用户端。作为本专利技术的进一步改进，所述的ESE-DEC迭代检测是基本信号检测器根据译码器反馈的先验信息进行先验概率检测，译码器根据基本信号检测器输出的信息解交织后作为第k个译码器输入端的外信息，进行后验概率译码，交织后反馈给基本信号检测器进行迭代检测。作为本专利技术的进一步改进，所述的导频U与导频D相互正交；信关站收到的信号Sr为各用户端发给信关站的信号STD和经过链路延迟、参数变化的信关站发送信号STU'的叠加。作为本专利技术的进一步改进，ESE-DEC迭代接收算法如下：ESE在第t次迭代输出外信息如下式，初次迭代时默认eDEC[xk(j)|0]＝0；DEC根据ESE的输出外信息，进行后验概率译码，同时产生对应的后验概率对数似然比：将此对数似然比作为DEC的输出外信息反馈给ESE进行迭代接收；在进行迭代后，译码器进行硬判决，得到接收信息序列d^。作为本专利技术的进一步改进，各用户端插入的导频独特字D与信关站插入的导频独特字U相互正交，所以STD和STU'的导频相互正交；对叠加信号Sr的导频以独特字长为单位与导频独特字U进行相关运算；其相关度函数：其中L为独特字长，sr(t)为t时刻的叠加信号Sr向前截取L长度的信息序列；sr,i(t)和ui分别sr(t)和U中的第i个信息位；当sr(t)中包含U分量时，R(t)可取得极大值，即出现相关峰；在系统运行初期，利用相关峰位置校准STD和STU'，使其导频部分对齐；在系统运行过程中，利用相关峰保持STD和STU'对齐。此时叠加信号的导频独特字部分应为W＝αU+βD(6)其中α为导频终点时刻信关站发送信号的变化系数，β为导频终点时刻用户发送信号的变化系数；导频终点时刻为：用W和U进行相关计算，其相关值为：ρ(W,U)＝ρ(αU,U)+ρ(βD,U)＝α+β·ρ(D,U)(8)又因为D和U相互正交，即：ρ(D,U)＝0(9)所以ρ(W,U)＝α(10)又因为在导频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光卫星中继通信装置，其特征在于，包括：卫星—用户链路和卫星—信关站链路；所述的卫星—用户链路采用IDMA系统，所述的卫星—信关站链路采用PCMA系统；/n所述的卫星—用户链路包括用户上下行链路，用户上行链路包括N个子链路，每个子链路的用户端编码后的信息码元经扩频降低码率后通过交织器形成预发送的信息序列，预发送的信息序列插入导频D独特字，通过激光器后发送激光卫星；/n用户下行链路包括光子计数器，传输信号经卫星与信关站的双跳传输后发送用户端信号至光子计数器，再经过剥离导频U后，进行ESE-DEC迭代接收模块迭代检测完成译码；然后发送处理后译码至每个子链路的用户端；/n所述的卫星—信关站链路包括信关站上下行链路，信关站下行链路包括光子计数器，激光卫星发送用户端信号至光子计数器，然后经过剥离导频D后发送至信关站；信关站上行链路包括激光器，信关站处理完成信关业务后，插入导频U后经过激光器发送激光卫星。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光卫星中继通信装置，其特征在于，包括：卫星—用户链路和卫星—信关站链路；所述的卫星—用户链路采用IDMA系统，所述的卫星—信关站链路采用PCMA系统；
所述的卫星—用户链路包括用户上下行链路，用户上行链路包括N个子链路，每个子链路的用户端编码后的信息码元经扩频降低码率后通过交织器形成预发送的信息序列，预发送的信息序列插入导频D独特字，通过激光器后发送激光卫星；
用户下行链路包括光子计数器，传输信号经卫星与信关站的双跳传输后发送用户端信号至光子计数器，再经过剥离导频U后，进行ESE-DEC迭代接收模块迭代检测完成译码；然后发送处理后译码至每个子链路的用户端；
所述的卫星—信关站链路包括信关站上下行链路，信关站下行链路包括光子计数器，激光卫星发送用户端信号至光子计数器，然后经过剥离导频D后发送至信关站；信关站上行链路包括激光器，信关站处理完成信关业务后，插入导频U后经过激光器发送激光卫星。


2.根据权利要求1所述的激光卫星中继通信装置，其特征在于，所述的ESE-DEC迭代接收模块包括一个基本信号检测器和N个并行的译码器；所述的基本信号检测器根据译码器反馈的先验信息进行先验概率检测，译码器根据基本信号检测器输出的信息解交织后作为第k个译码器输入端的外信息，进行后验概率译码，交织后反馈给基本信号检测器进行迭代检测。


3.根据权利要求1所述的激光卫星中继通信装置，其特征在于，所述的导频U与导频D相互正交；信关站收到的信号Sr为各用户端发给信关站的信号STD和经过链路延迟、参数变化的信关站发送信号STU'的叠加。


4.根据权利要求1所述的激光卫星中继通信装置，其特征在于，信关站收到的信号是先经过剥离导频D后进行本地分量抵消后发送至信关站；其中本地分量抵消是利用所得参数和本地存储器中的发送数据重构出接收信号中的本地信号分量，进而将其抵消后得到各用户发给信关站的各项数据。


5.根据权利要求1所述的激光卫星中继通信装置，其特征在于，N个子链路的每个用户端插入的导频独特字相同；每个用户端通过不相同的交织器形成预发送的信息序列。


6.一种激光卫星中继通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
每个子链路的用户端编码后的信息码元经扩频降低码率后通过交织形成预发送的信息序列，预发送的信息序列插入导频D独特字，通过激光器后发送激光卫星；
激光卫星发送用户端信号至光子计数器，然后经过剥离导频D后发送至信关站；
信关站上行链路包括激光器，信关站处理完成信关业务后，插入导频U后经过激光器发送激光卫星；
传输信号经卫星与信关站的双跳传输后发送用户端信号至光子计数器，再经过剥离导频U后，进行ES...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜培，
申请(专利权)人：中科芯苏州微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32