低轨卫星通讯的物理层帧结构、通讯方法及通讯装置制造方法及图纸

本申请公开了一种低轨卫星通讯的物理层帧结构、通讯方法以及通讯装置，属于卫星通讯领域，物理层帧包括同步字、帧头以及若干信息净负荷，根据应用环境不同在信息净负荷之后选择性插入导频；其中，所述帧头的数据长度设置为16bit；所述信息净负荷采用维特比编码或者BCH编码。通过上述方法，在远距离、高动态窄带传输环境下，可以连续接收信号，并且在低轨卫星动态变化比较大的时候仍能正常工作，同时，可支持连续65536字节的连续接收，从而大幅度通信的成功率，保证了窄带突发模式下的信号传输。输。输。

【技术实现步骤摘要】
低轨卫星通讯的物理层帧结构、通讯方法及通讯装置


[0001]本申请属于卫星通讯领域，特别涉及一种低轨卫星通讯的物理层帧结构、通讯方法及通讯装置。

技术介绍

[0002]卫星通信按照轨道来分，主要包括：地球静止轨道（GEO）、中地球轨道（MEO）、低地球轨道（LEO）和倾斜地球同步轨道（IGSO）等，其中LEO轨道小于2000km，可以通过几十到上百颗卫星组网实现全天时全球无缝覆盖，铱星、全球性、星链（StarLink）等卫星均采用LEO轨道。国外已经公布的低轨卫星通信方案中，主要频段主要集中在Ka、Ku和V频段。在应急救援领域，主要使用国内外通信设备作为应急设备，无法做到小型化、低功耗的需求。
[0003]现有技术中最常见的通信体制是semtech公司提出的LoRa体制，在LoRa物理层采用汉明编码、格雷编码，交织等多种技术，大大提高了信号的接收灵敏度。LoRa体制的帧格式包括前导(Preamble),数据包头（Header），有效载荷（Payload）和循环冗余校验（CRC）四部分。但是Payload内容的长度，占了8个bit，因此一包LoRa数据中，后续payload内容最大为255Byte，使一帧中传输数据量最大为255byte，数据量太少；对于高动态场景，由于没有频偏跟踪方法，容易产生误码；采用简单汉明编码，无法降低信号的Eb/N0（通信系统传输一比特信息所需要的能量和噪声功率谱密度的比值，是衡量整个通信系统性能归一化的一个系统指标）。
[0004]因此，需要一种针对低轨卫星的通讯方案，能够解决上述问题。

技术实现思路

[0005]为了解决所述现有技术的不足，本申请提供了一种针对低轨卫星通讯的新的物理层帧结构，适用于低轨卫星通信系统中，解决高动态、低灵敏度的通信需求；在信号帧结构中插入导频段，可定期进行时偏、频偏的校准。通过上述方法，在远距离、高动态窄带传输环境下，可以连续接收信号，并且在低轨卫星动态变化比较大的时候仍能正常工作，同时，可支持连续65536字节的连续接收，从而大幅度通信的成功率，保证了窄带突发模式下的信号传输。
[0006]本申请所要达到的技术效果通过以下方案实现：根据本专利技术的第一方面，提供了一种低轨卫星通讯的物理层帧结构，物理层帧包括同步字、帧头以及若干信息净负荷，根据应用环境不同在信息净负荷之后选择性插入导频；其中，所述帧头的数据长度设置为16bit；所述信息净负荷采用维特比编码或者BCH编码。
[0007]优选地，在低轨卫星通信时，在每个信息净负荷之后均设置有一个所述导频。
[0008]优选地，所述同步字由固定的200个upchirp信号和2个downchirp信号组成。
[0009]优选地，帧头由数据长度、插入导频间隔、playload编码方式和BCH编码组成。
[0010]优选地，所述数据长度设置为16bit，所述插入导频间隔设置为8bit，所述
playload编码方式设置为3bit。
[0011]优选地，所述导频由1个upchirp信号和1个downchirp信号组成。
[0012]根据本专利技术的第二方面，提供了一种低轨卫星通讯方法，通信设备与低轨卫星之间使用上述任一项所述的低轨卫星通讯的物理层帧结构。
[0013]根据本专利技术的第三方面，提供一种低轨卫星通讯装置，包括信号发生器，所述信号发生器用于生成符合上述任一项所述的物理层帧结构的信号。
[0014]本专利技术的一个技术效果在于，在不增加信号的带宽下，使用线性调频方式使信噪比
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20dB的时候仍能正常接收，大幅提高了传输距离；另外采用插入up/down导频的方式实现信号的跟踪，可对抗多普勒变化率300Hz/s；能使地面终端使用更低发射功率实现和低轨卫星的通信服务。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本申请实施例或现有的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本申请一实施例中一种低轨卫星通讯的物理层帧结构示意图。
具体实施方式
[0017]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0018]如图1所示，在本申请一实施例中的低轨卫星通讯的物理层帧结构，物理层帧包括同步字、帧头以及若干信息净负荷（playload），根据应用环境不同在信息净负荷之后选择性插入导频（pilot）；其中，所述帧头的数据长度设置为16bit；所述信息净负荷采用维特比编码或者BCH编码。
[0019]相较于传统的应用于短字节突发通信的LoRa体制，本实施例中在帧头位置将数据长度设置为16bit，这样可以传输65535个byte数据；在帧结构中加入pilot字段，可以用于高动态环境下频偏的跟踪，保证长时间传输时多普勒的有效补偿；相较于LoRa体制使用汉明编码，本实施例中增加playload数据的编码方式，不使用汉明编码，采用性能更好的维特比编码或者BCH编码，提高信号的Eb/N0。Eb/N0 是指通信系统传输一比特信息所需要的能量和噪声功率谱密度的比值，其中Eb：单位比特的能量，单位是焦耳（Joules）；N0：噪声的功率谱密度，单位是瓦特/赫兹（Watts/Hz）；在本实施例中，优选维特比编码，在不增加信号带宽的情况下，提高Eb/N0，有利于提高通信灵敏度，增加传输距离。
[0020]在本申请一实施例中，在地面低动态环境下，可以选择不插入pilot，实现信号的连续接收，又可以节省带宽，在低轨卫星通信的时候，可以根据需要间隔插入pilot数据，大幅度提高了通信的稳定性。
[0021]在本申请一实施例中的同步字由固定的200个upchirp信号和2个downchirp信号组成。200个upchirp用于前期信号的捕获和频偏计算和跟踪，其中200个upchirp一方面可以降低信号的误检概率，同时可以估计出多普勒变化率。2个downchirp信号配合200个upchirp用来计算频偏和定时偏差。
[0022]在本申请一实施例中，帧头由数据长度、插入导频间隔、playload编码方式和BCH编码组成。其中数据长度设置为16bit，可以传输65535 字节数据；插入导频间隔设置为8bit，表示在0～255个symbol内可以自由插入导频，对于频率变化率大的应用场景，可以配置小间隔，这样频率跟踪的频率增加，通过每次频率跟踪，可以校准高动态带来的频率偏差；playload编码方式设置为3bit，可以有8种编码方式，可以根据信号灵敏度的不同，选择不同的编码本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低轨卫星通讯的物理层帧结构，其特征在于，物理层帧包括同步字、帧头以及若干信息净负荷，根据应用环境不同在信息净负荷之后选择性插入导频；其中，所述帧头的数据长度设置为16bit；所述信息净负荷采用维特比编码或者BCH编码。2.根据权利要求1所述的低轨卫星通讯的物理层帧结构，其特征在于，在低轨卫星通信时，在每个信息净负荷之后均设置有一个所述导频。3.根据权利要求1所述的低轨卫星通讯的物理层帧结构，其特征在于，所述同步字由固定的200个upchirp信号和2个downchirp信号组成。4.根据权利要求1所述的低轨卫星通讯的物理层帧结构，其特征在于，帧头由数据长度、插入导频间隔、pla...

【专利技术属性】
技术研发人员：敬军，周长军，隋超，杨辉，曾德忠，
申请(专利权)人：北京太极疆泰科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：