基于卫星透明转发模式的分布式相干终端簇通信方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于卫星透明转发模式的分布式相干终端簇通信方法及系统，其中，该方法包括：100，发射组网络节点以主从架构的方式完成载波同步；200，所述发射组网络的节点利用波束成型协议完成波束成型；300，所述发射组网络的节点利用网络成型协议完成星地分布式的网络规划；400，所述发射组网络以分布式相干通信方式向透明卫星发送数据；500，所述透明卫星对接收到的数据进行透明转发与变频，并传输至接收组网络；600，利用所述接收组网络以分布式相干通信方式对转发来的数据进行接收、分发和解调恢复。本发明专利技术采用透明卫星转发模式，有效实现分布式相干终端簇间的卫星通信。实现分布式相干终端簇间的卫星通信。实现分布式相干终端簇间的卫星通信。

【技术实现步骤摘要】
基于卫星透明转发模式的分布式相干终端簇通信方法及系统


[0001]本专利技术涉及卫星通信与分布式相干通信
，尤其涉及一种基于卫星透明转发模式的分布式相干终端簇通信方法及系统。

技术介绍

[0002]2020年6月5日，DARPA启动弹性组网分布式马赛克通信(RN DMC)项目，计划开发由空间分布的小型收发单元组成的马赛克天线，来实现远距离通信，以便替代大功率放大器和大型定向天线。
[0003]分布式相干通信使无线电网络能够通过协同公共消息的传输来扩展其通信范围。这样，在传播之后，信号同时并同相地到达预期的接收节点。接收功率是总发射功率和总天线阵列增益的乘积，两者都随着发射节点的数量线性增长，导致到达通信目的节点的功率呈二次增长。然而，为了进行“分布式发射波束成型”，所有发射源节点必须就公共消息达成一致，需要“同时”发射、同步它们的载波频率，并控制它们的载波相位。所以，实现分布式相干通信的主要挑战包括时间同步、协同信息共享、以及最关键的分布式载波同步。
[0004]另一方面，透明转发式卫星通信是当前主流的卫星通信方式，而在卫星通信领域，将分布式相干通信与透明转发卫星模式相结合的研究较少。因此，需要研究一种基于透明转发模式的卫星通信场景下，各终端采用分布式相干通信系统的架构与方法，确定在该场景下的通信流程、同步策略以及波束成型协议等，减小信令开销，以获得此种通信系统的可实现性。

技术实现思路

[0005]为解决上述现有技术存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于卫星透明转发模式的分布式相干终端簇通信方法及系统，实现分布式相干终端簇间的卫星通信。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种基于卫星透明转发模式的分布式相干终端簇通信方法，包括：
[0008]100，发射组网络的节点以主从架构的方式完成载波同步；
[0009]200，所述发射组网络的节点利用波束成型协议完成波束成型；
[0010]300，所述发射组网络的节点利用网络成型协议完成星地分布式的网络规划；
[0011]400，所述发射组网络以分布式相干通信方式向透明卫星发送数据；
[0012]500，所述透明卫星对接收到的数据进行透明转发与变频，并传输至接收组网络；
[0013]600，所述接收组网络以分布式相干通信方式对转发来的数据进行接收、分发和解调恢复。
[0014]根据本专利技术的一个方面，所述发射组网络是由初始化任一需要进行分布式相干通信、作为主节点的小型卫星通信终端，及其周围距离相近、作为从节点的小型卫星通信终端组成的发射终端簇；
[0015]所述接收组网络是与所述发射组网络位置不同的距离相近的小型卫星通信终端组成的接收终端簇。
[0016]根据本专利技术的一个方面，所述步骤100中，发射组网络的节点以主从架构的方式采用开环同步方法完成载波同步，所述载波同步包括载波的频率同步和相位同步。
[0017]根据本专利技术的一个方面，所述步骤100包括：
[0018]101，各从节点随机调整其载波相位；
[0019]102，主节点作为分布式波束成型器同时向各从节点广播正弦信号；
[0020]103，各从节点估计接收到的信号的信噪比并估计、校正该信号的频率偏移；
[0021]104，各从节点向主节点广播一位反馈，指示其信噪比是否比主节点调整其相位之前的更好或更差，如果更好，则所有从节点保持最新的相位调整，否则所有从节点都撤销最新的相位调整，继续迭代执行所述步骤101～104，以达到所需的相位收敛程度。
[0022]根据本专利技术的一个方面，所述主节点和从节点之间采用时分双工通信协议。
[0023]根据本专利技术的一个方面，为能成功进行所述步骤200，在所述步骤200之前，还包括：所述发射组网络的每个节点估计各自对所述透明卫星的信道响应。
[0024]根据本专利技术的一个方面，所述发射组网络的每个节点估计各自对所述透明卫星的信道响应，包括：
[0025]主节点在所述发射组网络内广播数据，实现所述发射组网络内的数据交换；
[0026]由于所有发射节点已经同步，每个发射源节点可以使用其频率和相位同步的本振独立估计其自身到目的地的复信道增益。所述发射组网络的每个节点发送导频信号，对所述透明卫星的所有信道在所述接收组网络的接收节点上进行估计；
[0027]信道状态信息被反馈回所述发射组网络的节点。
[0028]第二方面，本专利技术还提供一种利用上述基于卫星透明转发模式的分布式相干终端簇通信方法实现的分布式相干终端簇通信系统，包括：
[0029]发射组网络，用于完成所述发射组网络内节点的载波同步、波束成型和网络规划，以分布式相干通信方式向透明卫星发送数据；
[0030]所述透明卫星，用于对接收到的数据进行透明转发与变频，并传输至接收组网络；
[0031]所述接收组网络，用于以分布式相干通信方式对转发来的数据进行接收、分发和解调恢复。
[0032]根据本专利技术的另一个方面，发射组网络是由初始化任一需要进行分布式相干通信、作为主节点的小型卫星通信终端，及其周围距离相近、作为从节点的小型卫星通信终端组成的发射终端簇。
[0033]根据本专利技术的另一个方面，所述接收组网络是与所述发射组网络位置不同的距离相近的小型卫星通信终端组成的接收终端簇。
[0034]有益效果：
[0035]根据本专利技术的方案，可以实现多个距离相近的小型卫星通信终端组成作为发射组网络的发射终端簇，并采用透明卫星转发模式，与位于卫星波束覆盖下的另一位置处的多个距离相近的小型卫星通信终端组成作为接收组网络的接收终端簇进行通信。本专利技术有效提供了分布式相干通信在卫星通信场景下的一种应用模式。
[0036]根据本专利技术的一个方案，利用主从架构的开环同步方法实现发射终端簇间的载波
同步，最大程度地避免了闭环载波同步系统需往返星地多次才能达到同步的巨大开销问题，满足了卫星透明转发模式下的通信系统对同步开销的基本要求。
[0037]根据本专利技术的一个方案，可以根据卫星通信终端的业务需求，在传输多个数据流及多个接收节点存在的情况下，采用波束成型协议和网络成型协议对载波同步后的发射终端簇进行波束成型、网络规划和分布式相干通信，从而实现分布式相干终端簇间的卫星通信。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1示意性表示本专利技术实施例公开的卫星透明转发通信模式下的“马赛克”通信应用模式示意图；
[0040]图2示意性表示本专利技术实施例公开的一种基于卫星透明转发模式的分布式相干终端簇通信系统的网本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星透明转发模式的分布式相干终端簇通信方法，包括：100，发射组网络的节点以主从架构的方式完成载波同步；200，所述发射组网络的节点利用波束成型协议完成波束成型；300，所述发射组网络的节点利用网络成型协议完成星地分布式的网络规划；400，利用所述发射组网络以分布式相干通信方式向透明卫星发送数据；500，利用所述透明卫星对接收到的数据进行透明转发与变频，并传输至接收组网络；600，利用所述接收组网络以分布式相干通信方式对转发来的数据进行接收、分发和解调恢复。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射组网络是由初始化任一需要进行分布式相干通信、作为主节点的小型卫星通信终端，及其周围距离相近、作为从节点的小型卫星通信终端组成的发射终端簇；所述接收组网络是与所述发射组网络位置不同的距离相近的小型卫星通信终端组成的接收终端簇。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤100中，发射组网络的节点以主从架构的方式采用开环同步方法完成载波同步，所述载波同步包括载波的频率同步和相位同步。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤100包括：101，各从节点随机调整其载波相位；102，主节点作为分布式波束成型器同时向各从节点广播正弦信号；103，各从节点估计接收到的信号的信噪比并估计、校正该信号的频率偏移；104，各从节点向主节点广播一位反馈，指示其信噪比是否比主节点调整其相位之前的更好或更差，如果更好，则所有从节点保持最新的相位调整，否则所有从节点都撤销最新的相位调整，继续迭代执行所述步骤101...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓啸，文霄杰，杨博，王占伟，张翀，赵毅寰，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：