基于单路单载波时分多址的卫星通信系统的工作方法技术方案

一种基于单路单载波时分多址的卫星通信系统的工作方法，操作步骤如下：（１）卫星通信网络初始建立时，所有地面基站竞争临时中心基站；临时中心基站则用点名方式获取网络各地面基站信息，进行点名时，各地面基站用竞争方式完成点名响应；（２）临时中心基站根据网络中所有地面基站信息，选举当前网络的最优中心基站；（３）临时中心基站将控制权转交给中心基站，同时一并转交各地面基站的信息；（４）中心基站管理整个卫星网络的时空链路资源，控制网络正常运行：中心基站先分配ＴＤＭＡ帧时隙，且每隔设定时间，它与普通地面基站都执行各自的保活控制，中心基站还要执行包括数据时隙的分配、新地面基站的加入和地面基站的离开的各项控制操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于单路单载波时分多址的卫星通信系统的工作方法，属于卫星通信

技术介绍
地面移动通信网是目前广泛使用的移动通信网络，但是，在发生国家军事行为或突发地震或其它公共类灾害的情况下，如果地震等灾害造成地面设施被严重毁坏，或者在网络无法覆盖的边远地区，都会造成严重的通信障碍，无法实现其通信能力。卫星通信网络以其能够不受各种自然灾害的影响，可以进行全天候、全天时通信的优势而得到了广泛的应用。VSAT(Very Small Aperture Terminal)是中国应用最广泛的一种卫星通信。VSAT是甚小口径卫星通信终端，通常是指终端天线口径在1.2～2.8米的卫星通信地球站，也称为卫星小数据站(小站)或个人地球站(PES)。VSAT的星形组网方式是由一个主站(通常是位于中心城市的枢纽站)和若干个VSAT小站(远端用户终端站)组成，网络内所有小站都与主站建立直接通信链路，可直接通过卫星(小站-卫星-主站)沟通联络。但是，各个小站之间不能直接通信，必须经过主站转接，按照“小站-卫星-主站-卫星-小站”方式构成通信链路。因此，各个小站之间的通信链路要两次通过卫星，经过““双跳”才能连通，所以传输时延比较长。另外，VSAT中的主站在卫星组网时就已经确定，一般选取位于中心城市的枢纽站。但是，当有优先级更高的小站进入该卫星网络时，此时的主站并不是最优的，且当主站失效时，该卫星通信网络极可能崩溃。所以，如何对VSAT卫星通信系统的工作方法进行改进，就成为业内科技人员关注的焦点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于单路单载波时分多址的卫星通信系统的工作方法，本专利技术是在卫星通信网的星型网结构基础上，采用低成本的单载波方式实现了自组织的卫星通信功能。该方法较好地解决了现有技术的缺陷，具有“单跳”通信、自组织组网和低成本通信等优点。为了达到上述专利技术目的，本专利技术提供了一种基于单路单载波时分多址的卫星通信系统的工作方法，实施该方法的卫星通信系统设有：同步卫星、多个地面基站以及卫星与各个地面基站之间的星地链路，并采用自组织网络的“单跳”通信方式；其特征在于，所述方法包括下述操作步骤：(1)卫星通信网络初始建立时，网络中的所有地面基站竞争临时中心基站；然后，临时中心基站用点名方式获取网络内所有地面基站信息：临时中心基站发出点名请求，各个地面基站接收到点名请求后，通过竞争方式完成点名响应；(2)临时中心基站根据收集到的该网络中所有地面基站信息，执行中心基站选举-->算法，选举出当前网络中的最优中心基站；(3)临时中心基站将控制权转交给中心基站，即将其收集到的所有地面基站信息都通知中心基站；此时，除去中心基站的其他地面基站都被称为普通地面基站；(4)中心基站调度和管理整个卫星网络的时空链路资源，控制网络正常运行：中心基站先执行包括控制时隙和数据时隙的TDMA帧时隙分配操作，然后，每隔设定时间，中心基站与普通地面基站都执行各自基站的保活控制操作，中心基站还要执行包括数据时隙的分配、新地面基站的加入和地面基站的离开的各项控制操作。本专利技术方法具有下述优点：(1)“单跳”通信：与VSAT的小站之间通过“双跳”的通信方法不同，本专利技术采用单路单载波的时分多址方式，允许任意两个上星基站在它们各自的时隙内直接通过卫星进行通信，由此实现了“单跳”通信方法。(2)自组织组网：与VSAT中始终使用固定的主站方式不同，本专利技术卫星通信的工作方法无论是在网络初始建立阶段，还是网络正常运行阶段有新的基站加入时，始终都是自组织地选举最优上星地面基站成为中心基站，即主站；并且当主站失效时，又重新进行自组织的主站选举，保证通讯畅通。(3)低成本通信：本专利技术采用单路单载波的时分多址方式，使得卫星通信过程中始终只用一个载波，每个上星地面基站都是在自己的时隙内使用该唯一的载波传输信息；因此，在卫星信道资源有限的情况下，申请一路载波的费用就相对较低，由此实现了低成本的卫星通信。本专利技术是基于单路单载波时分多址的实现自组织卫星通信的工作方法，其技术创新之处是：使用时分多址方式采用低成本的单载波完成卫星通信过程，所有上星地面基站在各自的时隙内使用一个载波即可完成通信，既避免了通信冲突又降低了通信成本；另一创新之处是，始终选取最优的上星地面基站成为中心基站，当有新的基站加入或者中心基站失效时，都会重新选举中心基站，以此保证卫星通信网始终在最优中心基站的控制下有条不紊的工作。本专利技术方法的构思新颖、简单、实用，可同时提高频带的利用率和实现可靠通信，该卫星通信的工作方法可拓展用于所有需要通过卫星实现通信的场合。其主要特点是：有效控制地面基站的加入与退出，具有自组织特性；通过地面基站和卫星的通信，可实现跨地区的通信保证，具有天地一体化结构；采用单路单载波时分多址的共享信道方式，频带实现了高效利用；另外，操作步骤简单，易于网络扩展。因此本专利技术与其他卫星通信网相比较，具有很多优势，且实现成本低廉，具有较好的推广应用前景。附图说明图1是本专利技术单路单载波时分多址的自组织卫星通信网络架构示意图。图2是本专利技术工作方法的总体流程图。图3是所有地面基站竞争临时中心基站的基本流程图。图4是临时中心基站点名的基本流程图。图5是最优中心基站选举的基本流程图。图6是中心基站的TDMA帧时隙分配示意图。-->图7是TDMA帧中控制时隙分配示意图。图8是中心基站保活的基本流程图。图9是普通地面基站保活的基本流程图。图10是中心基站数据时隙分配方法示意图。图11是新基站加入的基本流程图。图12是基站离开的基本流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细描述。参见图1和图2，介绍本专利技术方法所基于的卫星通信网结构组成及其工作方法的总体流程。本专利技术方法的实现基于如下网络架构：同步卫星、多个地面基站以及卫星与各个地面基站之间的星地链路。本专利技术基于单路单载波时分多址的实现自组织的卫星通信的工作方法可分为下述四个操作步骤：步骤1、卫星通信网络初始建立时，网络中的所有地面基站竞争临时中心基站；然后，临时中心基站用点名方式获取网络内所有地面基站信息：临时中心基站发出点名请求，各个地面基站接收到点名请求后，通过竞争方式完成点名响应。步骤2、临时中心基站根据收集到的该网络中所有地面基站信息，执行中心基站选举算法，选举出当前网络中的最优中心基站。步骤3、临时中心基站将控制权转交给中心基站，即将其收集到的所有地面基站信息都通知中心基站；此时，除去中心基站的其他地面基站都被称为普通地面基站。步骤4、中心基站调度和管理整个卫星网络的时空链路资源，控制网络正常运行：中心基站先执行包括控制时隙和数据时隙的TDMA帧时隙分配操作，然后，每隔设定时间，中心基站与普通地面基站都执行各自基站的保活控制操作，中心基站还要执行包括数据时隙的分配、新地面基站的加入和地面基站的离开的各项控制操作。下面再对上述四个步骤分别进行详细描述。参见图3～图4，描述本专利技术方法的步骤1，即所有地面基站竞争临时中心基站和临时中心基站点名的基本流程。该步骤1包括下述具体操作内容：(11)网络初始建立时，每个地面基站发送竞争临时中心基站消息；(12)根据载波检测多路访问CSMA与冲突检测C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单路单载波时分多址的卫星通信系统的工作方法，实施该方法的卫星通信系统设有：同步卫星、多个地面基站以及卫星与各个地面基站之间的星地链路，并采用自组织网络的“单跳”通信方式；其特征在于，所述方法包括下述操作步骤：（１）卫星通信网络初始建立时，网络中的所有地面基站竞争临时中心基站；然后，临时中心基站用点名方式获取网络内所有地面基站信息：临时中心基站发出点名请求，各个地面基站接收到点名请求后，通过竞争方式完成点名响应；（２）临时中心基站根据收集到的该网络中所有地面基站信息，执行中心基站选举算法，选举出当前网络中的最优中心基站；（３）临时中心基站将控制权转交给中心基站，即将其收集到的所有地面基站信息都通知中心基站；此时，除去中心基站的其他地面基站都被称为普通地面基站；（４）中心基站调度和管理整个卫星网络的时空链路资源，控制网络正常运行：中心基站先执行包括控制时隙和数据时隙的ＴＤＭＡ帧时隙分配操作，然后，每隔设定时间，中心基站与普通地面基站都执行各自基站的保活控制操作，中心基站还要执行包括数据时隙的分配、新地面基站的加入和地面基站的离开的各项控制操作。

【技术特征摘要】
1.一种基于单路单载波时分多址的卫星通信系统的工作方法，实施该方法的卫星通信系统设有：同步卫星、多个地面基站以及卫星与各个地面基站之间的星地链路，并采用自组织网络的“单跳”通信方式；其特征在于，所述方法包括下述操作步骤：(1)卫星通信网络初始建立时，网络中的所有地面基站竞争临时中心基站；然后，临时中心基站用点名方式获取网络内所有地面基站信息：临时中心基站发出点名请求，各个地面基站接收到点名请求后，通过竞争方式完成点名响应；(2)临时中心基站根据收集到的该网络中所有地面基站信息，执行中心基站选举算法，选举出当前网络中的最优中心基站；(3)临时中心基站将控制权转交给中心基站，即将其收集到的所有地面基站信息都通知中心基站；此时，除去中心基站的其他地面基站都被称为普通地面基站；(4)中心基站调度和管理整个卫星网络的时空链路资源，控制网络正常运行：中心基站先执行包括控制时隙和数据时隙的TDMA帧时隙分配操作，然后，每隔设定时间，中心基站与普通地面基站都执行各自基站的保活控制操作，中心基站还要执行包括数据时隙的分配、新地面基站的加入和地面基站的离开的各项控制操作。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)进一步包括下列操作内容：(11)网络初始建立时，每个地面基站发送竞争临时中心基站消息；(12)根据载波检测多路访问CSMA与冲突检测CD协议执行竞争流程操作：在每个地面基站的监听和退避过程中，如果某个地面基站接收到另一个地面基站的载波，且在此后该信道的最大单程端到端传输时延τ的时长内没有检测到碰撞，则认为临时中心基站已经产生，该某个地面基站就不再发送载波并退出竞争；如果某个地面基站在发送载波后的2τ时长内，没有检测到碰撞，则认为该地面基站自身发送的载波已被其他所有地面基站正确接收，则该发送载波的地面基站就成为临时中心基站；此时，除去临时中心基站以外的其他地面基站都被称为普通地面基站；(13)临时中心基站一旦选出，就开始执行点名请求：临时中心基站每隔设定时间广播点名请求消息，该消息经由卫星转发被网络中的所有普通地面基站接收；(14)普通地面基站接收到点名请求消息后，采用CSMA与CD协议返回点名响应消息；(15)临时中心基站成功接收到某个地面基站的点名响应消息后，保存该地面基站信息，然后发送点名确认消息，告知点名结果；此后，该地面基站就不再响应临时中心基站的点名消息；(16)临时中心基站按照上述步骤(13)～(15)继续对其他普通地面基站执行点名请求，如果临时中心基站在发送点名消息后的设定时间内没有检测到卫星信道“忙”，则认为该系统已经没有未被点名的地面基站，结束点名流程。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述设定时间是该卫星通信网内可容纳的最大上星基站数n与信道上最大单程端到端传输时延τ的乘积：n×τ：，其中，τ的经验数值为250ms。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)进一步包括下列操作内容：(21)经过临时中心基站的点名过程，临时中心基站获知网络内所有地面基站的各种信息，包括每个地面基站的优先级和GPS位置；(22)临时中心基站先任意取出两个地面基站信息并比较其优先级，若两个地面基站的优先级不同，则选出优先级较高的地面基站作为该次比较的优胜基站；否则，根据GPS信息，计算所有其他地面基站分别到达该两个基站的距离和，从中选出距离和最小的地面基站作为该次比较的优胜基站；(23)再取出下一个地面基站信息，重复执行上述步骤(22)的比较操作，直至选择出当前网络中的最优中心基站。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)进一步包括下列选择执行的操作内容：(41)中心基站执行TDMA帧时隙的分配操作：为所有地面基站和自己分配控制时隙、竞争时隙和数据时隙，以便以后所有地面基站都在各自的控制时隙内发送控制消息；(42)分配控制时隙后，中心基站每隔设定时间在自己的控制时隙内发送保活消息，以便该中心基站退出或失效时，卫星通信网络的普通地面基站能及时获取该信息；若普通地面基站在设定时间内未收到中心基站的保活消息，则认为中心基站已经离开网络；然后，留存的所有地面基站执行步骤(1)和(2)的竞争临时中心基站、点名和选举最优中心基站的操作，尽快选举新的中心基站来取代失效基站，由新的中心基站维持系统的正常通信；(43)中心基站分配控制时隙后，所有普通地面基站都每隔设定时间分别在各自的控制时隙内发送保活消息，以向其他地面基站告知自己处于工作状态；如果在设定时间内，其他地面基站没有接收到某个普通地面基站的保活消息，就认为该普通地面基站已经离开系统，然后其他地面基站执行资源删除的处理：在下一个帧的开始时间，删除该普通地面基站信息；(44)当普通地面基站之间需要进行数据通信时，先向中心基站请求数据时隙；中心基站接到请求后，采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁东明，白云飞，李娟莉，刘元安，唐碧华，胡鹤飞，谢刚，张洪光，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]