衛(wèi)星與陸地多域協(xié)同通信系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供了一種衛(wèi)星與陸地多域協(xié)同通信系統(tǒng)，涉及無線通信與衛(wèi)星通信技術(shù) 領(lǐng)域，特別涉及利用低軌通信衛(wèi)星與陸地通信系統(tǒng)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)為基站覆蓋率不足的偏 遠(yuǎn)地區(qū)，提供良好，可靠的無線通信和無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，無線通信系統(tǒng)已經(jīng)從3G逐漸向4G 過渡，提升了數(shù)據(jù)傳輸速率。隨著多媒體業(yè)務(wù)，如同視頻、圖像等在網(wǎng)絡(luò)傳輸中的流量不斷 加大，通過WLAN接入網(wǎng)絡(luò)的用戶不斷增多，導(dǎo)致了頻譜資源和用戶需求之間極大地矛盾。
[0003] 目前的陸地通信系統(tǒng)中，多媒體廣播和多播服務(wù)占據(jù)很大的比例，并且有增長的 趨勢。然而目前地球上有大量的地區(qū)，不能被運(yùn)營商的陸地基站所覆蓋，占地球表面絕大多 數(shù)的海洋上幾乎沒有基站覆蓋，無法為緊急的通信（如海上搜救）和數(shù)據(jù)傳輸提供保障。 對于陸地地區(qū)，基站主要密集分布在城市和人口集中的地區(qū)，而對于偏遠(yuǎn)地區(qū)，由于人口稀 少，考慮到鋪設(shè)基站的成本，目前的2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足通信要求。想要 實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋，還要考慮到會受到不同的物理限制，如電源，地形，障礙物，基礎(chǔ)設(shè)施等問 題。因此亟需一種新的通信系統(tǒng)解決這一需求。
[0004] 現(xiàn)有的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，Global-StarTerrestrialLowPowerService(TLPS)提 供了一種比較成熟的，基于衛(wèi)星通信的解決方案。TLPS是一種基于IEEE802. 1系列協(xié)議的 一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，將802. 11的帶寬擴(kuò)展到2. 4GHz，在城市區(qū)域，利用2. 473-2. 495GHz信道來 提供WIFI熱點(diǎn)，與其他無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)信道并不重疊。這樣的做法雖然能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)?效率，卻占用了獨(dú)立的信道帶寬。我們注意到，可用于衛(wèi)星通信的L和S波段資源有限，而 高頻波段Ku和Ka波段被固定分配，因此無法通過TLPS這種服務(wù)系統(tǒng)，同時在城區(qū)和郊區(qū) 提供良好的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)，而且現(xiàn)有的通信系統(tǒng)不能根據(jù)需求動態(tài)優(yōu)化頻譜資源，使 得空閑的頻譜得不到充分利用。
[0005] 可以看到，利用衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面通信系統(tǒng)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)同時為城區(qū)和 郊區(qū)提供良好的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。然而如何有效設(shè)計(jì)一個系統(tǒng)，給衛(wèi)星用戶和陸地用戶提供 QoS保障的服務(wù)，還存在著許多問題：由于衛(wèi)星的覆蓋面積廣，信號水平低，難以在下行鏈 路進(jìn)行動態(tài)的頻譜感知；在陸地網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)共存狀態(tài)下，進(jìn)行資源管理和分配亦是一 個難題；與高仰角的地面系統(tǒng)相比，郊區(qū)用戶利用上行鏈路傳輸由于低仰角，會與城區(qū)網(wǎng) 絡(luò)用戶之間形成干擾。
[0006] 基于以上考慮，本發(fā)明提供了一種新型衛(wèi)星和地面協(xié)同通信系統(tǒng)，利用低軌通信 衛(wèi)星和地面基站之間的協(xié)同感知，通過在下行鏈路進(jìn)行功率控制，并將衛(wèi)星探測和地面先 驗(yàn)融合，消除上行鏈路傳輸時用戶間地干擾，靈活進(jìn)行資源分配，對空、時、頻特性進(jìn)行優(yōu) 化，實(shí)現(xiàn)空地聯(lián)合地多域協(xié)同通信。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種衛(wèi)星-陸地協(xié)同通信系統(tǒng)，針對解決陸地偏遠(yuǎn)地區(qū)、 海洋區(qū)域基站覆蓋率不足，頻譜資源利用效率不高的問題。該系統(tǒng)利用低軌通信衛(wèi)星和陸 地通信系統(tǒng)相結(jié)合的方式，通過建立時空基準(zhǔn)，利用軌道預(yù)測技術(shù)獲取衛(wèi)星運(yùn)動造成的延 遲，在時間同步的基礎(chǔ)上，空間-地面進(jìn)行聯(lián)合處理，達(dá)到干擾消除技的目的。在城區(qū)利用 地面移動通信系統(tǒng)基站提供網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)，同時郊區(qū)用戶和城區(qū)用戶在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的從而 提供可靠的遠(yuǎn)距離通信和任意時間，任意地點(diǎn)的通信方式，以及無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
[0008] 本發(fā)明特征在于是利用低軌通信衛(wèi)星，以下簡稱衛(wèi)星，與陸地基站，以下簡稱基 站，協(xié)同工作來實(shí)現(xiàn)同時為城區(qū)和偏遠(yuǎn)郊區(qū)提供良好的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)的多域協(xié)同通信 系統(tǒng)，包括衛(wèi)星部分，設(shè)在地面的聯(lián)合處理部分以及傳輸速率受限的空天傳輸部分，其中：
[0009] 衛(wèi)星部分至少包括一個衛(wèi)星和至少一個地面接收單元，
[0010] 聯(lián)合處理部分用于消除城區(qū)和偏遠(yuǎn)郊區(qū)信號之間的干擾，從陸地基站收到的信號 中準(zhǔn)確的分理處偏遠(yuǎn)郊區(qū)的衛(wèi)星用戶信號，所述聯(lián)合處理部分包括：至少一個時空基準(zhǔn)模 塊，至少一個延時預(yù)測單元和至少一個干擾消除單元，其中：
[0011] 時空基準(zhǔn)單元，根據(jù)從所述衛(wèi)星經(jīng)地面接收部分所述衛(wèi)星對偏遠(yuǎn)郊區(qū)衛(wèi)星用戶發(fā) 出的和由城區(qū)衛(wèi)星用戶信號發(fā)出的聯(lián)合信號發(fā)出時間戳h，由衛(wèi)星軌道高度帶來的空地傳 輸延遲以及所述基站與聯(lián)合處理部分的傳輸時差，得到從所述衛(wèi)星到達(dá)地面的信號 yl的固 定傳輸時延T(l，并向所述干擾消除單元輸出；
[0012] 延時預(yù)測單元，預(yù)定一個衛(wèi)星軌道預(yù)測模型，根據(jù)輸入的衛(wèi)星軌道高度、軌道位置 以及在軌運(yùn)動速度，由于衛(wèi)星軌道運(yùn)動而給所述偏遠(yuǎn)郊區(qū)帶來的軌道延遲，并向所述干擾 消除單元輸出；
[0013] 干擾消除單元，設(shè)定：
[0014] &時刻，地面基站接受的衛(wèi)星發(fā)出的聯(lián)合通信信號為y(tJ，則
【主權(quán)項(xiàng)】
1.衛(wèi)星與陸地多域協(xié)同通信系統(tǒng)，其特征在于，是利用低軌通信衛(wèi)星，以下簡稱衛(wèi)星， 與陸地基站，以下簡稱基站，協(xié)同工作來實(shí)現(xiàn)同時為城區(qū)和偏遠(yuǎn)郊區(qū)提供良好的無線網(wǎng)絡(luò) 傳輸服務(wù)的多域協(xié)同通信系統(tǒng)，包括衛(wèi)星部分，設(shè)在地面的聯(lián)合處理部分以及傳輸速率受 限的空天傳輸部分，其中： 衛(wèi)星部分至少包括一個衛(wèi)星和至少一個地面接收單元， 聯(lián)合處理部分用于消除城區(qū)和偏遠(yuǎn)郊區(qū)信號之間的干擾，從陸地基站收到的信號中準(zhǔn) 確的分理處偏遠(yuǎn)郊區(qū)的衛(wèi)星用戶信號，所述聯(lián)合處理部分包括：至少一個時空基準(zhǔn)模塊，至 少一個延時預(yù)測單元和至少一個干擾消除單元，其中： 時空基準(zhǔn)單元，根據(jù)從所述衛(wèi)星經(jīng)地面接收部分所述衛(wèi)星對偏遠(yuǎn)郊區(qū)衛(wèi)星用戶發(fā)出的 和由城區(qū)衛(wèi)星用戶信號發(fā)出的聯(lián)合信號發(fā)出時間戳h，由衛(wèi)星軌道高度帶來的空地傳輸延 遲以及所述基站與聯(lián)合處理部分的傳輸時差，得到從所述衛(wèi)星到達(dá)地面的信號7:的固定傳 輸時延T tl，并向所述干擾消除單元輸出； 延時預(yù)測單元，預(yù)定一個衛(wèi)星軌道預(yù)測模型，根據(jù)輸入的衛(wèi)星軌道高度、軌道位置以及 在軌運(yùn)動速度，由于衛(wèi)星軌道運(yùn)動而給所述偏遠(yuǎn)郊區(qū)帶來的軌道延遲，并向所述干擾消除 單元輸出； 干擾消除單元，設(shè)定： h時刻，地面基站接受的衛(wèi)星發(fā)出的聯(lián)合通信信號為y(t D，則 ? J
其中，i表示所述城區(qū)，j表示所述偏遠(yuǎn)郊區(qū)， Hi表示所述基站與衛(wèi)星之間的傳輸信道， 匕表示所述偏遠(yuǎn)郊區(qū)與衛(wèi)星之間的傳遞信道， Ui為所述衛(wèi)星發(fā)送至所述城區(qū)的衛(wèi)星用戶的通信信號， Vi為所述衛(wèi)星發(fā)送至所述偏遠(yuǎn)郊區(qū)衛(wèi)星用戶的通信信號， ? 表示城區(qū)所有衛(wèi)星用戶在&時刻收到的衛(wèi)星通信信號，將^時刻視為 通信過程中，某一次運(yùn)動的起始時刻，下同， Σ 表示偏遠(yuǎn)郊區(qū)所有衛(wèi)星用戶在^時刻收到的衛(wèi)星通信信號， t2時刻，12為衛(wèi)星經(jīng)在軌運(yùn)動后的測量時刻，下同， 所有城區(qū)衛(wèi)星用戶在t2時刻接收到的衛(wèi)星通信信號y piiOT(t2)為，
地面接收到的衛(wèi)星通信信號經(jīng)過延時校正為， y (t2) = y (Τ Δ (t) +T0) 則所述偏遠(yuǎn)郊區(qū)衛(wèi)星用戶得到的衛(wèi)星通信信號為： w(t2) = y(t2) - ypriOT(t2) 每個用戶的信號％可根據(jù)信道信息和調(diào)制方式相應(yīng)獲得； 空天傳輸部分，是一個設(shè)在所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的空天傳輸部分，其傳輸速率有限，所 述衛(wèi)星中的復(fù)合數(shù)據(jù)編碼模塊把二進(jìn)制碼流送往地面接收部分，經(jīng)過解碼后送往所述聯(lián)合 處理單元。
【專利摘要】衛(wèi)星與陸地多域協(xié)同通信系統(tǒng)屬于低軌道通信衛(wèi)星與陸地基站協(xié)同通信技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于由衛(wèi)星和基站協(xié)同通信；衛(wèi)星把從偏遠(yuǎn)郊區(qū)、城區(qū)所有衛(wèi)星用戶發(fā)來的信號聯(lián)合后經(jīng)過地面接收部分發(fā)給地面的聯(lián)合處理部分，其中時空基準(zhǔn)單元根據(jù)聯(lián)合信號的發(fā)出時間戳、軌道高度導(dǎo)致的及基站與聯(lián)合處理部分的傳輸延遲，計(jì)算總傳輸延遲；延遲預(yù)測模塊中的軌道預(yù)測模型根據(jù)在軌高度信息、運(yùn)動速度輸出軌道運(yùn)動延遲；干擾消除模塊根據(jù)傳輸延遲和軌道運(yùn)動延遲輸出下一時刻t2發(fā)往偏遠(yuǎn)郊區(qū)衛(wèi)星用戶的信號，是在t2時刻地面接收到的經(jīng)過兩個所述延時后得到的信號中減去t2時刻城市地區(qū)衛(wèi)星用戶收到的衛(wèi)星通信信號之后得到的；本發(fā)明解決了偏遠(yuǎn)郊區(qū)的衛(wèi)星通信信號全覆蓋的難題。
【IPC分類】H04B7-185, H04W16-18, H04W84-06
【公開號】CN104683993
【申請?zhí)枴緾N201510067949
【發(fā)明人】陸建華, 陶曉明, 葛寧, 繆亞男
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月9日