專利名稱：一種星載交換機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多波束GEO衛(wèi)星的星載交換結(jié)構(gòu)，特別涉及基于WCDMA通信體制 的具備星上處理交換功能的GEO衛(wèi)星，屬于衛(wèi)星移動通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信多是固定站通信，傳輸電視、廣播、小型地面站等業(yè)務(wù)，衛(wèi)星承擔(dān) 更多的是中繼功能。移動通信業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展要求，未來的通信衛(wèi)星不但具有傳統(tǒng)的中繼 功能，還必須具備星上交換功能，來滿足小型終端的移動通信業(yè)務(wù)的需求。許多國家都在發(fā) 展具有星上交換能力的衛(wèi)星系統(tǒng)，但由于技術(shù)水平和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度、成本等的限制，采用復(fù)雜 星上交換的衛(wèi)星系統(tǒng)依然很少，如何從實(shí)際需要出發(fā)，立足現(xiàn)有技術(shù)水平，研究針對GEO移 動通信衛(wèi)星的易于實(shí)現(xiàn)的星上交換系統(tǒng)是非常有意義的課題。關(guān)于星上交換的文章很多，但多是考慮電路交換體制或者分組交換體制，而在GEO 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)時，往往從系統(tǒng)容量的角度出發(fā)，考慮電路交換或者星上透明轉(zhuǎn)發(fā)。 《星上交換在抗干擾通信衛(wèi)星中的應(yīng)用》提出發(fā)展混合交換的抗干擾軍事衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的思路， 對傳輸?shù)男畔⒎诸愄幚恚煌瑐鬏斠蟮男畔⒉扇〔煌慕粨Q方式，和本文提出的分布式 混合結(jié)構(gòu)有著質(zhì)的區(qū)別本交換結(jié)構(gòu)是通過空間上不直接連接的多個采用不同交換體制的 模塊組合完成多波束GEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)所需要的處理目標(biāo)。本發(fā)明來源于民用863課題“基于3G及其兼容技術(shù)的GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)總體 技術(shù)研究”的子專題“星上處理與交換技術(shù)研究”，目前，國內(nèi)外無相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)提出這種 實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。國外的多波束移動通信衛(wèi)星MUOS系統(tǒng)星上采用透明轉(zhuǎn)發(fā)模式，地面進(jìn)行處理交 換，顯然在地面信關(guān)站不會存在處理資源受限和空間環(huán)境受限等問題，因此不需要進(jìn)行分 布式實(shí)現(xiàn)。地面移動通信系統(tǒng)不存在具有上百個波束的基站，因此也不會存在這樣的問題， 沒有相關(guān)的技術(shù)被采用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種動態(tài)高效的星載交換 機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種星載交換機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，包括接收電 路波形交換模塊、若干上行處理器、基帶交換模塊、若干下行處理器、發(fā)射電路波形交換模 塊和星上控制單元；用戶向信關(guān)站發(fā)起呼叫請求，信關(guān)站查看上行處理器是否有兩個信道的余量，若 有余量，信關(guān)站向星上控制單元發(fā)送帶有連接標(biāo)識和參數(shù)消息的指令，星上控制單元接收 到信關(guān)站指令后，查看每個上行處理器的資源占有，若有空余資源，選擇空余資源最大的上 行處理器，更新并保存每個上行處理器信息表和空余資源表，根據(jù)所選擇的上行處理器的 序號和相對接收電路波形交換模塊的位置信息，確定接收電路波形交換模塊的輸出端口，并將接收電路波形交換模塊的輸出端口、輸入端口、連接標(biāo)識和參數(shù)消息寫入控制指令發(fā) 送給接收電路波形交換模塊，星上控制單元生成帶有連接標(biāo)識和參數(shù)消息的控制指令發(fā)送 給上行處理器和下行處理器，生成并保存更新包括上行處理器序號和下行處理器序號的路 由表，星上控制單元生成帶有連接標(biāo)識的控制指令發(fā)送給基帶交換模塊，星上控制單元生 成帶有發(fā)射電路波形交換模塊輸入端口、連接標(biāo)識和參數(shù)消息的控制指令發(fā)送給發(fā)射電路 波形交換模塊，接收電路波形交換模塊接收到星上控制單元發(fā)出的控制指令后，接收用戶 經(jīng)接收數(shù)字波束形成網(wǎng)絡(luò)送來的波束信號，并根據(jù)控制指令將每一路波束信號送到指定的 上行處理器，上行處理器根據(jù)接收到控制指令對波束信號處理后再生出帶波束號和信道號 標(biāo)識的基帶信息，并將基帶信息送至基帶交換模塊，基帶交換模塊根據(jù)接收到的控制指令 查找路由表，根據(jù)路由表中對應(yīng)的下行處理器序號將基帶信息送至對應(yīng)的下行處理器，下 行處理器根據(jù)接收到的控制指令對基帶交換模塊輸出的基帶信息按照波束號分類，再進(jìn)行 編碼和擴(kuò)頻調(diào)制，以波束信號的形式送出給發(fā)射電路波形交換模塊，發(fā)射電路波形交換模 塊將來自多個下行處理器的屬于同一個波束的所有信道信號進(jìn)行合路后輸出。所述的上行處理器的數(shù)量N1不少于Q/K個，其中K為每一個上行處理器可處理的 信道數(shù)，Q為星上處理載荷的能力即星上處理最多能處理的信道數(shù)。所述的下行處理器的數(shù)量N2不少于fl^l^個，其中J為每一個下行處理器可 處理的波束數(shù)，M為星上處理載荷需完成處理的波束數(shù)。所述的接收電路波形交換模塊有若干路并行的串行處理單元，包括M個串/并轉(zhuǎn) 換器、M個緩沖器、K*Ni fM選1選擇器和K*Ni個并/串轉(zhuǎn)換器，第m個串/并轉(zhuǎn)換器與第 m個緩沖器連接，每一個緩沖器都分別與K*Ni個M選1選擇器連接，第nk個M選1選擇器 與第nk個并/串轉(zhuǎn)換器連接，其中M為星上處理載荷需完成處理的波束數(shù)，K為每一個上 行處理器可處理的信道數(shù)，N1為上行處理器的數(shù)量，m e [1，M]，η e [1，N1]，k e [1，K]。所述的發(fā)射電路波形交換模塊有若干路并行的串行處理單元，包括 >隊個接口處 理器、M個選擇性合路器和M個輸出接口，每一個接口處理器分別與M個選擇性合路器連接， 接口處理器對接收到下行處理器的波束信號進(jìn)行處理，將其送入對應(yīng)的選擇性合路器中， 選擇性合路器對同一波束號的波束信號進(jìn)行合路后經(jīng)輸出接口輸出，其中N2為下行處理器 的數(shù)量，J為每一個下行處理器可處理的信道數(shù)，M為星上處理載荷需完成處理的波束數(shù)。一種星載交換機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)方法，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)第一步，用戶向信關(guān)站發(fā)起呼叫請求，信關(guān)站查看上行處理器是否有兩個信道的 余量，若有余量，進(jìn)入第二步，若無余量則星上透明轉(zhuǎn)發(fā)該用戶的業(yè)務(wù)；第二步，信關(guān)站向星上控制單元發(fā)送帶有連接標(biāo)識和參數(shù)消息的指令；第三步，星上控制單元接收到信關(guān)站指令后，查看每個上行處理器的資源占有，若 有空余資源，選擇空余資源最大的上行處理器；第四步，重復(fù)第三步直到本次呼叫波束信號全部分配完畢，更新并保存每個上行 處理器信息表和空余資源表；第五步，星上控制單元根據(jù)所選擇的上行處理器的序號和相對接收電路波形交換 模塊的位置信息，確定接收電路波形交換模塊的輸出端口 ；第六步，星上控制單元生成帶有接收電路波形交換模塊輸出端口、輸入端口、連接標(biāo)識和參數(shù)消息的控制指令發(fā)送給接收電路波形交換模塊，生成帶有連接標(biāo)識和參數(shù)消息 的控制指令發(fā)送給上行處理器和下行處理器，生成并保存更新包括上行處理器序號和下行 處理器序號的路由表，生成帶有連接標(biāo)識的控制指令發(fā)送給基帶交換模塊，生成帶有發(fā)射 電路波形交換模塊輸入端口、連接標(biāo)識和參數(shù)消息的控制指令發(fā)送給發(fā)射電路波形成交換 模塊；第七步，接收電路波形交換模塊接收到星上控制單元發(fā)出的控制指令后，接收用 戶經(jīng)接收數(shù)字波束形成網(wǎng)絡(luò)送來的波束信號，并根據(jù)控制指令將每一路波束信號送到指定 的上行處理器；第八步，上行處理器根據(jù)接收到控制指令對波束信號處理后再生出帶波束號和信 道號標(biāo)識的基帶信息，并將基帶信息送至基帶交換模塊；第九步，基帶交換模塊根據(jù)接收到的控制指令查找路由表，根據(jù)路由表中對應(yīng)的 下行處理器序號將基帶信息送至對應(yīng)的下行處理器；第十步，下行處理器根據(jù)接收到的控制指令對基帶交換模塊輸出的基帶信息按照 波束號分類，再進(jìn)行編碼和擴(kuò)頻調(diào)制，以波束信號的形式送出給發(fā)射電路波形交換模塊；第十一步，發(fā)射電路波形交換模塊將來自多個下行處理器的屬于同一個波束的所 有信道信號進(jìn)行合路后輸出。所述第七步通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，A7. 1、接收電路波形交換模塊接收到星上控制單元發(fā)出的控制指令后，接收用戶 經(jīng)接收數(shù)字波束形成網(wǎng)絡(luò)送來的M路波束信號，M為星上處理載荷需完成處理的波束數(shù)；A7. 2、第m路波束信號進(jìn)入接收電路波形交換模塊的第m個串/并變化器轉(zhuǎn)換為 并行數(shù)據(jù)后送入第m個緩沖器，me [1，M]；A7. 3、第m個緩沖器將并行數(shù)據(jù)分別送入到I^N1個M選1選擇器，第nk個M選1 選擇器根據(jù)星上控制單元發(fā)送控制指令中的輸出端口號進(jìn)行選擇，將同屬nk輸出端口號 的并行數(shù)據(jù)送入第nk個并/串轉(zhuǎn)換器，η e [1，N1]，k e [1，K]，K為每一個上行處理器可 處理的信道數(shù)，N1為上行處理器的數(shù)量；A7. 4、第nk個并/串轉(zhuǎn)換器將第nk個M選1選擇器送入的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行 數(shù)據(jù)輸出到對應(yīng)的上行處理器。所述第十一步通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，All. 1、發(fā)射電路波形交換模塊的第ij個接口處理器接收第i個下行處理器的第 j個波束信號，i e [1，N2]，j e [1，J]，其中N2為下行處理器的數(shù)量，J為每一個下行處理 器可處理的波束數(shù)；All. 2、第ij個接口處理器將接收的波束信號分別送入到M個選擇型合路器中，第 m個選擇型合路器選擇所有波束號為m的波束信號根據(jù)星上控制單元發(fā)送的控制指令將其 合路，送到對應(yīng)的第m個輸出接口輸出，m e [1，M]，M為星上處理載荷需完成處理的波束數(shù)。本發(fā)明的設(shè)計要點(diǎn)“基于3G及其兼容技術(shù)的GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)總體技術(shù)研究”的GEO衛(wèi)星有效 載荷基本組成如下包含109個波束，采用WCDMA通信體制，每個波束包含128個信道，具 備星上處理轉(zhuǎn)發(fā)和透明轉(zhuǎn)發(fā)兩種載荷。星上采用數(shù)字波束成形網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具備星上處理交換設(shè)備來支持109波束內(nèi)任意512對用戶(對應(yīng)1024個信道)同時進(jìn)行一跳通信的能力。 如何用一種高效的交換機(jī)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)完成109個波束中任意1024個CDMA體制信道的交換， 這就是本發(fā)明要解決的問題。對于基于多波束GEO衛(wèi)星星上處理交換結(jié)構(gòu)而言，系統(tǒng)需求存在如下特性1)用戶天線具備上百個波束，每個波束包含上百路信道；衛(wèi)星處理載荷的空間環(huán) 境限制了星載處理器的規(guī)模和能力，星上僅能處理部分信道。2)由于地面終端在波束間的分布不均勻，每個波束用戶所需要的處理資源是變化 的，因此需要在在不同的波束之間進(jìn)行合理地分配處理資源；在一個波束內(nèi)的用戶數(shù)也是 實(shí)時變化的，可能用戶數(shù)為0，也可能到達(dá)最大值128 (系統(tǒng)約定的最大值)。因此對應(yīng)占用 的處理資源也是變化的，可能在某一個時刻占用#1處理模塊，也可能在某一個時刻占用測 處理模塊。即使在兩個不同的時刻，某個波束內(nèi)的需要處理的用戶數(shù)目相同，占用的處理資 源位置也可能不相同，這與當(dāng)前時刻所有用戶在其它波束的具體分布有關(guān)。3)傳統(tǒng)交換機(jī)結(jié)構(gòu)接收數(shù)字波束成形網(wǎng)絡(luò)與處理器之間的連接關(guān)系是固定的，因 此可能會出現(xiàn)這樣的情況有的波束用戶不能被處理，而可能部分處理資源又是空閑的，存 在寶貴的星上再生信號處理資源被大量浪費(fèi)的情況(假定100個波束每個波束100個信 道，100 * 100 >> 1000，浪費(fèi)情況嚴(yán)重，而實(shí)際配置往往比100高)。星載處理部分具備的有限用戶信道處理能力要求可以分配給任何一個波束中任 意路數(shù)(不超過最大值)的信道，則星上需具備將待處理的信道提取出來送到對應(yīng)上行處 理器的設(shè)備，故設(shè)置接收電路波形交換模塊；同時，需要將處理完畢的信號進(jìn)行波束匯聚， 為了能夠減小波束匯聚的難度，同時便于隨路信令的處理，在基帶信號階段設(shè)置基帶交換 模塊進(jìn)行初步的信號匯聚，將下行信道資源的分配和路由表的更新結(jié)合起來；最后，通過發(fā) 射電路波形交換模塊將所有下行處理器的輸出信號合并輸出送給發(fā)射DBF。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)采用本發(fā)明提出的星載分布式混合交換結(jié)構(gòu)可以克服傳統(tǒng)星上交換處理時出 現(xiàn)一方面星載處理資源空閑，另方面一些處理用戶又無法得到服務(wù)的問題，避免了處理器 資源大量的浪費(fèi)；(2)本發(fā)明分布式混合交換結(jié)構(gòu)可以將處理器規(guī)模設(shè)計到幾乎等于用戶要求的規(guī) 模，無須冗余，既滿足了用戶分布不均勻動態(tài)變化帶來的調(diào)度能力的需求，又將處理資源實(shí) 現(xiàn)了最大利用；(3)本發(fā)明混合的交換結(jié)構(gòu)將大規(guī)模的交換矩陣放在基帶進(jìn)行，簡化了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 度，同時有助于處理下行隨路信令的打包合并；(4)本發(fā)明分布式的混合交換結(jié)構(gòu)只需修改參數(shù)就能處理任意1路CDMA基本信 道，建立通信鏈路時，路由選擇方式可以靈活配置；并且各個處理器之間可以相互替代，互 為備份，增強(qiáng)了設(shè)計的可靠性；隨著路數(shù)的增加，可以通過提高交換網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和增加處理 器的個數(shù)或者處理能力來增加通信容量，具有可擴(kuò)展性。


圖1為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)組成框圖；圖2為本發(fā)明接收電路波形交換模塊組成框圖3為本發(fā)明基帶交換模塊組成框圖；圖4為本發(fā)明發(fā)射電路波形交換模塊組成框圖；圖5為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的一種星載交換機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計多個分散的、物 理上不直接連接的、不同交換模式的交換模塊，來實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星上百個波束上千個信道之間的 交換功能。如圖1所示，本發(fā)明包括接收電路波形交換模塊、若干上行處理器、基帶交換模 塊、若干下行處理器、發(fā)射電路波形交換模塊和星上控制單元。信關(guān)站完成用戶的連接建立和連接釋放過程。信關(guān)站對用戶信令進(jìn)行處理，并對 星上處理資源進(jìn)行分配。用戶向信關(guān)站發(fā)起呼叫請求，信關(guān)站查看上行處理器是否有兩個 信道的余量，若有余量，信關(guān)站向星上控制單元發(fā)送帶有連接標(biāo)識和參數(shù)消息(包括擾碼、 擴(kuò)頻碼、波束號、信道號等相關(guān)信息)的指令。信關(guān)站分配資源以及釋放資源時，會形成消 息通知星上控制單元去控制星上交換機(jī)；其他情況沒有控制信息產(chǎn)生。星上控制單元負(fù)責(zé)完成信關(guān)站發(fā)來的信令的處理和執(zhí)行功能，根據(jù)確定的上下行 處理器的個數(shù)與能力進(jìn)行星上上行處理資源的動態(tài)分配。星上控制單元根據(jù)連接建立或拆 除消息完成星載交換機(jī)的內(nèi)部通路的建立。其中，星上控制單元控制指令將給接收電路波 形交換模塊可以識別的指令內(nèi)容，指示它完成空分交換矩陣的連接。星上控制單元接收到信關(guān)站指令后，查看每個上行處理器的資源占有，若有空余 資源，選擇空余資源最大的上行處理器，更新并保存每個上行處理器信息表和空余資源表， 根據(jù)所選擇的上行處理器的序號和相對接收電路波形交換模塊的位置信息，確定接收電路 波形交換模塊的輸出端口，并將接收電路波形交換模塊的輸出端口、輸入端口、連接標(biāo)識和 參數(shù)消息寫入控制指令發(fā)送給接收電路波形交換模塊，控制指令格式如表1所示，其中Fl 為幀指示，01表示拆除連接，10表示建立連接。表 1
幀頭標(biāo)識Fl連接標(biāo)識參數(shù)信息輸出端口星上控制單元生成帶有連接標(biāo)識和參數(shù)消息的控制指令發(fā)送給上行處理器和下 行處理器，生成并保存更新包括上行處理器序號和下行處理器序號的路由表，星上控制單 元生成帶有連接標(biāo)識的控制指令發(fā)送給基帶交換模塊，星上控制單元生成帶有發(fā)射電路波 形交換模塊輸入端口、連接標(biāo)識和參數(shù)消息的控制指令發(fā)送給發(fā)射電路波形交換模塊，上 述的控制指令格式同表1所示格式類似。為被叫用戶分配上行信道資源，分配方法同上。接收電路波形交換模塊將來自接收DBF的數(shù)字采樣信號(高速率)按照系統(tǒng)的分 配指示送至對應(yīng)的上行處理器。接收電路波形交換模塊相當(dāng)于一個空分交換矩陣，如圖1所示，M個輸入波束數(shù)字 采樣信號，N1個上行處理器，假定每個上行處理器最多可處理K路信號，則接收電路波形交 換模塊輸入為M路(代表波束)，輸出為N1 * K路(代表信道)。由于輸入的數(shù)字采樣信號無法在解調(diào)前區(qū)分信道，而星上處理能力有限，即星上處理的用戶動態(tài)分布于不同的波束集合中(例如1000路處理能力，但是廣泛分布于109個 波束每個波束128路的范圍內(nèi))，故采用接收電路波形交換模塊根據(jù)星上控制單元發(fā)出的 控制指令將每個上行處理器需要的波束信號送到上行處理器入口處。輸入為上百個波束的數(shù)字采樣信號，用戶數(shù)眾多，而星上處理能力有限，因此接收 電路波形交換模塊的功能在于選出需要處理的波束信號送到對應(yīng)的上行處理器。用戶建立 連接，根據(jù)控制指令信息，將輸入端口某一波束信號送至對應(yīng)的上行處理器的某根入線上。 選的過程就是衛(wèi)星處理資源動態(tài)分配的過程，接收電路波形交換模塊根據(jù)控制指令內(nèi)容接 續(xù)或者斷開輸入端(即入線)到輸出端(即出線)的連接(對于雙工通信而言，每個連接 至少承載兩個上行信道的選擇)。接收電路波形交換模塊如圖2所示，有若干路并行的串行處理單元，包括M個串/ 并轉(zhuǎn)換器、M個緩沖器、K*Ni fM選1選擇器和K*Ni個并/串轉(zhuǎn)換器，第m個串/并轉(zhuǎn)換器 與第m個緩沖器連接，每一個緩沖器都分別于K*Ni個M選1選擇器連接，第nk個M選1選 擇器與第nk個并/串轉(zhuǎn)換器連接，其中M為星上處理載荷需完成處理的波束數(shù)，K為每一 個上行處理器可處理的信道數(shù)，N1為上行處理器的數(shù)量，m e [1，M]，η e [1，N1]，k e [1， K]。假設(shè)某一 GEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)120個波束，每個波束含128路信道，每個上行處理器 可處理32路，每個下行處理器可處理64路，系統(tǒng)要求星上具備1000路信道的處理能力，即 M = 120，N1 = 32, K = 32，這1000路信道是隨機(jī)分布在任意個波束，而且這種分布是隨時 變化的。那么，采用傳統(tǒng)的交換機(jī)在信號再生后交換，那么每個波束需要配備4個上行處理 器，120個波束則需要480個上行處理器，如果僅僅32個處理器，無法保證需要處理的信道 集中在某幾個波束時能夠得到服務(wù)。而增加了接收電路波形交換模塊，就可以在僅僅配備 32個處理器的條件下滿足用戶動態(tài)分布的需求。若用戶呼叫釋放流程完成，則控制指令將兩條上行信道的信息送至電路波形交換 模塊，該模塊撤銷對應(yīng)的入端口和出端口的對應(yīng)關(guān)系；同時，上行處理器不再對這次呼叫連 接用到的兩條信道進(jìn)行處理，并更新上行處理器信息表和空余資源表。上行處理器將其解出的基帶信息按照一定格式打上標(biāo)識，匯聚成一個端口送至基 帶交換模塊。上行處理器的數(shù)量N1不少于Q/K個，其中K為每一個上行處理器可處理的信 道數(shù)，Q為星上處理載荷的能力即星上處理最多能處理的信道數(shù)。基帶交換模塊如圖3所示，根據(jù)分組標(biāo)識合并對應(yīng)的隨路信令，按照下行處理器 的輸出約定，將可能來自多個上行處理器端口的信息送至對應(yīng)的下行處理器端口?；鶐Ы?換模塊端口劃分約束如下1)輸入端口 N1，分別對應(yīng)N1個上行處理器A1個上行處理器的資源可以動態(tài)分配， 分配結(jié)果通過控制指令指示電路波形交換模塊1完成波束數(shù)字采樣信號到上行處理器的 輸入。2)輸出端口 N2,分別對應(yīng)N2個下行處理器?；鶐Ы粨Q模塊的路由表由信關(guān)站通過路由表更新消息送至星上控制單元，星上控 制單元對其進(jìn)行更新。N1個輸入端口，分別與上行處理器連接，基帶交換模塊根據(jù)連接標(biāo)識(上行處理器 完成基帶信息的再生、打上連接標(biāo)識、匯聚后送至基帶交換模塊的入口處，連接標(biāo)識和上行處理器的參數(shù)信息以及下行處理器的參數(shù)信息是一一對應(yīng)的)查找路由表。N2個輸出端口，輸出端口數(shù)目在系統(tǒng)設(shè)計時確定，和星上的處理能力有關(guān)。如上示 例，每個波束128路，每個下行處理器可處理64路，每個下行處理器可輸出8個波束信號信 息；系統(tǒng)設(shè)置32個下行處理器，完全可以滿足系統(tǒng)的需求。每個下行處理器可處理若干個波束的信息，對基帶交換輸出的分組按照波束號分 類，再進(jìn)行編碼、交織處理、擴(kuò)頻調(diào)制，最終以波束信號(可能只包括波束內(nèi)的部分信道)的 形式送出給發(fā)射電路波形交換模塊。星上處理單元預(yù)先設(shè)定哪些波束由哪些下行處理器處理。下行處理器的數(shù)量N2在設(shè)計時考慮到冗余，一般冗余量不小于20%，因此，N2不少
于個，其中J為每一個下行處理器可處理的波束數(shù)，M為星上處理載荷需完成處 J
理的波束數(shù)。發(fā)射電路波形交換模塊將來自多個下行處理器的屬于同一個波束的所有信道信 號進(jìn)行同步合并(主要是消除來自不同處理器的時延差異)，輸出為M個波束信號，發(fā)射電 路波形交換模塊的輸入端口為J*N2 (J為每個下行處理器可處理的波束數(shù)，約定該值目的在 于減小發(fā)射電路波形交換模塊的規(guī)模)。發(fā)射電路波形交換模塊如圖4所示，有若干路并行的串行處理單元，包括J*N2個 接口處理器、M個選擇性合路器和M個輸出接口，每一個接口處理器分別與M個選擇性合路 器連接，接口處理器對接收到下行處理器的波束信號進(jìn)行處理，將其送入對應(yīng)的選擇性合 路器中，選擇性合路器對同一波束號的波束信號進(jìn)行合路后經(jīng)輸出接口輸出，其中N2為下 行處理器的數(shù)量，J為每一個下行處理器可處理的信道數(shù)，M為星上處理載荷需完成處理的 波束數(shù)?！N星載交換機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的方法，如圖5所示，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)。1、用戶向信關(guān)站發(fā)起呼叫請求，信關(guān)站查看上行處理器是否有兩個信道的余量， 若有余量，進(jìn)入2，若無余量則星上透明轉(zhuǎn)發(fā)該用戶的業(yè)務(wù)；2、信關(guān)站向星上控制單元發(fā)送帶有連接標(biāo)識和參數(shù)消息(擾碼、擴(kuò)頻碼等)的指 令；3、星上控制單元接收到信關(guān)站指令后，查看每個上行處理器的資源占有，若有空 余資源，選擇空余資源最大的上行處理器；4、重復(fù)3直到本次呼叫波束信號全部分配完畢，更新并保存每個上行處理器信息 表和空余資源表；5、星上控制單元根據(jù)所選擇的上行處理器的序號和相對接收電路波形交換模塊 的位置信息，確定接收電路波形交換模塊的輸出端口 ；6、星上控制單元生成帶有接收電路波形交換模塊輸出端口、上行處理器序號、連 接標(biāo)識和參數(shù)消息的控制指令發(fā)送給接收電路波形交換模塊，生成帶有連接標(biāo)識和參數(shù)消 息的控制指令發(fā)送給上行處理器和下行處理器，生成并保存更新包括上行處理器序號和下 行處理器序號的路由表，生成帶有連接標(biāo)識的控制指令發(fā)送給基帶交換模塊，生成帶有發(fā) 射電路波形交換模塊輸入端口、連接標(biāo)識和參數(shù)消息的控制指令發(fā)送給發(fā)射電路波形交換 模塊；
7、接收電路波形交換模塊接收到星上控制單元發(fā)出的控制指令后，接收用戶經(jīng)接 收數(shù)字波束形成網(wǎng)絡(luò)送來的波束信號，并根據(jù)控制指令將每一路波束信號送到指定的上行 處理器；7. 1、接收電路波形交換模塊接收到星上控制單元發(fā)出的控制指令后，接收用戶經(jīng) 接收數(shù)字波束形成網(wǎng)絡(luò)送來的M路波束信號，M為星上處理載荷需完成處理的波束數(shù)；7. 2、第m路波束信號進(jìn)入接收電路波形交換模塊的第m個串/并變化器轉(zhuǎn)換為并 行數(shù)據(jù)后送入第m個緩沖器，me [1，M]；7. 3、第m個緩沖器將并行數(shù)據(jù)分別送入到I^N1個M選1選擇器，第nk個M選1選 擇器根據(jù)星上控制單元發(fā)送控制指令中的輸出端口號進(jìn)行選擇，將同屬nk輸出端口號的 并行數(shù)據(jù)送入第nk個并/串轉(zhuǎn)換器，η e [l，Nj，ke [1，K]，K為每一個上行處理器可處 理的信道數(shù)，N1為上行處理器的數(shù)量；7. 4、第nk個并/串轉(zhuǎn)換器將第nk個M選1選擇器送入的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù) 據(jù)輸出到對應(yīng)的上行處理器。8、上行處理器根據(jù)接收到控制指令對波束信號處理后再生出帶波束號和信道號 標(biāo)識的基帶信息，并將基帶信息送至基帶交換模塊；9、基帶交換模塊根據(jù)接收到的控制指令查找路由表，根據(jù)路由表中對應(yīng)的下行處 理器序號將基帶信息送至對應(yīng)的下行處理器；10、下行處理器根據(jù)接收到的控制指令對基帶交換模塊輸出的基帶信息按照波束 號分類，再進(jìn)行編碼和擴(kuò)頻調(diào)制，以波束信號的形式送出給發(fā)射電路波形交換模塊；11、發(fā)射電路波形交換模塊將來自多個下行處理器的屬于同一個波束的所有信道 信號進(jìn)行合路后輸出。11. 1、發(fā)射電路波形交換模塊的第ij個接口處理器接收第i個下行處理器的第j 個波束信號，ie [l，N2]，je [1，J]，其中N2為下行處理器的數(shù)量，J為每一個下行處理器 可處理的波束數(shù)；11. 2、第ij個接口處理器將接收的波束信號分別送入到M個選擇型合路器中，第 m個選擇型合路器選擇所有波束號為m的波束信號根據(jù)星上控制單元發(fā)送的控制指令將其 合路，送到對應(yīng)的第m個輸出接口輸出，m e [1，M]，M為星上處理載荷需完成處理的波束數(shù)。以下結(jié)合具體實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋本發(fā)明中提出一種星載交換機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)是一種將星上處理交換資 源和系統(tǒng)需求結(jié)合起來綜合考慮設(shè)計而提出的新的星上交換結(jié)構(gòu)。它適用于系統(tǒng)容量遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大于星上處理能力的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，而這樣的衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本上都是多波束GEO衛(wèi)星， 本實(shí)例來源于基于WCDMA體制的多波束GEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其系統(tǒng)參數(shù)如表2所示。表 2
上行處理器處理能力32下行處理器處理能力64以本系統(tǒng)中設(shè)計的星載分布式混合交換結(jié)構(gòu)為例，星載分布式混合交換結(jié)構(gòu)工作 原理為接收電路波形交換模塊入端口連接109個波束信號，輸出端口為32女32 = 1024， 每32根線連接到1個上行處理器，如此可保障上行處理器資源的分配顆粒度為1，無論系統(tǒng) 采用怎樣的上行信道資源分配算法，都可以保障1024的信道資源可以分配給任意用戶。如 果某個上行處理器處理的波束包括波束A，同時有空余資源，波束A的某用戶請求資源時， 若系統(tǒng)分配該上行處理器，則接收電路波形交換模塊可以不再送波束A的信號到該上行處 理器。對于某個上行處理器而言，只有在它接收來自32個波束的信號，每個波束只有1路 信道在這個處理器處理時，它的32根入線才會全部承載有信號；如果它處理某一個波束的 32路信道，那么它的32根入線只有1根入線承載有信號，其他入線為空信號。接收電路波 形交換模塊的這種結(jié)構(gòu)，使得其對于信道資源分配算法具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。上行處理器處理完32路信道，將基帶信息打上連接標(biāo)識匯聚成一路送至基帶交 換機(jī)的輸入端口。基帶交換機(jī)的路由表設(shè)計與更新是本發(fā)明中基帶交換機(jī)的亮點(diǎn)，一般情 況下對于GEO衛(wèi)星而言，其路由表的輸出端口是確定的，而本發(fā)明中基帶交換機(jī)路由表的 輸出端口是隨著待處理的信道在不同波束中的分布變化的，路由表的更新和下行處理器的 負(fù)載以及下行處理器的信道資源分配有關(guān)。以該系統(tǒng)為例，設(shè)置系統(tǒng)有32個下行處理器 (下行處理占用資源較少，星上資源留有一定冗余以增強(qiáng)算法適應(yīng)性)，每個下行處理器可 被8個波束的信號共用，即每個下行處理器頂多輸出8個波束信號給發(fā)射電路波形交換模 塊。那么下行處理器資源的分配(含基帶交換模塊路由表的更新)過程如下1)當(dāng)某一通話連接建立后，主叫用戶和被叫用戶需要分別分配1條下行處理信 道，分配時先查看該用戶波束是否已經(jīng)分配下行處理器資源，若是，轉(zhuǎn)2)；否，轉(zhuǎn)3)。2)該用戶波束已分配的下行處理器是否有空閑資源，若有，則分配該下行處理器 為該用戶信息在基帶交換轉(zhuǎn)發(fā)時的輸出端口，將下行處理器的標(biāo)號和連接標(biāo)識送至控制信 息打包模塊，由其填充進(jìn)該連接的控制信息中；若無，則轉(zhuǎn)3)；3)查看其他有空閑資源的下行處理器，選取空閑資源最多的處理器，將其標(biāo)號和 連接送至星上控制單元的控制信息打包模塊，轉(zhuǎn)4)；4)主叫用戶和被叫用戶資源分配完畢，則控制消息通過饋電鏈路上傳至衛(wèi)星，衛(wèi)星從控制消息中取出連接標(biāo)號和下行處理器標(biāo)號對基帶交換模塊路由表的對應(yīng)表項進(jìn)行 更新。由于一個下行處理器僅可供8個波束共用，上述分配過程盡可能地為同一個波束 的用戶分配相同的下行處理器，從概率學(xué)上講，按上述方法分配，109個波束將均勻地分布 在32個下行處理器中，每個處理器都留有冗余資源。但考慮到用戶的到達(dá)和離開是隨機(jī) 的，而且衛(wèi)星網(wǎng)處理用戶的分布是高度變化的，如果某個下行處理器出現(xiàn)了承載8個波束 信號的情況，則星上控制單元的資源分配模塊會報警并進(jìn)入資源分配調(diào)整狀態(tài)，將該下行 處理器對應(yīng)的某些連接的基帶信息復(fù)制送往其他空閑下行處理器，計時器滿，則切換至其 他下行處理器，完成平滑切換。如上述，1024路信道待處理，32個下行處理器可處理32 ★ 64 = 2048路信道，系統(tǒng)中存在冗余下行處理器用于預(yù)防此類小概率事件的可能發(fā)生，進(jìn)而 保障用戶的絕對服務(wù)。發(fā)射電路波形交換模塊的輸入端口為32女8 = 256，輸出端口為109個波束信號。 它從入端口選出屬于同一個波束的信號進(jìn)行波束合并。如果基帶交換輸出端口為109，星上 配置109個下行處理器，每個處理器可處理128路信道，那么發(fā)射電路波形交換模塊可不需 要配置，配置該模塊可以大大減少下行處理器的個數(shù)。上述實(shí)例，只是演示了本發(fā)明在某種系統(tǒng)條件的一種可能配置，接收/發(fā)射電路 波形交換模塊和基帶交換模塊的輸入輸出端口配置、衛(wèi)星上行處理器和下行處理器的個數(shù) 配置等可根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的配置和優(yōu)化。本發(fā)明不僅僅局限于CDMA系統(tǒng)，在其他系統(tǒng)中若存在從系統(tǒng)用戶中提取部分用 戶進(jìn)行星上處理的情況，則電路波形交換模塊完成用戶信息載體的提取和合并工作。本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求
一種星載交換機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，其特征在于包括接收電路波形交換模塊、若干上行處理器、基帶交換模塊、若干下行處理器、發(fā)射電路波形交換模塊和星上控制單元；用戶向信關(guān)站發(fā)起呼叫請求，信關(guān)站查看上行處理器是否有兩個信道的余量，若有余量，信關(guān)站向星上控制單元發(fā)送帶有連接標(biāo)識和參數(shù)消息的指令，星上控制單元接收到信關(guān)站指令后，查看每個上行處理器的資源占有，若有空余資源，選擇空余資源最大的上行處理器，更新并保存每個上行處理器信息表和空余資源表，根據(jù)所選擇的上行處理器的序號和相對接收電路波形交換模塊的位置信息，確定接收電路波形交換模塊的輸出端口，并將接收電路波形交換模塊的輸出端口、輸入端口、連接標(biāo)識和參數(shù)消息寫入控制指令發(fā)送給接收電路波形交換模塊，星上控制單元生成帶有連接標(biāo)識和參數(shù)消息的控制指令發(fā)送給上行處理器和下行處理器，生成并保存更新包括上行處理器序號和下行處理器序號的路由表，星上控制單元生成帶有連接標(biāo)識的控制指令發(fā)送給基帶交換模塊，星上控制單元生成帶有發(fā)射電路波形交換模塊輸入端口、連接標(biāo)識和參數(shù)消息的控制指令發(fā)送給發(fā)射電路波形交換模塊，接收電路波形交換模塊接收到星上控制單元發(fā)出的控制指令后，接收用戶經(jīng)接收數(shù)字波束形成網(wǎng)絡(luò)送來的波束信號，并根據(jù)控制指令將每一路波束信號送到指定的上行處理器，上行處理器根據(jù)接收到控制指令對波束信號處理后再生出帶波束號和信道號標(biāo)識的基帶信息，并將基帶信息送至基帶交換模塊，基帶交換模塊根據(jù)接收到的控制指令查找路由表，根據(jù)路由表中對應(yīng)的下行處理器序號將基帶信息送至對應(yīng)的下行處理器，下行處理器根據(jù)接收到的控制指令對基帶交換模塊輸出的基帶信息按照波束號分類，再進(jìn)行編碼和擴(kuò)頻調(diào)制，以波束信號的形式送出給發(fā)射電路波形交換模塊，發(fā)射電路波形交換模塊將來自多個下行處理器的屬于同一個波束的所有信道信號進(jìn)行合路后輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星載交換機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述 的上行處理器的數(shù)量N1不少于Q/K個，其中K為每一個上行處理器可處理的信道數(shù)，Q為星 上處理載荷的能力即星上處理最多能處理的信道數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星載交換機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的下行處理器的數(shù)量N2不少于ii^i^個，其中J為每一個下行處理器可處理的波束數(shù)，M為星上處理載荷需完成處理的波束數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星載交換機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述 的接收電路波形交換模塊有若干路并行的串行處理單元，包括M個串/并轉(zhuǎn)換器、M個緩沖 器、K*Ni個M選1選擇器和K*Ni個并/串轉(zhuǎn)換器，第m個串/并轉(zhuǎn)換器與第m個緩沖器連 接，每一個緩沖器都分別與K*Ni個M選1選擇器連接，第nk個M選1選擇器與第nk個并/ 串轉(zhuǎn)換器連接，其中M為星上處理載荷需完成處理的波束數(shù)，K為每一個上行處理器可處理 的信道數(shù)，N1為上行處理器的數(shù)量，m e [l，M]，ne [l，Nj，ke [l，K]。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星載交換機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述 的發(fā)射電路波形交換模塊有若干路并行的串行處理單元，包括接口處理器、M個選擇 性合路器和M個輸出接口，每一個接口處理器分別與M個選擇性合路器連接，接口處理器對 接收到下行處理器的波束信號進(jìn)行處理，將其送入對應(yīng)的選擇性合路器中，選擇性合路器 對同一波束號的波束信號進(jìn)行合路后經(jīng)輸出接口輸出，其中N2為下行處理器的數(shù)量，J為每一個下行處理器可處理的信道數(shù)，M為星上處理載荷需完成處理的波束數(shù)。
6.一種利用權(quán)利要求1所述的星載交換機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于 通過以下步驟實(shí)現(xiàn)第一步，用戶向信關(guān)站發(fā)起呼叫請求，信關(guān)站查看上行處理器是否有兩個信道的余量， 若有余量，進(jìn)入第二步，若無余量則星上透明轉(zhuǎn)發(fā)該用戶的業(yè)務(wù)；第二步，信關(guān)站向星上控制單元發(fā)送帶有連接標(biāo)識和參數(shù)消息的指令； 第三步，星上控制單元接收到信關(guān)站指令后，查看每個上行處理器的資源占有，若有空 余資源，選擇空余資源最大的上行處理器；第四步，重復(fù)第三步直到本次呼叫波束信號全部分配完畢，更新并保存每個上行處理 器信息表和空余資源表；第五步，星上控制單元根據(jù)所選擇的上行處理器的序號和相對接收電路波形交換模塊 的位置信息，確定接收電路波形交換模塊的輸出端口 ；第六步，星上控制單元生成帶有接收電路波形交換模塊輸出端口、輸入端口、連接標(biāo) 識和參數(shù)消息的控制指令發(fā)送給接收電路波形交換模塊，生成帶有連接標(biāo)識和參數(shù)消息的 控制指令發(fā)送給上行處理器和下行處理器，生成并保存更新包括上行處理器序號和下行處 理器序號的路由表，生成帶有連接標(biāo)識的控制指令發(fā)送給基帶交換模塊，生成帶有發(fā)射電 路波形交換模塊輸入端口、連接標(biāo)識和參數(shù)消息的控制指令發(fā)送給發(fā)射電路波形成交換模 塊；第七步，接收電路波形交換模塊接收到星上控制單元發(fā)出的控制指令后，接收用戶經(jīng) 接收數(shù)字波束形成網(wǎng)絡(luò)送來的波束信號，并根據(jù)控制指令將每一路波束信號送到指定的上 行處理器；第八步，上行處理器根據(jù)接收到控制指令對波束信號處理后再生出帶波束號和信道號 標(biāo)識的基帶信息，并將基帶信息送至基帶交換模塊；第九步，基帶交換模塊根據(jù)接收到的控制指令查找路由表，根據(jù)路由表中對應(yīng)的下行 處理器序號將基帶信息送至對應(yīng)的下行處理器；第十步，下行處理器根據(jù)接收到的控制指令對基帶交換模塊輸出的基帶信息按照波束 號分類，再進(jìn)行編碼和擴(kuò)頻調(diào)制，以波束信號的形式送出給發(fā)射電路波形交換模塊；第十一步，發(fā)射電路波形交換模塊將來自多個下行處理器的屬于同一個波束的所有信 道信號進(jìn)行合路后輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種利用權(quán)利要求1所述的星載交換機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)結(jié) 構(gòu)的方法，其特征在于所述第七步通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，A7.1、接收電路波形交換模塊接收到星上控制單元發(fā)出的控制指令后，接收用戶經(jīng)接 收數(shù)字波束形成網(wǎng)絡(luò)送來的M路波束信號，M為星上處理載荷需完成處理的波束數(shù)；A7. 2、第m路波束信號進(jìn)入接收電路波形交換模塊的第m個串/并變化器轉(zhuǎn)換為并行 數(shù)據(jù)后送入第m個緩沖器，me [1，M]；A7. 3、第m個緩沖器將并行數(shù)據(jù)分別送入到K*Ni個M選1選擇器，第nk個M選1選擇 器根據(jù)星上控制單元發(fā)送控制指令中的輸出端口號進(jìn)行選擇，將同屬nk輸出端口號的并 行數(shù)據(jù)送入第nk個并/串轉(zhuǎn)換器，η e [l，Nj，ke [1，K]，K為每一個上行處理器可處理 的信道數(shù)，N1為上行處理器的數(shù)量；A7. 4、第nk個并/串轉(zhuǎn)換器將第nk個M選1選擇器送入的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù) 輸出到對應(yīng)的上行處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種利用權(quán)利要求1所述的星載交換機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)結(jié) 構(gòu)的方法，其特征在于所述第十一步通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，All. 1、發(fā)射電路波形交換模塊的第ij個接口處理器接收第i個下行處理器的第j個 波束信號，i e [1，N2]，j e [1，J]，其中N2為下行處理器的數(shù)量，J為每一個下行處理器可 處理的波束數(shù)；All. 2、第ij個接口處理器將接收的波束信號分別送入到M個選擇型合路器中，第m個 選擇型合路器選擇所有波束號為m的波束信號根據(jù)星上控制單元發(fā)送的控制指令將其合 路，送到對應(yīng)的第m個輸出接口輸出，m e [1，M]，M為星上處理載荷需完成處理的波束數(shù)。
全文摘要
一種星載交換機(jī)的分布式混合實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，將接收數(shù)字波束形成網(wǎng)絡(luò)(DBF)送來的上百個波束的信號先通過接收電路波形交換模塊送至對應(yīng)的上行處理器，實(shí)現(xiàn)信道的選擇和處理，經(jīng)過基帶交換、擴(kuò)頻調(diào)制，再由發(fā)射電路波形交換模塊實(shí)現(xiàn)波束信號的匯聚；a.接收電路波形交換模塊可在控制指令下將任意M個波束信號按照映射關(guān)系送至N1個上行處理器；b.上行處理器對信號進(jìn)行解擴(kuò)解調(diào)后，通過基帶交換模塊完成各信道隨路信令的合并，以及到N2下行處理器的交換輸出；c.下行處理器的輸出經(jīng)過發(fā)射電路波形交換模塊以波束的形式輸出給發(fā)射數(shù)字波束形成網(wǎng)絡(luò)(DBF)。本發(fā)明可以滿足在星載處理的用戶業(yè)務(wù)不同波束分布不均勻和分布隨時間動態(tài)變化的應(yīng)用場景下，星載處理業(yè)務(wù)產(chǎn)生的調(diào)度能力的需求，以最小的星載處理資源滿足用戶處理需求。
文檔編號H04B7/185GK101917222SQ20101025260
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者侴勝男, 李陽, 李雄飛, 毋丹芳, 趙毅, 陶孝鋒, 頓玉成 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所