本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信領(lǐng)域，尤其涉及一種低軌衛(wèi)星星座的星間鏈路通信方法。

背景技術(shù)：

LEO通信衛(wèi)星星座實現(xiàn)通信路由有兩種途徑，一是通過建立星間鏈路，二是通過全球范圍內(nèi)的地面站布站。由于我國地面布站存在很大的區(qū)域性限制，同時地面站在特殊情況下容易受到損毀，所以我國發(fā)展LEO通信衛(wèi)星系統(tǒng)，必須建立星間鏈路，以減少對地面站的依賴，同時減小信號傳輸延遲，提高整個系統(tǒng)的頑存性和機動性。

LEO星間鏈路的建立有兩種實現(xiàn)方式：(1)FDD方式；(2)TDD方式。FDD方式是實現(xiàn)星間鏈路的傳統(tǒng)方式，這種方式中，收發(fā)頻點不同，系統(tǒng)控制簡單，易于實現(xiàn)，但是也有非常明顯的缺點，比如：收發(fā)需要對稱的頻率資源；采用兩套天線系統(tǒng)，從而設(shè)備體積、重量和功耗都大大增加。而TDD方式采用一個頻點，分時收發(fā)，就可以克服FDD方式的固有缺點。

傳統(tǒng)的TDD模式中，通信雙方為主從同步關(guān)系，發(fā)送方在時刻T₀發(fā)送信號，信號經(jīng)過T₀+Δ(傳輸時延)到達接收方，接收方根據(jù)一定的搜索窗范圍搜索同步，以和發(fā)送方取得定時同步，然后接收信號；接收方接收信號后，再經(jīng)過一個收發(fā)轉(zhuǎn)換間隔，然后發(fā)送信號。也就是說，在發(fā)送時隙中，發(fā)送方發(fā)送信號，接收方在一定的搜索窗范圍進行信號同步搜索，接收信號；在接收時隙中，發(fā)送方改為接收，接收方改為發(fā)送?？梢钥闯觯瑐鹘y(tǒng)的TDD模式比較復(fù)雜，對定時、同步、搜索窗機制要求較高，假如用傳統(tǒng)的TDD模式實現(xiàn)星間鏈路這種遠距離傳輸?shù)耐ㄐ?，隨著傳輸時延的增加，頻譜利用的效率將會顯著降低。

因此需要提出一種新的TDD模式的星間鏈路通信方法，希望該方法適用于衛(wèi)星通信的遠距離傳輸，具有TDD模式的采用一個頻點的優(yōu)點同時，定時要求和同步機制更簡單。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)的問題，本發(fā)明提出一種基于TDD的低軌衛(wèi)星星座的星間鏈路通信方法，星間鏈路傳輸時延大于發(fā)送時隙長度，所述方法包括：

星座內(nèi)所有衛(wèi)星收發(fā)時隙嚴格同步，即：在發(fā)送時隙，星座內(nèi)所有衛(wèi)星同時向建立星間鏈路的衛(wèi)星發(fā)送信號；在接收時隙，星座內(nèi)所有衛(wèi)星同步接收信號。本發(fā)明相比于傳統(tǒng)TDD模式，同步機制、定時要求更簡單，同時大大減少了同步窗搜索運算量，實時性高，占用頻譜資源少。

優(yōu)選的，整個星座使用同一個頻點。

進一步優(yōu)選的，根據(jù)星間鏈路的傳輸時延設(shè)置接收時隙長度。特別的，當(dāng)星間鏈路的距離小于4500km時，設(shè)置TDD時隙長度為25ms，其中發(fā)送時隙長度為10ms，接收時隙長度為15ms。

本發(fā)明利用星際鏈路傳輸距離大，傳輸時延大于發(fā)送時間的星座構(gòu)型特點，設(shè)計出“收發(fā)分時、同時收發(fā)”的TDD機制，其優(yōu)點在于：1，收發(fā)共用一套射頻系統(tǒng)，簡化了系統(tǒng)設(shè)計，減輕了星上設(shè)備的體積、重量和功耗；2，相比于傳統(tǒng)TDD模式，同步機制、定時要求更簡單，同時大大減少了同步窗搜索運算量，實時性高，占用頻譜資源少；3，星座內(nèi)所有衛(wèi)星收發(fā)可以采用相同的頻點，占用頻點資源低；4，鏈路通信系統(tǒng)可靠性高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為實施例的星座與星間鏈路結(jié)構(gòu)圖；

圖2為實施例的星間鏈路TDD模式收發(fā)時序圖；

圖3為實施例的低軌通信衛(wèi)星向星座中其它衛(wèi)星發(fā)送信息的示意圖；

圖4為實施例的低軌通信衛(wèi)星接收星座中其它衛(wèi)星發(fā)送的信息的示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例；需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本實施例的LEO衛(wèi)星星座的基本情況為：衛(wèi)星軌道高度850km，軌道面傾角86°，每個軌道面內(nèi)10顆星均勻分布，相鄰兩星之間的地心夾角為36°。軌道周期約102m。星座包括6個軌道面，共60顆衛(wèi)星。相鄰軌道面夾角30°。衛(wèi)星標(biāo)以編號xyy，其中x表示軌道面，1～6；yy表示軌道面內(nèi)衛(wèi)星的序號，01～10。其星間鏈路結(jié)構(gòu)如圖1所示，星間鏈路包括：同軌星間鏈路(Intra plane ISL)和異軌星間鏈路(Inter plane ISL)，異軌星間鏈路是指鄰軌星間鏈路(Adjacent plane ISL)。同軌星間鏈路建立在同軌道面內(nèi)前后兩顆衛(wèi)星之間，它們的相對位置和距離保持固定，俯仰角為-18°，直線距離約為4500km，信號傳輸時延約15ms。鄰軌星間鏈路建立在同向飛行的相鄰軌道同序號衛(wèi)星之間(第一與第六軌道面間的衛(wèi)星逆向飛行，所以不建立通信鏈路)。對于相鄰軌道同序號衛(wèi)星，它們之間的相對位置和距離都隨著緯度位置而變化?？梢钥闯觯情g鏈路傳輸與地面?zhèn)鬏斢幸粋€明顯的區(qū)別，就是空間段衛(wèi)星間的距離已經(jīng)遠遠大于地面網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，一般在幾千km的量級。

通常慣用的TDD發(fā)送時隙長度為10ms。假設(shè)上述LEO衛(wèi)星星座的星間鏈路采用傳統(tǒng)的TDD模式，由于星間傳輸距離為3000～4500km，則傳輸時延為10～15ms，即通信一方發(fā)送信號時，信號經(jīng)過10ms到15ms才會到達接收方，那么接收方進入接收模式，對信號進行同步、搜索時，不僅運算量大，而且造成一定的資源浪費。為了避免這些問題，本實施例在設(shè)計星間鏈路TDD機制時，從另一角度出發(fā)，充分利用傳輸時延來簡化了TDD設(shè)計模式。其基本思想是：接收方將發(fā)送方的發(fā)送時隙也作為發(fā)送時隙，在時間軸上，統(tǒng)一的發(fā)送時隙正好與傳輸時延錯開，發(fā)送時隙結(jié)束后，再進入接收模式。

以兩顆衛(wèi)星為例，發(fā)送方為A，接收方為B。傳統(tǒng)TDD模式中，在發(fā)送時隙，發(fā)送方A發(fā)送，接收方B根據(jù)搜索窗范圍進行信號搜索、接收。而本 實施例中，如圖2所示，在發(fā)送時隙，通信雙方A和B均可以發(fā)送信號，由于二者傳輸距離遠，傳輸距離大于發(fā)送時隙的等效距離(即傳輸時延大于發(fā)送時隙的長度)，信號的接收時間實際落在了發(fā)送時隙外面，所以可以在發(fā)送時隙后，再同步進入接收模式。

本發(fā)明采用的TDD模式相比于傳統(tǒng)TDD模式，信號搜索窗的范圍不是依賴于通信雙方的絕對距離，而是雙方的通信距離相對變化量，可以大大減小搜索窗的范圍，減小運算量；同時對收發(fā)時隙定時同步的要求也大大降低，從而整體上降低了復(fù)雜度。

將以上兩方的TDD模式延伸到整個星座，需要整個星座時隙嚴格同步。由于所有衛(wèi)星是“同發(fā)同收”的模式，所以整個星座可以使用同一個頻點實現(xiàn)星際鏈路通信。

本實施例設(shè)置每個TDD時隙長度為25ms，發(fā)送時隙TxTs＝10ms，接收時隙RxTs＝15ms，即前10ms發(fā)送數(shù)據(jù)，后15ms接收經(jīng)過時間延遲的鄰星數(shù)據(jù)。因為星間距離小于4500km，傳輸時延小于15ms，所以接收時隙設(shè)置為15ms足夠信號到達，不會與下一個時隙發(fā)送信號沖突，這樣就利用信號的傳輸時延避免了收發(fā)干擾。

為了使得信號傳輸時延足夠大，兩顆衛(wèi)星之間的距離也必須足夠大。本實施例的同軌星間鏈路的直線距離足夠大，所以在衛(wèi)星飛行過程中可以一直保持連接；而對于鄰軌星間鏈路，在兩極附近不建立鄰軌星間鏈路，僅限定在南緯52°到北緯52°之間建立鄰軌星間鏈路，兩星之間的距離范圍是3100km～4100km，信號傳輸時延約10.3～13.7ms；方位角范圍是右前方40°～70°，以及左后方-110°～-140°,俯仰角范圍為-12°～-17°。如圖1所示，這樣每顆衛(wèi)星通常有四個星間鏈路，根據(jù)所處位置，也可能只有兩個或三個。圖1中左側(cè)上行衛(wèi)星在南半球飛行到-52°位置時開始與右前方衛(wèi)星建立星間鏈路，飛行到-40°位置時開始與左后方衛(wèi)星建立星間鏈路；衛(wèi)星在北半球飛行到40°位置時停止與右前方衛(wèi)星的連接，飛行到52°位置時停止與左后方衛(wèi)星的連接。衛(wèi)星越過北極下行飛行時同理。以衛(wèi)星201的星間鏈路建立為例：

衛(wèi)星201在軌運行一圈的過程中，與同軌前星202、后星210之間的通信鏈路始終保持連接；衛(wèi)星201在從南極附近向北飛行，到達南緯52°時，開始與第三軌道面衛(wèi)星301建立星間鏈路，到達南緯40°時，開始與第一軌道面衛(wèi) 星101建立星間鏈路；到達北緯40°時，斷開與衛(wèi)星301的星間鏈路；達北緯52°時，斷開與衛(wèi)星101的星間鏈路；衛(wèi)星201在從北極附近向南飛行，到達北緯52°時，再次與衛(wèi)星301建立星間鏈路；到達北緯40°時，再次與衛(wèi)星101建立星間鏈路；到達南緯40°時，斷開與衛(wèi)星301的星間鏈路；到達南緯52°時，斷開與衛(wèi)星101的星間鏈路。

星座內(nèi)所有衛(wèi)星在時隙的前10ms內(nèi)，同時向建立星間鏈路的衛(wèi)星發(fā)送信號，如圖3所示；而在時隙的后15ms內(nèi)，同時接收信號，如圖4所示。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括：ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。