本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信中的傳輸手段，具體是一種衛(wèi)星通信方法，涉及空間復用、頻分復用和極化復用相結合的傳輸方法，其目的在于保證大容量數據在星地饋電鏈路之間有效傳輸，可用作衛(wèi)星通信、測控等多個領域。

背景技術：

基于地面數字波束形成的衛(wèi)星通信的特點是星地饋電鏈路需要傳輸星上所有通道的數據，數據量較大。另外，由于星地無線信道大氣環(huán)境、電磁環(huán)境復雜，會使信道失真，要求失真引起的性能惡化滿足指標要求；由于成本、性能的限制，要求星上系統減小復雜度；由于星地饋電存在頻率資源受限的問題，應合理降低帶寬需求。解決基于地面數字波束形成的衛(wèi)星通信系統星地饋電鏈路大數據量信息的有效傳輸應綜合考慮以上各種因素，根據應用場景、實際條件，做出最佳的選擇。

常用的時分復用(TDM)傳輸體制，多個通道的信號分時經星地饋電無線信道傳輸。無論是前向鏈路還是返向鏈路，同一時刻均只傳一個通道的數據。這種傳輸方法缺點是星上需要控制設備和同步設備，同步精度要求高，數字信號處理量大且復雜。

對于碼分復用(CDM)傳輸體制，不同通道的信號用不同的偽碼進行擴頻調制傳輸，在接收端用一組相同的偽碼解擴處理，恢復出各通道信息。這種方法的缺點是發(fā)射端需要增加擴頻信號處理設備，同時，接收端需要增加擴頻信號解擴設備，整個通信系統信號處理復雜，并且CDM存在多址干擾，不利于實現。

技術實現要素：

基于地面數字波束形成的衛(wèi)星通信系統存在饋電鏈路需要傳輸星上所有通道數據的挑戰(zhàn)，傳統的TDM和CDM傳輸方法，存在數字信號處理復雜、同步精度高、控制復雜的問題，為了解決這一問題，本發(fā)明提出了一種衛(wèi)星通信方法。

本發(fā)明是這樣實現的，1.一種衛(wèi)星通信方法，其用于實現衛(wèi)星與中心控制器之間的N個通道數據的傳輸，每個通道數據帶寬相同為m MHz，該衛(wèi)星配備有星上發(fā)送端與衛(wèi)星接收端，該中心控制器配備有與該星上發(fā)送端相對應的M個地面站接收端和與該衛(wèi)星接收端相對應的M個地面站發(fā)射端；該星上發(fā)送端具有分別指向M個地面站接收端的M個發(fā)射天線和指向M個地面站發(fā)射端的M個接收天線，每個地面站也對應該星上發(fā)送端與衛(wèi)星接收端設置相同的1個接收天線和1個發(fā)射天線；該衛(wèi)星通信方法包括以下步驟：

把N個通道數據依次分成N/M個通道數據分別分配給M個發(fā)射天線；把每個發(fā)射天線上的N/M個通道數據再依次平均分為兩組，每組N/(2M)個通道數據；把前N/(2M)個通道數據進行頻分復用后，分別調制到中心頻點f₁+iΔ上，其中，f₁為起始頻率，i＝0，1，…，N/(2M)-1，Δ為相鄰頻率間隔；把后N/(2M)個通道數據進行頻分復用后，分別調制到中心頻點f₁+Δ/2+iΔ上；把對應同一個發(fā)射天線的兩組頻分復用信號分別進行上變頻射頻處理后，送入相應發(fā)射天線進行發(fā)射；

每個接收天線接收相應發(fā)射天線的兩組發(fā)射信號后，分別進行濾波、放大、變頻射頻處理；然后分別進行解頻分復用后分別得到N/(2M)個通道數據，共計N/M個通道數據。

作為上述方案的進一步改進，每個通道數據頻點間隔保留信號隔離帶寬。

作為上述方案的進一步改進，該發(fā)射天線與該接收天線均為雙極化天線，該雙極化天線取相應N/M個通道數據的一半通道數據為水平極化信號，另一半通道數據為垂直極化信號。

與現有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明采用頻分復用的傳輸方式，通過將不同通道信號的頻譜搬移到互不重疊的頻帶內實現頻率復用，和TDM和CDM傳輸方式相比，不需要復雜的同步設備、擴頻及解擴處理等數字信號處理設備、控制設備等，降低了系統的復雜度；

2、本發(fā)明頻分復用的方法，不同于TDM和CDM復用方式只能在數字域實現，頻分復用既可以在數字域上實現，也可以在模擬域上實現；

3、本發(fā)明采用空分+頻分+極化傳輸體制，使得系統帶寬大大減小，明顯降低了系統對頻譜資源的需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述衛(wèi)星通信方法的框架圖；

圖2為本發(fā)明所述的5個通道頻分復用圖；

圖3為本發(fā)明所述的水平極化和垂直極化示意圖；

圖4為本發(fā)明所述的極化復用示意圖；

圖5為本發(fā)明所述衛(wèi)星通信方法的框架圖的擴展圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的衛(wèi)星通信方法用于實現衛(wèi)星與中心控制器之間的N個通道數據的傳輸，每個通道數據帶寬相同為m MHz，該衛(wèi)星配備有星上發(fā)送端與衛(wèi)星接收端，該中心控制器配備有與該星上發(fā)送端相對應的M個地面站接收端和與該衛(wèi)星接收端相對應的M個地面站發(fā)射端；該星上發(fā)送端具有分別指向M個地面站接收端的M個發(fā)射天線和指向M個地面主占發(fā)射端的M個接收天線，每個地面站也對應該星上發(fā)送端與衛(wèi)星接收端設置相同的1個接收天線和1個發(fā)射天線。

該發(fā)射天線與該接收天線均為雙極化天線，該雙極化天線取相應N/M個通道數據的一半通道數據為水平極化信號，另一半通道數據為垂直極化信號。

該衛(wèi)星通信方法包括以下步驟。

一：把N個通道數據依次分成N/M個通道數據分別分配給M個發(fā)射天線；把每個發(fā)射天線上的N/M個通道數據再依次平均分為兩組，每組N/(2M)個通道數據；把前N/(2M)個通道數據進行頻分復用后，分別調制到中心頻點f₁+iΔ上，其中，f₁為起始頻率，i＝0，1，…，N/(2M)-1，Δ為相鄰頻率問隔；把后N/(2M)個通道數據進行頻分復用后，分別調制到中心頻點f₁+Δ/2+iΔ，上；把對應同一個發(fā)射天線的兩組頻分復用信號分別進行上變頻射頻處理后，送入相應發(fā)射天線進行發(fā)射。每個通道數據頻點間隔保留信號隔離帶寬。

二：每個接收天線接收相應發(fā)射天線的兩組發(fā)射信號后，分別進行濾波、放大、變頻射頻處理；然后分別進行解頻分復用后分別得到N/(2M)個通道數據，共計N/M個通道數據。

接下去進行詳細的舉例說明。

實施例1：

本發(fā)明的一個實施例是衛(wèi)星具有20個通道數據需要傳輸到地面，每個通道數據帶寬相同為6MHz，星上具有兩個發(fā)射天線，分別指向地面站1和地面站2，參見圖1。星上首先把20個通道中的前10個分配給發(fā)射天線1，把后10個分配給發(fā)射天線2；然后，把天線1上的10個通道再平均分為兩組，每組5個通道，把前5個通道信號使用頻分復用1進行頻分復用，分別調制到中心頻點(f₁+iΔ，0.，i＝0 1，…，4)上，考慮信號之間的頻帶保護間隔，Δ取為10MHz，把后5個通道信號使用頻分復用2進行頻分復用，為了增加兩組信號的隔離度，把后五個通道分別調制到中心頻點(f₁+Δ/2+iΔ，i＝0，1，…，4)上，最后把兩組頻分復用信號進行上變頻等射頻處理，然后送入水平和垂直發(fā)射雙極化天線1進行發(fā)射；后10個通道也進行同樣的處理，在水平和垂直發(fā)射雙極化天線2進行發(fā)射；地面站1的接收雙極化天線1接收發(fā)射天線1的信號，對水平和垂直極化信號分別進行濾波、放大、變頻等射頻處理，然后進行解頻分復用，分別得到5個通道的信號，共計10個通道的信號；同時，地面站2的接收雙極化天線2接收星上發(fā)射雙極化天線2的信號，對水平和垂直極化信號分別進行濾波、放大、變頻等射頻處理，然后進行解頻分復用，分別得到5個通道的信號，共計10個通道的信號；最后，兩個地面站的通道信號送入中心控制器，中心控制器可以得到20個通道的信號。

本系統中5個通道的信號經過頻分復用1后的頻域分布如圖2所示，每個通道中心頻點等間隔分布，相鄰頻點間隔10MHz，信號帶寬6MHz，留有4MHz的保護間隔。本系統進入發(fā)射雙極化天線1的兩個極化方向的信號頻譜分布圖如圖3所示，兩個極化方向的信號中心頻點相差5MHz，可以達到更好的隔離效果。水平和垂直極化信號采用極化器復用，如圖4所示。本系統20個通道數據的傳輸占用的頻率資源為51MHz，遠遠小于20個通道數據的總帶寬120MHz。

本系統采用頻分復用時，無論是在發(fā)射端把多通道信號組合成一路，還是在接收端解頻率復用，將一路信號恢復成原始的多個通道信號，都需要多個本振頻率點實現多路信號頻譜的搬移。為了減小多普勒頻移的影響，星上和地面的本振頻率采用同一基準。

相對TDM和CDM復用方式，本實施例采用空間復用+頻分復用+極化復用的新型傳輸體制，實現結構簡潔明了，系統結構簡單，沒有復雜的數字信號處理及高精度同步需求，易于實現，穩(wěn)定可靠，適用于星地饋電信號傳輸。

實施例2：

本發(fā)明的另一個實施例是饋電鏈路前向傳輸，星上共有3個指向不同地面站的接收天線，地面有3個地面站，地面共有180個通道數據需要傳輸到星上，每個通道數據帶寬相同為10MHz，參見圖5。地面中心控制器首先把180個通道平均分配給3個地面站，每個地面站負責60個通道的數據信息發(fā)送；地面站1把60個通道再平均分為兩組，每組30個通道，把前30個通道信號使用頻分復用①進行頻分復用，分別調制到中心頻點(f₁+iΔ，i＝0，1，…，29)上，考慮信號之間的頻帶保護間隔，Δ取為15MHz，把后30個通道信號使用頻分復用②進行頻分復用，為了增加兩組信號的隔離度，把后五個通道分別調制到中心頻點(f₁+Δ/2+iΔ，i二0，1，…，29)上，最后把兩組頻分復用信號進行上變頻等射頻處理，然后送入地面站①的水平和垂直發(fā)射雙極化天線①進行發(fā)射；地面站②和地面站③分別對所屬的60個通道數據進行和地面站①同樣的處理，并使用各自的發(fā)射雙極化天線向衛(wèi)星發(fā)射；衛(wèi)星接收端的接收雙極化天線①接收到地面站①的信號，對水平和垂直極化信號分別進行濾波、放大、變頻等射頻處理，然后進行解頻分復用，分別得到30個通道的信號，共計60個通道的信號；同時，衛(wèi)星接收端的接收雙極化天線②接收到地面站②的信號，對水平和垂直極化信號分別進行濾波、放大、變頻等射頻處理，然后進行解頻分復用，分別得到30個通道的信號，共計60個通道的信號；同時，衛(wèi)星接收端的接收雙極化天線③接收到地面站③的信號，對水平和垂直極化信號分別進行濾波、放大、變頻等射頻處理，然后進行解頻分復用，分別得到30個通道的信號，共計60個通道的信號；最后，星上后端共得到180個通道的信號。

本系統中的頻分復用示意圖和雙極化頻分復用的關系，可以由實施例1簡單推演得到，不再贅述。使用本發(fā)明方案后傳輸180個通道占用的頻率資源為452.5MHz，遠遠小于180個通道的總帶寬為1.8GHz，本方案所需頻率資源大大減小。

本系統采用頻分復用時，無論是在發(fā)射端把多通道信號組合成一路，還是在接收端解頻率復用，將一路信號恢復成原始的多個通道信號，都需要多個本振頻率點實現多路信號頻譜的搬移。為了減小多普勒頻移的影響，星上和地面的本振頻率采用同一基準。

相對TDM和CDM復用方式，本實施例采用空分復用+頻分復用+極化復用的新型傳輸體制，實現結構簡潔明了，系統結構簡單，沒有復雜的數字信號處理及高精度同步需求，易于實現，穩(wěn)定可靠，適用于星地饋電信號傳輸。

以上所述僅為本發(fā)明的較桂實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。