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宽带卫星通信系统RSM-A空中接口设计(三)
日期:2010-1-15 10:53:21 阅读:   来源:冯少栋 秦长路

作为卫星通信的重要发展方向,宽带卫星通信日益受到人们的重视,2004年起,欧洲标准化组织ETSI相继出台了一系列宽带卫星通信的标准,为宽带卫星通信系统的设计提供指导与参考。其中基于星上再生处理的网状卫星系统(REGENERATIVE SATELLITE MESH RSM-A)采用星上再生式处理转发技术,可实现网内用户终端之间的单跳通信,目前已在休斯公司研制的宽带卫星通信系统SPACEWAY3上成功应用。

下行链路设计

1、下行链路超帧结构设计

下行链路超帧结构,每个超帧以导频时隙中的伪随机序列作为起始,每一超帧中只包含一个周期的伪随机序列。卫星保持着一个TOD(TIME OF DAY)计数器,以超帧的长度间隔进行计数,卫星通过其传输的信号发布超帧计数器的值。

2、下行链路载波模式设计

下行链路采用一个下行高速率载波,该载波采用两种极化方式,系统通过在不同波束使用独立的极化方式达到频率的复用。下行链路中的导频、广播、空闲、PTP时隙的极化方式与上行链路相互独立。

另外,根据时隙类型不同,下行链路的传输速率分为1/3、1/4速率及全速率:

1)1/3速率:SPS(即调制器的I和Q分量的符号速率为BPSK SPS)

2)1/4速率:100*SPS(即调制器的I和Q分量的符号速率为100*BPSK SPS)

3)全速率:400*SPS(即调制器的I和Q分量的符号速率为400*BPSK SPS)

用户终端发送频率可在上行链路子带范围内进行切换(即跳频),切换时间不超过3MS,误差范围在30HZ以内。

用户终端在接收时可以在不同下行链路速率模式之间进行切换,切换时间不超过6S。并且用户终端还可以进行极化方式的切换,时间也不超过6S。

载波模式的切换发生在空闲时隙,空闲时隙内还可以进行极化方式的切换。

另外下行链路载波极化方式的切换发生在导频和广播时隙之间。

3、帧结构设计

下行链路载波帧结构设计,帧长为3MS,每一帧由导频时隙、广播时隙、空闲时隙及点对点时隙(PTP)组成。

导频时隙中包括传输周期为0.768S伪随机序列的一部分,主要用于用户终端与卫星的时间同步,以及上下行链路帧计数器的同步。

导频时隙之后为广播时隙,根据广播模式不同其长度为PTP时隙的3或4倍长,相应的速率为PTP的1/3或1/4。该时隙通过赋型波束向卫星整个或部分覆盖区进行广播。

空闲时隙位于广播时隙之后,每帧只出现一次,用于实现特定的系统功能。

除此之外,剩下均为点对点(PTP)传输时隙(一直编号直137)。PTP时隙可用于向下行链路单个波束小区的单播及向上行链路点波束小区对应的7个下行波束小区的组播。

在整个下行链路帧中,各时隙传输的速率各不相同,其中PTP时隙为全速率(400MBPS)传输,导频时隙、空闲时隙以1/3速率传输,在广播时隙以1/3或1/4全速率传输。由于广播时隙速率有两种可选项(1/3或1/4全速率),因此下行链路帧中广播时隙数是可变的,剩下的时隙被分配给PTP。

4、下行链路突发设计

由于下行链路为广播方式,所以以较大TDM突发方式进行传输TDM突发的基本结构和形成过程:来自上层的RSM-A分组每两个一组形成下行链路MAC数据包,将这些MAC数据包的净荷进行加扰并进行RS编码,然后每6个码块进行交织,交织过后的码块进行卷积编码,编码过后在前面添加独特字封装在一个TDM突发。

2.5加扰及封装

一个MAC数据包由两个RSM-A分组构成,每个分组由8字节分组头和100字节的信息位构成。加扰仅针对信息位进行,信息位是由用户终端或者卫星产生,分组头部分不进行加扰。

2.6编码

编码主要经过下面三个步骤:

外码:基于MAC数据包进行RS编码(236,216)。

交织:编码后每6个码块进行交织。

内码:经过交织后的码块进行2/3率的卷积编码。

外码经交织后被分为四个独立的数据流,每一部分总共包含2838BITS(包括354BYTES及6位对齐比特),然后对其分别进行内编码得到4257BITS。

2.7突发成形

下行链路采用TDM突发形式。主要有两种时隙类型:广播时隙及点对点(PTP)时隙。每个时隙由起始的保护时间及突发构成。突发包括独特字和数据字段。

各时隙突发结构如下:

突发长度配置如下:

为了减小交叉极化干扰带来的干扰,下行链路TDM也采用了独特字的方法进行标识。为了保证系统能够支持两颗卫星,下行链路可选的独特字为22个,其中

1)导频时隙分配2个(两个极化方向各1个)

2)广播时隙和空闲时隙分配2个(每极化方向各1个)

3)点对点时隙分配14个(每极化方向各7个,对应7个下行波束小区)

4)其他4个为第二颗个卫星的广播/空闲和导频时隙预留

独特字长度配置如下:

在广播和点对点突发中,数据字段为6个交织码块,每个数据字段含12个RSM-A分组。在空闲突发中,数据字段为PN数据序列。

2.8调制

下行链路采用QPSK调制。

2.9下行链路功率控制

由于下行链路会受降雨影响,下行链路功率控制(DPLC)通过向受降雨影响的波束增加功率以保证链路的有效性。

结束语

RSM-A系统下行链路采用TDM方式,根据需求不同,不同时隙采用不同的速率,其中广播时隙对可靠性要求较高,因此采用相对较低的速率,而点对点时隙对传输速率要求较高,因此采用相对较高的速率。