一种多频时分多址卫星通信系统分布式频率控制方法.pdf

本发明公开了一种多频时分多址卫星通信系统分布式频率控制方法，涉及卫星通信领域中的全网频率控制技术。它采用基于主站接收频率为基准的分布式全网频率控制，在有效消除全网内各站时钟差引起的频率漂移以及卫星转发信号引起的频差，保障全网可靠运行的基础上，有效降低了主站的复杂度，并提高了网络内各站的自主运行控制能力。本发明具有实现简单、运行可靠的优点，特别适用于基于卫星透明转发器通信的多频时分多址网状组网系统。

1、  一种多频时分多址卫星通信系统分布式频率控制方法，其特征在于包括步骤：
①卫星通信主站自发自收本站发送的参考突发信号，利用参考突发信号校正卫星通信主站的发送频率；
②卫星通信主站通过发送参考突发信号向卫星通信系统内各卫星通信业务站下发卫星通信主站的发送频率偏差信息；
③各卫星通信业务站接收卫星通信主站发送的参考突发信号，获得参考突发信号的接收频率偏差和参考突发信号信息中携带的卫星通信主站发送频率偏差信息；
④各卫星通信业务站的接收频率根据获得参考突发信号的接收频率偏差进行调整，调整后的接收频率为卫星通信业务站的接收频率与获得参考突发信号的接收频率偏差之和值；
⑤各卫星通信业务站根据获得参考突发信号的接收频率偏差与卫星通信主站发送频率偏差得到卫星通信业务站发送频率的预补偿值，预补偿值为获得参考突发信号的接收频率偏差乘以预置值后与卫星通信主站发送频率偏差的差值，卫星通信业务站预补偿后的发送频率为卫星通信业务站的发送频率与预补偿值的差值；
⑥各卫星通信业务站接收本站发送的数据突发信号，获得数据突发信号的频率偏差；计算数据突发信号的频率偏差与预置频率偏差门限值的差值，根据差值的大小和预置算法，获得本站发送频率偏差的调整量，按照频率偏差的调整量调整发送频率；
进行多频时分多址卫星通信系统分布式频率控制。

2、  根据权利要求1所述的一种多频时分多址卫星通信系统分布式频率控制方法，其特征在于：第⑥步中所述的预置算法为
Δf_T＝η×int(Δf，100)       (1)
公式(1)中Δf_T为频率偏差调整量，单位为赫兹；η为调整因子，多频时分多址卫星通信系统工作在Ku频段时η＝1.2，工作在Ka频段时η＝1.5；int(a，b)表示数值a除以b的整数部分；Δf为数据突发信号的频率偏差与预置频率偏差门限值的差值，单位为赫兹。

一种多频时分多址卫星通信系统分布式频率控制方法
技术领域
本发明涉及多频时分多址(MF-TDMA)卫星通信领域中的频率控制方法，特别适用于基于卫星透明转发器通信的MF-TDMA网状组网系统。
背景技术
MF-TDMA卫星通信系统具有灵活的接入和交换能力，灵活的网络结构和虚拟子网能力，高效的卫星资源利用率和网络扩展能力，可以较好地满足中速率节点间以及以数据业务为主的用户间组网通信，在国内外卫星通信中逐渐被广泛应用，它是一种采用频分和时分相结合的二维多址方式，利用频率跳变发送和接收、变速率以及虚电路技术可以实现大小终端间针对业务种类及站型的灵活组网。
MF-TDMA卫星通信系统中一般采用集中式频率控制技术。集中控制方式下，由主站接收各业务站发送信号获得频率偏差，然后通过参考突发下发给各业务站，实现主站辅助式的闭环频率调整。然而其不足是在网络规模较大时，主站处理信息量较大，实现复杂，各业务站频率控制的实现完全依赖于主站，不利于各业务站的自主运行控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景技术中的不足之处而提供了一种分布式频率控制下卫星通信主站实现简单，各业务站能自主运行的MF-TDMA卫星通信系统分布式频率控制的方法。本发明使用设计的基于主站接收频率为基准的分布式全网频率控制方法，利用MF-TDMA卫星通信系统的载波跳变发送与接收、以及值守载波设置的特点，各地球站可以监视到部分本站发送给其它站的突发信号。各站通过比较本站发送信号频偏与主站发送的参考突发信号频偏间的差值，调整本站发送频偏，实现各站的自主控制。
本发明还具有降低主站复杂度和提高网络内各业务站自主运行控制能力，还能使整个网络运行可靠性提高，成本降低，制造设计简易等特点。
本发明的目的是这样实现的，包括步骤：
①卫星通信主站自发自收本站发送的参考突发信号，利用参考突发信号校正卫星通信主站的发送频率；
②卫星通信主站通过发送参考突发信号向卫星通信系统内各卫星通信业务站下发卫星通信主站的发送频率偏差信息；
③各卫星通信业务站接收卫星通信主站发送的参考突发信号，获得参考突发信号的接收频率偏差和参考突发信号信息中携带的卫星通信主站发送频率偏差信息；
④各卫星通信业务站的接收频率根据获得参考突发信号的接收频率偏差进行调整，调整后的接收频率为卫星通信业务站的接收频率与获得参考突发信号的接收频率偏差之和值；
⑤各卫星通信业务站根据获得参考突发信号的接收频率偏差与卫星通信主站发送频率偏差得到卫星通信业务站发送频率的预补偿值，预补偿值为获得参考突发信号的接收频率偏差乘以预置值后与卫星通信主站发送频率偏差的差值，卫星通信业务站预补偿后的发送频率为卫星通信业务站的发送频率与预补偿值的差值；
⑥各卫星通信业务站接收本站发送的数据突发信号，获得数据突发信号的频率偏差；计算数据突发信号的频率偏差与预置频率偏差门限值的差值，根据差值的大小和预置算法，获得本站发送频率偏差的调整量，按照频率偏差的调整量调整发送频率；
进行多频时分多址卫星通信系统分布式频率控制。
本发明第⑥步中所述的预置算法为：
Δf_T＝η×int(Δf，100)            (1)
公式(1)中Δf_T为频率偏差调整量，单位为赫兹；η为调整因子，多频时分多址卫星通信系统工作在Ku频段时η＝1.2，工作在Ka频段时η＝1.5；int(a，b)表示数值a除以b的整数部分；Δf为数据突发信号的频率偏差与预置频率偏差门限值的差值，单位为赫兹。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、本发明采用的分布式频率控制技术有效降低了主站的复杂度。
2、本发明采用的分布式频率控制技术提高了网络内各业务站的自主运行控制能力。
3、本发明采用的分布式频率控制技术使网络运行可靠性提高，成本降低，制造设计简易。
附图说明
图1是本发明工作流程图。
图2是本发明多载波帧结构示意图。
具体实施方式
参照图1、图2，本发明主要包括1、主站校正参考突发频偏；2、各站预补偿发送频率；3、各站自主控制调整发送频率。
系统以主站接收频率为基准，主站自发自收参考突发，校正发送频率，直到接收到的参考突发频偏小于设定值为止。
主站通过参考突发下发本站发送频率偏差。各站接收参考突发，估计参考突发频偏，利用该估计的参考突发频偏以及主站下发的频偏值，预补偿发送频率，以消除卫星转发器以及站间时钟差引起的频偏。
在正常通信过程中，利用MF-TDMA卫星通信系统的载波跳变发送与接收、以及值守载波设置的特点，各地球站可以监视到部分本站发送给其它站的突发信号，多载波帧结构如图2所示，图2是本发明多载波帧结构示意图。各站利用值守载波监视部分发送给其它站的突发信号，并估计本站发送信号的频偏。利用本站发送信号的频偏以及参考突发频偏间的差值，不同修正本站的发送频率，实现各站的自主闭环频率控制。
本发明工作流程如图1所示，图1是本发明工作流程图，包括步骤如下：
①卫星通信主站自发自收本站发送的参考突发信号，利用参考突发信号校正卫星通信主站的发送频率。
②卫星通信主站通过发送参考突发信号向卫星通信系统内各卫星通信业务站下发卫星通信主站的发送频率偏差信息。
③各卫星通信业务站接收卫星通信主站发送的参考突发信号，获得参考突发信号的接收频率偏差和参考突发信号信息中携带的卫星通信主站发送频率偏差信息。
④各卫星通信业务站的接收频率根据获得参考突发信号的接收频率偏差进行调整，调整后的接收频率为卫星通信业务站的接收频率与获得参考突发信号的接收频率偏差之和值。
⑤各卫星通信业务站根据获得参考突发信号的接收频率偏差与卫星通信主站发送频率偏差得到卫星通信业务站发送频率的预补偿值，预补偿值为获得参考突发信号的接收频率偏差乘以预置值η后与卫星通信主站发送频率偏差的差值，卫星通信业务站预补偿后的发送频率为卫星通信业务站的发送频率与预补偿值的差值，其中预置值η为调整因子，多频时分多址卫星通信系统工作在Ku频段时η＝1.2，工作在Ka频段时η＝1.5。
⑥各卫星通信业务站接收本站发送的数据突发信号，获得数据突发信号的频率偏差；根据预置算法计算频率偏差调整量，按照频率偏差的调整量调整发送频率；该步本发明预置算法为
Δf_T＝η×int(Δf，100)            (1)
公式(1)中Δf_T为频率偏差调整量，单位为赫兹；η为调整因子，多频时分多址卫星通信系统工作在Ku频段时η＝1.2，工作在Ka频段时η＝1.5；int(a，b)表示数值a除以b的整数部分；Δf为数据突发信号的频率偏差与预置频率偏差门限值的差值，单位为赫兹。
进行多频时分多址卫星通信系统分布式频率控制。