一种多频时分多址卫星通信系统复合型上行功率控制方法.pdf

本发明公开了一种多频时分多址卫星通信系统复合型上行功率控制方法，它涉及卫星通信领域中功率控制技术。本发明采用了复合型上行功率控制技术，能有效保证网状组网通信下稳定可靠的链路通信质量，并有效解决了大小地球站混合网状组网通信以及雨衰等引起链路质量快速变化时的功率调整问题。本发明具有初始发送功率自动估计，入网稳定可靠，能快速跟踪链路衰减等优点。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复合型上行功率控制方法，其特征在于包括步骤：
①各卫星通信业务站根据接收到卫星通信主站发送的参考突发信号的信噪比以及卫星通信主站通过参考突发信号携带的主站状态信息，根据预置算法自动估计卫星通信业务站的初始发送功率；
②各卫星通信业务站根据各时分多址载波速率以及网内各大小类型的卫星通信业务站所处值守载波，根据预置算法自动预补偿在各个时分多址载波上的发送功率；
③卫星通信主站收集网内各大小类型的卫星通信业务站接收到的参考突发信号信噪比，根据预置规则分类处理，确定卫星通信主站发送参考突发信号的功率调整量；
④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信噪比；计算数据突发信号的信噪比与预置信噪比门限值的差值，根据差值的大小和预置算法，获得本站发送功率的调整步长，按照调整步长调整发送功率；
进行多频时分多址卫星通信系统复合型上行功率控制。

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复合型上行功率控制方法，其特征在于：第①步中所述的预置算法为
Pi_T=PM_T·GM_TGS_T×10((Eb/N0)mod-(Eb/N0)S_R)/10---(1)]]>
公式(1)中P_{l_T}为卫星通信业务站的初始发送功率，单位为瓦；P_{M_T}为卫星通信主站的发送功率，单位为瓦；G_{M_T}为卫星通信主站的天线发送增益；G_{S_T}为卫星通信业务站的天线发送增益；(E_b/N₀)_mod为卫星通信业务站的信噪比工作门限，单位为dB；(E_b/N₀)_{S_R}为卫星通信业务站接收到卫星通信主站发送的参考突发信号的信噪比，单位为dB。

3、  根据权利要求1所述的一种多频时分多址卫星通信系统复合型上行功率控制方法，其特征在于：第②步中所述的预置算法为
ΔDS_C=10lg(Rslave_elseRslave)+ηS_C---(2)]]>
公式(2)中ΔD_{S_C}为载波发送功率预补偿值；R_slave为卫星通信业务站所值守载波的速率；R_{slave_else}为卫星通信业务站预补偿载波发送功率的载波速率；η_{S_C}为预补偿载波发送功率载波的修正因子。

4、  根据权利要求1所述的一种多频时分多址卫星通信系统复合型上行功率控制方法，其特征在于：第④步中所述的预置算法为

公式(3)中P_adjust为发送功率调整步长，单位为dB；(E_b/N₀)_DATA为卫星通信业务站接收本站发送的数据突发信号的信噪比，单位为dB；(E_b/N₀)_mod为卫星通信业务站的信噪比工作门限，单位为dB。

一种多频时分多址卫星通信系统复合型上行功率控制方法
技术领域
本发明涉及多频时分多址(MF-TDMA)卫星通信领域中的上行功率控制方法，特别适用于基于卫星透明转发器通信的MF-TDMA网状组网系统中进行上行功率控制。
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。
然而，由于MF-TDMA卫星通信系统易于通过扩展载波数进行扩容，而且通过设置各载波的不同速率以支持大量不同大小类型地球站同网工作。地球站入网时，初始发送功率的不准确会导致难以入网或影响网内其它站正常工作。网络规模较大时，不同类型站及地域气候环境等影响到对参考突发的正常接收，主站需对参考突发的功率进行准确控制。网状组网通信中，通信链路环境变化差异较大，需要解决能够适应信道衰减快速变化的上行发送功率控制问题。
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一种组网通信质量稳定可靠的MF-TDMA卫星通信系统的复合型上行功率控制方法。本发明使用设计的上行功率控制方法，能有效保证网状组网通信下稳定可靠的链路通信质量，并有效解决了大小地球站混合网状组网通信以及雨衰等引起链路质量快速变化时的功率调整问题。本发明具有自动估算初始发送功率，节省人工操作，同时避免网内干扰；网络运行稳定可靠；能适应链路质量快速变化等特点。
本发明的目的是这样实现的，包括步骤：
①各卫星通信业务站根据接收到卫星通信主站发送的参考突发信号的信噪比以及卫星通信主站通过参考突发信号携带的主站状态信息，根据预置算法自动估计卫星通信业务站的初始发送功率；
②各卫星通信业务站根据各时分多址载波速率以及网内各大小类型的卫星通信业务站所处值守载波，根据预置算法自动预补偿在各个时分多址载波上的发送功率；
③卫星通信主站收集网内各大小类型的卫星通信业务站接收到的参考突发信号信噪比，根据预置规则分类处理，确定卫星通信主站发送参考突发信号的功率调整量；
④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信噪比；计算数据突发信号的信噪比与预置信噪比门限值的差值，根据差值的大小和预置算法，获得本站发送功率的调整步长，按照调整步长调整发送功率；
进行多频时分多址卫星通信系统复合型上行功率控制。
本发明第①步中所述的预置算法为
Pi_T=PM_T·GM_TGS_T×10((Eb/N0)mod-(Eb/N0)S_R)/10---(1)]]>
公式(1)中P_{i_T}为卫星通信业务站的初始发送功率，单位为瓦；P_{M_T}为卫星通信主站的发送功率，单位为瓦；G_{M_T}为卫星通信主站的天线发送增益；G_{S_T}为卫星通信业务站的天线发送增益；(E_b/N₀)_mod为卫星通信业务站的信噪比工作门限，单位为dB；(E_b/N₀)_{S_R}为卫星通信业务站接收到卫星通信主站发送的参考突发信号的信噪比，单位为dB。
本发明第②步中所述的预置算法为
ΔDS_C=10lg(Rslave_elseRslave)+ηS_C,---(2)]]>
公式(2)中ΔD_{S_C}为载波发送功率预补偿值；R_slave为卫星通信业务站所值守载波的速率；R_{slave_else}为卫星通信业务站预补偿载波发送功率的载波速率；η_{S_C}为预补偿载波发送功率载波的修正因子。
本发明第④步中所述的预置算法为

公式(3)中P_adjust为发送功率调整步长，单位为dB；(E_b/N₀)_DATA为卫星通信业务站接收本站发送的数据突发信号的信噪比，单位为dB；(E_b/N₀)_mod为卫星通信业务站的信噪比工作门限，单位为dB。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、本发明根据卫星通信主站参数、本站参数和预置算法，实现初始发送功率自动估计，入网稳定可靠。
2、本发明卫星通信主站对参考突发功率的按照预置算法进行控制，提高了网络运行的可靠性。
3、本发明采用变步长功率调整技术，能够适应链路衰减快速变化情况下的通信。
附图说明
图1是本发明的工作流程图。
图2是本发明的多载波帧结构示意图。
具体实施方式
参照图1、图2，本发明包括1、各卫星通信业务站初始发送功率自动估算，2、各载波间发送功率预补偿，3、卫星通信主站参考突发信号信噪比的确定的确定，4、各卫星通信业务站数据突发信号信噪比估算，5、变步长发送功率调整。
卫星通信主站通过参考突发下发本站参数信息，包括发送天线增益、功放增益、本站接收参考的信号信噪比等。各星通信业务站接收卫星通信主站发送的参考突发，根据接收到的卫星通信主站信息、收参考突发信号信噪比以及接收地球站的天线增益、功放增益等，按照给定的方法估算本站的初始发送功率。
MF-TDMA卫星通信系统为适应不同类型地球站组网通信的需求，各载波的速率不同。地球站在发送信号时根据互通关系及载波速率，预补偿各突发的发送功率。
设定地球站各类突发信号质量的门限。各地球站上报给主站所接收的参考突发信号质量情况，主站根据各类地球站报告的状况及所占百分比例等，相应的上调或下调参考突发的发送功率。
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。各地球站利用监视到的本站信号，估算信号质量，与门限进行比较获得差值，然后选择合适的步长进行发送功率调整。通过闭环方式检测发送功率调整的效果，然后根据效果继续进行变步长发送功率调整。
本发明工作流程如图1所示，图1是本发明的工作流程图，包括步骤如下：
①各卫星通信业务站根据接收到卫星通信主站发送的参考突发信号的信噪比以及卫星通信主站通过参考突发信号携带的主站状态信息，根据预置算法自动估计卫星通信业务站的初始发送功率。该步本发明预置算法为
Pi_T=PM_T·GM_TGS_T×10((Eb/N0)mod-(Eb/N0)S_R)/10---(1)]]>
公式(1)中P_{i_T}为卫星通信业务站的初始发送功率，单位为瓦；P_{M_T}为卫星通信主站的发送功率，单位为瓦；G_{M_T}为卫星通信主站的天线发送增益；G_{S_T}为卫星通信业务站的天线发送增益；(E_b/N₀)_mod为卫星通信业务站的信噪比工作门限，单位为dB；(E_b/N₀)_{S_R}为卫星通信业务站接收到卫星通信主站发送的参考突发信号的信噪比，单位为dB。
②各卫星通信业务站根据各TDMA载波速率以及网内各大小类型的卫星通信业务站所处值守载波，根据预置算法自动预补偿在各个TDMA载波上的发送功率；该步本发明预置算法为
ΔDS_C=10lg(Rslave_elseRslave)+ηS_C---(2)]]>
公式(2)中ΔD_{S_C}为载波发送功率预补偿值；R_slave为卫星通信业务站所值守载波的速率；R_{slave_else}为卫星通信业务站预补偿载波发送功率的载波速率；η_{S_C}为预补偿载波发送功率载波的修正因子。
③卫星通信主站收集网内各大小类型的卫星通信业务站接收到的参考突发信号信噪比，根据预置规则分类处理，确定卫星通信主站发送参考突发信号的功率调整量。实施例预置规则是超过10％的卫星通信业务站接收参考突发信噪比高于门限值3dB时，卫星通信主站发送参考突发信号的功率调整量为下调0.5dB；超过30％的卫星通信业务站接收参考突发信噪比低于门限值1dB时，卫星通信主站发送参考突发信号的功率调整量为上调0.5dB。
④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信噪比；计算数据突发信号的信噪比与预置信噪比门限值的差值，根据差值的大小和预置算法，获得本站发送功率的调整步长，按照调整步长调整发送功率；该步本发明预置算法为

公式(3)中P_adjust为发送功率调整步长，单位为dB；(E_b/N₀)_DATA为卫星通信业务站接收本站发送的数据突发信号的信噪比，单位为dB；(E_b/N₀)_mod为卫星通信业务站的信噪比工作门限，单位为dB。
进行多频时分多址卫星通信系统复合型上行功率控制。