[发明专利]基于OFDM和跨层设计的星载交换方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，特别涉及基于OFDM和跨层设计的卫星星载交换技术。

背景技术

卫星通信由于具有容量大、适于多种业务、覆盖面积广、通信质量高等优点已成为国际和国内通信的重要手段。GEO系统的频谱开始从C、Ku波段向更高容量的Ka波段过渡，Ka波段同步卫星网络一般利用星地之间的链路形成数字波束网络，产生多个点波束覆盖地面不同区域，这是因为Ka波段信号的自由空间传播衰减以及雨衰损耗比较大，减小波束宽度可以提高发射有效全向辐射功率(EIRP)，同时频率的空分复用进一步提高了系统容量。卫星存在多个点波束使得透明转发已不能有效利用系统资源，星载交换成为必然选择。目前多波束GEO星载交换可分为电路交换和分组交换两种，电路交换中有时分星载交换(SS/TDMA)、频分星载交换(SS/FDMA)、码分星载交换(SS/CDMA)。

SS/TDMA通过给同一个点波束下的不同业务分配不同的数据传输时隙，星上设备在点波束星地上行链路的不同数据传输时隙接收各个业务信号，并根据交换控制参数把业务信号放置在各个点波束下行链路的不同时隙上，转发到地面。SS/TDMA的相邻数据传输时隙之间要设置保护时隙，降低了频谱利用律，而且难以实现对数据传输时隙的统计复用，造成频谱资源浪费。

SS/FDMA通过给同一个点波束下的不同业务分配不同的数据传输子频带，星上设备在点波束星地上行链路的不同数据传输子频带接收各个业务信号，并根据交换控制参数把业务信号放置在各个点波束下行链路的不同数据传输子频带上，转发到地面。SS/FDMA的相邻数据传输子频带之间要设置保护频带，降低了频谱利用律，而且难以实现对数据传输子频带的统计复用，造成频谱资源浪费。

SS/CDMA通过给同一个点波束下的不同业务分配不同的扩频伪随机(PN)码，承载不同业务的点波束星地上行链路信号与星上本地PN码进行相关处理，提取出各个业务信号，并根据交换控制参数把各个业务信号放置在各个点波束下行链路，同时采用PN码对各个业务信号进行扩频处理，转发到地面。SS/CDMA由于使用的PN码具有非理想的自相关和互相关特性，不同业务信号会造成相互干扰。

SS/TDMA、SS/FDMA、SS/CDMA都难以实现对频谱资源的统计复用，且服务质量不高，但适应性强，不与具体的通信体制相关联，容易利用地面新技术构筑先进系统以满足新的通信业务需求。

目前多波束GEO星载分组交换采用的技术主要有卫星异步传输模式(ATM)交换技术、卫星IP交换技术、卫星多协议标签交换(MPLS)技术。星载卫星ATM、卫星IP、或卫星MPLS交换都基于星上基带处理，例如：星上ATM交换机把经过解调、信道译码后的基带信号以ATM信元的形式进行交换，通过对ATM信头中虚通道标识符/虚信道标识符(VPI/VCI)的翻译，选定路由，将ATM信元交换到目的端口。交换后的基带信号经过编码调制等后处理，映射到相应的波束发送出去。卫星ATM、卫星IP、或卫星MPLS交换能够实现对频谱资源的统计利用，但是都与具体的通信体制相关联，如果地面采用新技术构筑先进系统以满足新的通信业务需求，则星上体制也必须改变，适应性差。

OFDM技术是多载波调制(Multi-Carrier Modulation)的一种。其主要思想是，将频带分成若干正交子载波，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子载波上进行传输。正交子载波信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子载波之间的相互干扰(ICI)。每个子载波上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子载波上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子载波的带宽仅仅是原频带带宽的一部分，信道均衡变得容易。

跨层设计是为了应对无线通信信道的挑战，把网络7层协议功能统一考虑。根据各种业务的QoS需求，优化网络输出。另外，不同的应用可以从不同的优化中得到更多好处，随即出现了模糊层间界限的设计方案，称为跨层设计。

发明内容

本发明的目的在于克服已有星载交换技术的不足之处，提供一种基于OFDM和跨层设计的星载交换方法，该方法既能实现对频谱资源的统计复用，又不与具体通信体制相关联，具备良好的适应性，并可对传输业务提供QoS保证。

本发明提出的基于OFDM和跨层设计的星载交换方法，其特征在于，包括以下步骤：1)每个星上点波束与相应地面网关采用OFDM技术进行星地上下行链路业务传输；