[发明专利]基于多波束GEO卫星的宽带移动通信方法及系统

摘要

本发明公开一种基于多波束GEO卫星的宽带移动通信方法，主要方法为星上设备与地面站设备之间的NG+1条双向馈送链路采用Ka频段点波束实现NG+1次空分复用；星上设备与NT个移动用户终端之间的NB条双向用户链路，基于NB波束卫星天线形成有NB个小区的蜂窝网，并以4小区族方式实现NB/4次空分复用共享260MHz带宽资源。本发明还公开一种基于多波束GEO卫星的宽带移动通信系统。本发明NT个移动用户终端中任意一个都既可为一个独立的多媒体通信终端，也可为一个与公众因特网相联的局域网，都可通过本系统的卫星链路访问远处网址，本发明能为多种交通工具上大量人员提供类似于4G移动通信水平的因特网业务。

主权项

一种基于多波束GEO卫星的宽带移动通信方法，其特征在于：位于GEO卫星上的星上设备(2)与地面站设备之间通过(NG+1)条双向馈送链路双向通信，且星上设备(2)与NT个移动用户终端(3)之间通过NB条双向用户链路进行双向通信；NG、NT和NB均为正整数，NG≥2，NB＝69～200；所述地面站设备包括一个网络控制中心(1‑1)和NG个关口站(1‑2)；所述双向馈送链路包括上行馈送链路和下行馈送链路，(NG+1)条所述双向馈送链路均采用Ka频段点波束进行数据传输，并实现(NG+1)次空分复用；所述双向用户链路包括用户上行链路和用户下行链路，NB条所述双向用户链路均采用用户链路波束进行数据传输，所述用户链路波束为X频段波束、Ku频段波束或Ka频段波束；所述星上设备(2)与NT个所述移动用户终端(3)采用由卫星天线波束形成的蜂窝网络进行双向数据传输，所述蜂窝网络所采用频带的带宽为260MHz且该频带划分为4个65MHz带宽的子频带，4个所述子频带的频率均不相同；所述蜂窝网络共划分为NB个蜂窝小区，每个所述蜂窝小区均对应于NB条所述双向用户链路中的一条双向用户链路，每4个相邻的蜂窝小区构成一个小区族，NB个所述蜂窝小区分属于NB/4个小区族，每个所述小区族中均包含4个所述蜂窝小区，且每个所述小区族中的4个所述蜂窝小区分别采用4个所述子频带进行数据传输，从而使260MHz带宽的频率资源实现NB/4次空分复用；NB个所述用户双向链路中的各用户上行链路均通过一条65MHz带宽的信道传输26个2.5MHz带宽的子带信号，所述子带信号为移动用户终端(3)需发送至星上设备(2)的信号，65MHz带宽的信道分为26个分别供26个所述子带信号传输的子带信道，且每个所述用户上行链路均包含26个所述子带信道；每个子带信道以Tf毫秒的帧周期，每帧划分为Ns个时隙进行信息传输，其中Tf＝5～20，Ns＝8～16；NB个所述用户双向链路中的每条用户下行链路各通过一条65MHz带宽的信道传输数据；NT个所述移动用户终端(3)共用NB条所述双向用户链路进行数据传输，NT＝(Ns‑1)×26×NB；所述用户上行链路的数据传输过程如下：步骤101、信号上传：每个蜂窝小区中的(Ns‑1)×26个移动用户终端(3)通过所述用户上行链路以MF‑TDMA方式发送信号，传送至星上设备(2)；移动用户终端(3)发送信号为IP数据流的信号；步骤102、星上信号分接及处理：所述星上设备(2)以MF‑TDMA方式对步骤101中每条用户上行链路所传送的(Ns‑1)×26个用户信号进行频分分接与时分分接处理；每帧中除第1个时隙的信号之外，其余(Ns‑1)个时隙的信号均送入程控交换模块(2‑1)进行程控交换；每帧中第1个时隙的信号以同步码分多址方式接入，并经解扩、解调和译码后，送入IP路由器(2‑2)进行IP交换；所述用户下行链路的数据传输过程如下：步骤201、星上数据转换及调制：对IP路由器(2‑2)输出的需传送至移动用户终端(3)的IP数据流进行转换形成IP‑over‑DVB‑S格式的数据流，再进行数字调制；步骤202、信号下传：将步骤201中数字调制所得信号通过所述用户下行链路发送至对应的移动用户终端(3)；每个蜂窝小区所对应的一条所述用户下行链路的带宽均为65MHz；所述上行馈送链路的数据传输过程如下：步骤301、信号上传：通过所述上行馈送链路，将网络控制中心(1‑1)或关口站(1‑2)所发送的信息以IP‑over‑SDH格式传送至星上设备(2)；每条所述上行馈送链路的总带宽为WuMHz，Wu＝65×NB/[(NG+1)η]，其中η为网络控制中心(1‑1)或关口站(1‑2)所用数字调制方式的频带利用率与用户下行链路所用数字调制方式的频带利用率之比；步骤302、星上信号接收及处理：所述星上设备(2)接收到步骤301中网络控制中心(1‑1)或关口站(1‑2)所传输的信号后，先进行解调和译码，再送入IP路由器(2‑2)进行IP交换；所述下行馈送链路的数据传输过程如下：步骤401、星上多路信号的复接及调制：对程控交换模块(2‑1)输出的需传送至地面站设备(1)的多个用户的基带复包络信号，以及IP路由器(2‑2)输出的需传送至地面站设备(1)的IP数据流经数字调制所得的基带复包络信号，进行MF‑QOTDM复接后，再进行多载波调制；每条所述下行馈送链路各调制为NB/(NG+1)个载波调制的QOTDM信号，每个QOTDM信号均由26个2.5MHz带宽的基带复包络信号复接而成，且每个QOTDM信号的带宽为65MHz，其中每个基带复包络信号中含有(Ns‑1)个MF‑TDMA信号；其中，MF‑QOTDM为多频带QOTDM，MF‑QOTDM传输方法为多频带QOTDM传输方法；进行MF‑QOTDM复接时，所采用的复接方法为所述QOTDM传输方法中所用的复接方法；所述QOTDM传输方法，包括发端和收端，其过程如下：发端步骤：1)输入端先以N·Fs样点/秒的采样速率对这N个连续信号的解析信号轮流地采样，实现样点交织时分复接，其中2B＜Fs＜3B；2)在上述样点交织时分复接信号的每帧N个复数样点的中间插入M个样点的同步和导频序列，得到一个样点速率为(N+M)·Fs复数样点序列；3)采用正交幅度调制QAM法，将上述复数样点序列调制为一个带宽为(1+α)(N+M)·Fs赫兹连续信号，其中波形成形滤波器按照奈奎斯特第一准则设计为零相移FIR滤波器，其频率响应近似为平方根升余弦特性，α为其滚降系数，0＜α＜1；收端步骤：1)收端将收到的信号进行正交下变频，并采用锁相环纠正频偏和相偏而得到“零中频”复数字信号后，用一个幅‑频特性与发端波形成形滤波器相同的信道匹配滤波器对所述“零中频”复数字信号进行滤波；2)采用一种基于多相滤波器的帧同步环，实现帧同步和采样点同步的精确定时；3)进行样点交织时分分接，输出样点速率都为Fs样点/秒的N个复数样点序列；步骤402、信号下传与接收处理：通过所述下行馈送链路，将步骤401中复接和调制所得信号传送至对应的网络控制中心(1‑1)或关口站(1‑2)；然后，在网络控制中心(1‑1)或关口站(1‑2)中进行多载波解调和QOTDM分接处理，每条所述下行馈送链路进行NB/(NG+1)个载波解调，每个载波解调结果再进行QOTDM分接，各得到26个基带复包络信号；每个基带复包络信号再进行时分分接，各得到8个复基带信号；再对所得复基带信号分别进行解调译码。