CN110519723A - 一种卫星与终端设备在双工多频段的通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星与终端设备在双工多频段的通信方法，包括从***M个双工频段中选一个作为锚定频段，并在锚定频段的下行链路上传输频段配置信息；根据频段配置信息，M个频段可配置为上行链路、下行链路、设备到设备(D2D)、闲置4种状态。典型地，锚定频段可配置为上行链路与下行链路时分复用；锚定频段中配置为上行链路的时段，其余频段中选N个频段配置为上行链路，剩余M‑1‑N个频段配置为如D2D；锚定频段配置为下行链路的时段，其余频段中选L个频段配置为下行链路，剩余M‑1‑L个频段配置为如D2D。该方案无需卫星收发机同时工作，避免了多频段***中因频段间隔不足而导致的收发机间干扰，简化了卫星收发机设计复杂度并减轻了卫星负荷。

Description

一种卫星与终端设备在双工多频段的通信方法
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种适用于卫星与终端设备在双工多频段的通信方法。
背景技术
当前，有一种为实现E-航海(e-Navigation)的卫星与船舶的通信***——甚高频(VHF,Very High Frequency)数据交换***(VDES，VHF Data ExchangeSystem)。
VDES中基于低轨(LEO，Low Earth Orbiting)卫星的天基数据交换部分，也即VDE-SAT用于支持全球范围的船舶与卫星间的双向通信。VDES***向国际电信联盟(ITU，International Telecommunication Union)申请用于卫星与船舶通信的频段处于VHF海事移动频段，包括多个非连续的频段，使用FDD工作模式(即所有频段均为单工频段，一部分用作上行，其他用作下行)。由于这些频段之间没有足够的分离间隔，若采用FDD全双工通信方式，发射机的能量可能直接泄露到接收机(out of band emissions)，造成上下行链路间的交叉干扰，这就要求收发机一方面具有高性能的带通滤波器，另一方面发射机和接收机间具有较远的空间上隔离，而这两点在载荷和尺寸大小均有限制的卫星(尤其是LEO小型卫星)上难以实现。
因此，在这种频段模式下，VDE-SAT现实上只能采用半双工通信方式，通过避免发射机和接收机在同一时间工作来避免上下行链路间的交叉干扰。然而，FDD半双工通信方式使得半数频谱闲置，频谱利用率低。具体来说，在任一时段内，用于上行链路传输的频段得以使用时，用于下行链路传输的频段就被闲置；反之亦然。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于解决VDE-SAT采用FDD通信方式导致现实中不得不采用半双工而引起的频谱利用率低的问题。
技术方案：为了实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：
一种卫星与终端设备在双工多频段的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)从***的M个双工频段中任意选取一个作为锚定频段，并在锚定频段的下行链路上传输频段配置信息；
2)根据频段配置信息，在各个频段上分时轮流进行信息传输及闲置的配置，信息传输包括上行链路传输、下行链路传输和D2D(设备到设备间)通信。
进一步地，所述步骤1)中，***的频段配置信息进行周期性的广播，当前传输的频段配置信息用于对当前周期时段中的各个频段进行配置。
进一步地，所述步骤2)中，在锚定频段上进行上行链路传输的时段，在其余M-1个频段中选取N个频段进行上行链路传输，其中N为满足0≤N≤M-1的整数。
进一步地，所述步骤2)中，在锚定频段上进行下行链路传输的时段，在其余M-1个频段中选取L个频段进行下行链路传输，其中L为满足0≤L≤M-1的整数。
进一步地，其余M-1个频段中未被用于上行链路传输的M-1-N个频段用于D2D通信和闲置中的一种。
进一步地，其余M-1个频段中未被用于下行链路传输的M-1-L个频段用于D2D通信和闲置中的一种。
有益效果：本发明与现有技术相比：
本发明无需卫星收发机同时工作，避免了多频段***中因频段间隔不足而导致的收发机间干扰，简化了卫星收发机设计复杂度并减轻了卫星负荷。
附图说明
图1为VDES***目前向ITU申请用于卫星与船舶通信的FDD频段示意图；
图2为FDD半双工通信配置示意图；
图3为本实施例提出的VDES***用于卫星与船舶通信的频段模式示意图；
图4为实施例1提供的VDE-SAT中卫星与船舶在双工多频段的通信方式示意图；
图5为实施例2提供的VDE-SAT中卫星与船舶在双工多频段的通信方式示意图。
图6为实施例3提供的VDE-SAT中卫星与船舶在双工多频段的通信方式示意图；
图7为实施例4提供的VDE-SAT中卫星与船舶在双工多频段的通信方式示意图；
图8为实施例5提供的VDE-SAT中卫星与船舶在双工多频段的通信方式示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例和附图对本发明进行进一步地阐述。
首先应当说明的是，终端设备又称为移动终端(Mobile Terminal，MT)、用户设备(User Equipment，UE)等，是一种可通过卫星与网络进行通信从而向用户提供数据连通性的设备，例如无线传感器(Sensor)、海上船舶、浮标(Buoy)、搜寻和救援(SAR,Search andRescue)转发器等。以下阐述本发明的实施方式时，以VDES***中的VDE-SAT***为例，名词“船舶”和“设备”经常交替使用，但本领域的技术人员可以理解其含义。例如，设备到设备间(device to device,D2D)通信或点对点(Point to point,P2P)通信，在VDES***中也称船对船通信。
VDES支持四种空口技术来满足E-航海中多种应用场景，包括用于海上船舶间静态与动态关键信息传输的船舶自动识别***AIS，用于海上船舶间更通用的数据通信的特殊应用报文ASM，支持近岸区船舶与岸站间双向通信的基于岸基的地面数据交换部分VDE-TER，以及支持全球范围的船舶与卫星双向通信的基于LEO卫星的天基数据交换部分VDE-SAT。
VHF海事移动频段的范围为156MHz至174MHz，并以25kHz为单位带宽划分为多个信道(channel)，ITU对一些信道制定了频段信道编号(channel index)。参阅图1所示，其示出了当前VDES***向ITU申请用于卫星与船舶通信的频段，处于VHF海事移动频段的范围内。其中，频段内由ITU制定的信道编号注明在矩形框内部，比如信道编号2028。ITU待分配给VDE-SAT使用的频段中，信道编号1026、1086、2026、2086被专门预留给VDE-SAT上行链路使用(即单工信道或simplex channel)，在中间还未信道化的频段中(对应频率范围为160.9625MHz至161.4875MHz)开辟了一段带宽为525kHz的频段用于VDE-SAT下行链路传输(即单工信道或simplex channel)。在这种频段模式下，VDE-SAT实际中只能采用半双工通信方式，通过避免发射机和接收机在同一时间工作来避免上下行链路间的交叉干扰，其频段使用方案参考图2。
从图1中可知，专门给VDE-SAT使用的频段有三个，也即M＝3。从低频率开始，第一个是包括信道编号1026和1086的频段，对应的带宽为50kHz,称为第一频段；第二个是频率范围为160.9625MHz至161.4875MHz的频段，对应的带宽为525kHz,称为第二频段；第三个是包括信道编号2026和2086的频段，对应的带宽为50kHz，称为第三频段，请参考图3。
本申请实施例提供一种适用于VDE-SAT中卫星与船舶在这些多频段的通信方式，其中卫星只需具有半双工功能，也即卫星无需在同一时间完成下行链路发送与上行链路接收。
提出的方法具体来说，请参考图3，先把这M＝3个频段(图3中的第一频段、第二频段和第三频段)定为双工频段(duplex channels)。从3个双工频段中任意选取一个频段作为锚定(anchor)频段，本实施例中，请参考图4，选取中间的第二频段作为锚定频段，并在锚定频段上传输频段配置信息。在VDES***中，公告牌信令信道(BBSC，Bulletin BoardSignaling Channel)为下行信道，用于广播***配置信息。在本实施例中，BBSC中还包含频段配置信息并在锚定频段的下行链路上传输。***的频段配置信息进行周期性的广播，当前传输的频段配置信息用于对当前周期时段中的各个频段进行配置，当前BBSC因而可用于对当前周期时段中的各个频段进行配置，比如对下一帧或者若干帧的各个频段进行配置。锚定频段，是从***的M个双工频段中任意选取的一个频段，类似于一些***如NB-IoT***中的锚定载波。锚定频段可由频段的带宽大小和频段的中心频率唯一的定义或确定，比如本实施例中的锚定载波是第二频段，该频段带宽大小为525kHz,频段的中心频率是160.9625MHz+(161.4875-160.9625)MHz/2＝161.225MHz。选取锚定频段的目的是用于小区控制站(卫星)在其上向移动站(终端设备)广播***配置信息。卫星覆盖或者服务的小区中的所有终端设备去锚定频段上接收广播的***配置信息，以便读取***重要的一些配置信息，包括本实施例中的频段配置信息，用于之后与卫星的通信。
根据频段配置信息，在包括锚定频段的M个频段上分时轮流进行信息传输和闲置的配置，信息传输包括上行链路传输、下行链路传输和D2D，其中上行链路传输对应船舶发送、卫星接收的通信链路方向，下行链路传输对应卫星发送、船舶接收的通信链路方向，D2D为终端设备与终端设备之间的通信。
在锚定频段上进行上行链路传输的时段，在其余M-1＝2个频段(也即第一频段和第三频段)上选取N个频段进行上行链路传输，其中N为满足0≤N≤2的整数，其余2个频段中未被用于上行链路传输的2-N个频段可用于D2D通信和闲置中的一种。在锚定频段上进行下行链路传输的时段，在其余2个频段(也即第一频段和第三频段)上选取L个频段进行下行链路传输，其中L为满足0≤L≤2的整数，其余2个频段中未被用于下行链路传输的2-N个频段可用于D2D通信和闲置中的一种。应当理解的是，在各个频段上时分复用不同状态的信息传输时，信息传输所占用的时间比例不做任何限制。
实施例1
根据频段配置信息，在VDE-SAT的锚定频段上时分复用上行链路传输和下行链路传输，并在确定上行链路传输和下行链路传输的顺序后，在其余2个VDE-SAT频段(也即第一频段和第三频段)上都进行着与锚定频段上同样方向的传输。请参考图4，在锚定频段上进行上行链路传输时，在其余2个频段上也进行上行链路传输；在锚定频段上进行下行链路传输时，在其余2个频段上也进行下行链路传输。从图4中可以看出，本实施例中，各个频段上的都是上行链路传输的时间长于下行链路传输的时间。
实施例2
参考图5，根据频段配置信息，在VDE-SAT的锚定频段上时分复用上行链路传输和下行链路传输，并在确定上行链路传输和下行链路传输的顺序后，在锚定频段配置为上行链路传输的时段，其余2个VDE-SAT频段都配置为上行链路传输，在锚定频段配置为下行链路传输的时段，其余2个频段配置为D2D也即VDE-SAT***中的船对船通信。从图5可以看出，本实施例中，锚定频段中下行链路传输的时间长于上行链路传输的时间，其他两个频段上船对船通信的时间长于上行链路传输的时间。
实施例3
参考图6，根据频段配置信息，在VDE-SAT的锚定频段上时分复用上行链路传输和下行链路传输，并在确定上行链路传输和下行链路传输的顺序后，在锚定频段配置为上行链路传输的时段，其余2个VDE-SAT频段都配置为上行链路传输，在锚定频段配置为下行链路传输的时段，其余2个频段中第三频段配置为下行链路传输，第一频段配置为船对船通信。从图6可以看出，这个实施例中，锚定频段和第三频段上，下行链路传输的时间长于上行链路传输的时间，第一频段上船对船通信的时间长于上行链路传输的时间。
实施例4
参考图7，根据频段配置信息，在VDE-SAT的锚定频段上时分复用上行链路传输和下行链路传输，并在确定上行链路传输和下行链路传输的顺序后，在锚定频段配置为上行链路传输的时段，其余2个VDE-SAT频段都配置为上行链路传输；在锚定频段配置为下行链路传输的第一下行时段，其余2个频段中，第三频段配置为下行链路传输，第一频段配置为船对船通信；在锚定频段配置为下行链路传输的第二下行时段，其余2个频段中，第一频段配置为下行链路传输，第三频段配置为船对船通信。因此第一频段和第三频段上是上行链路、下行链路和船对船三种信息传输状态分时进行。从图7可以看出，这个实施例中，锚定频段上，下行链路传输的时间长于上行链路传输的时间；第一频段和第三频段上，船对船通信和下行链路传输的时间均长于上行链路传输的时间。
实施例5
参考图8，根据频段配置信息，在VDE-SAT的锚定频段上是下行链路传输和闲置这两种状态分时进行。在锚定频段配置为下行链路传输的时段，其余2个频段配置为船对船通信；在锚定频段配置为闲置状态的时段，其余2个频段配置为上行链路传输。从图7可以看出，这个实施例中，锚定频段上，下行链路传输的时间长于闲置状态的时间；第一频段和第三频段上，船对船通信时间均长于上行链路传输的时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种卫星与终端设备在双工多频段的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)从***的M个双工频段中任意选取一个作为锚定频段，并在锚定频段的下行链路上传输频段配置信息；
2)根据频段配置信息，在各个频段上分时轮流进行信息传输及闲置的配置，信息传输包括上行链路传输、下行链路传输和D2D通信。
2.根据权利要求1所述的卫星与终端设备在双工多频段的通信方法，其特征在于，所述步骤1)中，***的频段配置信息进行周期性的广播，当前传输的频段配置信息用于对当前周期时段中的各个频段进行配置。
3.根据权利要求1所述的卫星与终端设备在双工多频段的通信方法，其特征在于，所述步骤2)中，在锚定频段上进行上行链路传输的时段，在其余M-1个频段中选取N个频段进行上行链路传输，其中N为满足0≤N≤M-1的整数。
4.根据权利要求1所述的卫星与终端设备在双工多频段的通信方法，其特征还在于，所述步骤2)中，在锚定频段上进行下行链路传输的时段，在其余M-1个频段中选取L个频段进行下行链路传输，其中L为满足0≤L≤M-1的整数。
5.根据权利要求3所述的卫星与终端设备在双工多频段的通信方法，其特征在于，其余M-1个频段中未被用于上行链路传输的M-1-N个频段用于D2D通信和闲置中的一种。
6.根据权利要求4所述的卫星与终端设备在双工多频段的通信方法，其特征在于，其余M-1个频段中未被用于下行链路传输的M-1-L个频段用于D2D通信和闲置中的一种。
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