[发明专利]一种卫星通信系统的高效接入与通信方法及系统

说明书

本发明涉及卫星通信领域，公开了一种卫星通信系统的高效接入与通信方法及系统，其技术方案要点是：包括如下步骤：终端通过宽波束接入卫星实现星地通信连接，并对星地通信进行时间同步；终端通过宽波束完成的星地通信连接建立跳波束的星地通信连接；对通过跳波束完成的星地通信连接进行时间同步；根据终端和卫星的运动位置变化，对跳波束和宽波束进行波位切换，在采用了高增益跳波束实现大容量通信时，提高资源利用率，缩短了终端的接入时间。

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，更具体地说，它涉及一种卫星通信系统的高效接入与通信方法及系统。

背景技术

随着通信卫星需求的不断增加，为提升卫星系统通信容量，现代卫星采用大量点波束替代宽波束覆盖，以实现频率的空间复用及波束增益提升，从而有效提升系统整体通信容量，但这种固定点波束技术随着点波束数量的增加，星上硬件实现的复杂度和代价急剧增大，跳波束卫星通信技术则有效的解决了这个矛盾，也越来越多的得到应用。

跳波束卫星通信是一种有效提高卫星系统资源使用效率的通信技术，与传统的固定波束通信方式不同，跳波束通信以时分的形式，在卫星覆盖范围内按照业务需求高速动态的调整波束方向。跳波束可以根据卫星不同区域的不同业务需求量，合理分配波束资源，当某一区域业务量大时，可以分配多个时隙的波束资源，当业务量小时，可以相应减少该区域的波束时隙，由此来提高整个系统的资源使用效率。

现有的面向跳波束卫星通信系统的资料相对较少，地面移动通信系统中的跳波束技术结合了其特殊的系统结构和应用背景，不适合卫星系统的应用。现有CN110518956A、CN110996394A等文献研究的是跳波束卫星通信下的信道资源分配问题，而CN110289901A则是研究了基于跳波束内上下行链路如何星地同步的问题，该方法基于每个跳波束内周期广播时间同步信息和波束跳变计划信息，实现星地时间同步。

现有基于每个跳波束内实现星地同步与终端接入的方法，面临几个问题：（1）需要在每个波位（跳波束每次跳变覆盖的区域）周期性广播时间同步和波束跳变计划信息，当跳波束覆盖的波位数量越多时，总的开销越大，降低了资源利用率；（2）终端需要与卫星进行多次交互才能实现星地同步与通信，而跳波束是在一定时间周期内才能覆盖每个波位一次，当跳波束覆盖的波位数量越多时，终端完成星地同步的时间越长；（3）即使有的波位上没有终端通信需求，仍然需要周期性覆盖这些波位并广播时间同步信息和波束跳变计划信息，以保证终端的同步以及随时可能出现的通信需求，这也降低了资源利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种卫星通信系统的高效接入与通信方法及系统，在采用了高增益跳波束实现大容量通信时，提高资源利用率，缩短了终端的接入时间。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种卫星通信系统的高效接入与通信方法，包括如下步骤：

终端通过宽波束接入卫星实现星地通信连接，并对星地通信进行时间同步；

终端通过宽波束完成的星地通信连接建立跳波束的星地通信连接；

对通过跳波束完成的星地通信连接进行时间同步；

根据终端和卫星的运动位置变化，对跳波束和宽波束进行波位切换。

作为本发明的一种优选技术方案，所述终端通过宽波束接入卫星实现星地通信连接，并对星地通信进行时间同步，包括：

宽波束管理单元生成上下行帧结构，在下行帧的广播信道中周期性插入时间同步信息发送到终端；

终端通过监听宽波束的广播信道获得时间同步信息和上行同步时隙，并根据时间同步信息、上行同步时隙以及星地传输时延计算出上行信号的发送时刻，并于上行信号发送时刻在上行同步时隙中发送同步校准信号；