一种接收设备、卫星通信系统及应用接收设备的方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种接收设备、卫星通信系统以及应用接收设备的方法。

背景技术

卫星通信系统承载着语音，短信，短突发数据以及上网数据。在民用，军用领域都有着比较广泛的应用。基于安全需求，需要有能力灵活地接收并恢复各个卫星系统终端语音，短信，短突发数据业务。

相关技术中的方法接收前端的接收设备与硬件绑定太深，接收一种卫星系统的数据需要一套独立的硬件，升级困难，部署运营成本高。

因此，如何设置一套独立的硬件以执行多个不同卫星通信系统的接收任务成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种接收设备、卫星通信系统以及应用接收设备的方法，以解决现有技术中一种卫星通信系统只能与一套独立硬件进行通信的问题，提高了设备使用率同时降低了成本。

根据本发明的一方面，提供了一种接收设备，包括：控制模块和至少一个接收单元；所述接收单元包括接收处理器、至少一个USRP以及至少一个天线；所述接收处理器与所述USRP连接，所述USRP与至少一个天线连接；

所述控制模块，用于获取各个接收单元的性能参数和各个接收单元下的各个天线参数，并基于所述性能参数和接收单元下的各个天线参数选择执行目标任务的接收单元；

所述接收处理器，用于接收所述目标任务，基于所述目标任务选择对应的卫星采集软件，并通过所述卫星采集软件基于所述天线参数选择对应的USRP进行采样，得到采样数据，以及基于所述卫星采集软件对所述采样数据进行处理。

根据本发明的另一方面，提供了一种卫星通信系统，所述卫星通信系统包括本发明任一实施例所述的接收设备。

根据本发明的另一方面，提供了一种应用接收设备的方法，所述设备包括控制模块和至少一个接收单元；所述接收单元包括接收处理器、至少一个USRP以及至少一个天线；所述方法包括：

通过所述控制模块获取各个接收单元的性能参数，并基于所述性能参数选择执行目标任务的接收单元；

通过所述接收处理器接收所述目标任务，基于所述目标任务选择对应的卫星采集软件，并通过所述卫星采集软件基于所述天线参数选择对应的USRP进行采样，得到采样数据，以及基于所述卫星采集软件对所述采样数据进行处理。

本发明实施例的技术方案，通过建立接收处理器、至少一个USRP以及至少一个天线；接收处理器与USRP连接，USRP与至少一个天线连接用于接收目标任务；根据目标任务选择对应的卫星采集软件对采样数据进行处理可以实现一套独立的硬件执行多个不同卫星通信系统的接收任务，提高设备使用率。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a是根据本发明实施例一提供的一种接收设备的结构示意图；

图1b是根据本发明实施例一提供的一种接收设备的结构示意图；

图1c是根据本发明实施例一提供的一种接收设备的结构示意图；

图1d是根据本发明实施例一提供的一种接收设备的结构示意图；

图2a是根据本发明实施例二提供的一种接收设备的结构示意图；

图2b是根据本发明实施例二提供的一种接收设备的结构示意图；

图2c是根据本发明实施例二提供的一种接收设备的结构示意图；

图2d是根据本发明实施例二提供的一种接收设备的结构示意图；

图3是根据本发明实施例三提供的一种卫星通信系统的结构示意图；

图4是根据本发明实施例四提供的一种应用接收设备的方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1a为本发明实施例一提供的一种接收设备的结构示意图，该设备可以是基于软件无线电的接收设备；本实施例可适用于接收卫星通信数据的情况，该接收设备可配置于卫星通信系统中。如图1a所示，该设备包括：

控制模块101和至少一个接收单元102；接收单元102包括接收处理器103、至少一个USRP104以及至少一个天线105；接收处理器103与USRP104连接，USRP104与至少一个天线105连接。

本实施例中，USRP可以通过天线连接基于软件无线电的接收设备。

其中，USRP(Universal Software Radio Peripheral，通用软件无线电外设)，其内部带有集成的无线处理模块和ADC(Analog to Digital Converter，模拟数字转换器)，并带有FPGA(Field Programmable Gate Array，可编程的逻辑阵列)。其中，FPGA可以运行通用的无线信号处理软件，完成无线信号采样的工作，无线信号被实时送往接收处理器。需要说明的是，一个接收设备可以有多个接收单元，即，一个控制模块1101可以与多个接收单元1102、1103和1104相连接。如图1b所示。本实施例不对接收单元的具体数量进行限制。

本实施例利用USRP资源池+通用处理器资源池可以非常方便地增加减少USRP和处理器的数量；也可以根据业务量来动态调整各个USRP+处理器的接收频段。

本实施例中的接收设备可以由多个USRP叠加构成；每个USRP可以接一个或多个天线；接收处理器与USRP连接；即，接收设备可以有USRP池和接收处理器池，接收处理器可以集成设置于服务器或板卡上。

本实施例中可以利用一个接收单元同时接收铱星和海事卫星的卫星数据，如图1c所示，一个接收处理器1201可以和分别和两个USRP连接，即1202。USRP1202可以分别和至少一个天线1203连接，通过基于软件无线电的接收设备同时接收铱星1204和海事卫星1205的卫星系统的通信数据。进一步地，还可以再同时接收Thuraya(图拉雅)和Globalstar(全球星)等其他卫星系统的通信数据。本实施例对此不做具体限制，可以根据需要进行灵活设置。

本实施例中的接收单元之间可以互相协调，动态调整各自负责的接收频段。具体地，可以设置一套接收单元负责接收振铃信道和广播信道，称之为主接收单元，其他的接收处理器+USRP称之为副接收单元。主接收单元也可以接收业务信道。需要注意的是，当接收服务器处理能力强悍时，一台服务器可以带多个USRP。

控制模块用于获取各个接收单元的性能参数和各个接收单元下的各个天线参数，并基于性能参数和天线参数选择执行目标任务的接收单元。

其中，性能参数可以包括CPU(central processing unit，中央处理器)负荷和错码率。本实施例中可以根据CPU负荷参数和误码率参数判断选择执行目标任务的接收单元的数量。即，选择一个或多个接收单元执行目标任务。需要说明的是，在同一个接收设备内，接收单元可以相互通信，相互获取CPU负荷和错码率等。

本实施例中还可以根据接收单元的CPU负荷参数和业务需要为每个天线设置指定接收的频段。

接收处理器，用于接收目标任务，基于目标任务选择对应的卫星采集软件，并通过卫星采集软件基于天线参数选择对应的USRP进行采样，得到采样数据，以及基于卫星采集软件对采样数据进行处理。

本实施例中可以根据接收需求确定目标任务；目标任务可以包括卫星系统类型、被接收的频段、卫星信号采样率和接收时长等；目标任务可以按照表格的形式依次列出，如下表1所示：

表1

其中，卫星系统类型可以包括但不限于Iridium(铱星)、Thuraya(图拉雅)、Inmarsat(海事卫星)和GlobalStar(全球星)等。

本实施例中，若目标任务开始启动，则对应形成目标任务队列；如表2和3所示，分别展示了卫星系统类型为Iridium和Thuraya的卫星、其允许被接收的具体频段、接收时长和采样率。

表2

表3

上述表格中的目标任务队列序号可以根据实际情况进行设置，本实施例对此不做具体限制。

本实施例中，可以根据目标任务，即卫星系统类型、被接收的频段、卫星信号采样率、接收时长以及USRP连接的天线参数选择采样软件，选择USRP并动态加载采样软件；当接收时长达到了预设时长时，命令USRP停止采样，完成目标任务。

示例性地，控制模块，还可以用于在执行目标任务过程中，获取各个接收单元上报的监测信息，以及基于监测信息调整目标任务。

其中，监测信息可以包括CPU负荷、解码误码率信息等，该监测信息用于监测本地服务器的CPU负荷和解码误码率信息。

本实施例中在获取一个接收单元上报的监测信息时可以与其他接收单元上报的监测信息进行交换，与此同时，也会把该接收单元的监测信息发送给其他接收单元，当接收到同一接收设备的其他服务器上报的监测信息时，其他接收单元也基于监测信息对目标任务进行调整。具体的，控制模块还可以包括监测协调单元，用于与其他的工作单元交换监测信息，其中，交换的监测信息可以是CPU负荷和解码误码率，如图1d所示，展示了监测协调单元如何基于监测信息对目标任务进行调整。

示例性地，控制模块，还具体用于若接收单元上报的错码率大于设定阈值，调整目标任务中的接收频段。

本实施例中，若CPU负荷超过预设阈值时，则表示处理的业务量过多；当错码率大于设定阈值时，则表示对应频段的无线环境不友好或者CPU负荷过高导致业务处理不过来，因此，当CPU负荷大于负荷阈值或错码率大于设定阈值时，需要缩小接收范围，调整接收频段以获得最优的接听性能，提高接收效率。

本实施例中，当接收单元的CPU负荷过高时，可以通知地面服务器；当错码率很高时，向地面服务器发出告警信息。

示例性地，接收设备可以设置于地面、卫星或空中平台。

相应地，接收处理器也可以根据部署位置进行设置，例如地面、卫星或控制平台。

示例性的，接收设备可以配置在体积小于第一体积阈值的板卡上，或者配置在体积大于第二体积阈值的工业服务器上；其中，第一体积阈值小于第二体积阈值。

本实施例中可以根据接收设备的位置选择不同的处理器，若将接收处理器部署在地面，则选择通用处理器，可以是1U、2U和3U甚至体积更大的工业服务器；若部署在空中平台或卫星上，则选择体积小型化但处理强悍的处理器板卡。

示例性地，若接收设备设置于卫星上，接收设备与地面数据中心的通信通过卫星的自有链路实现或者通过其他卫星的链路实现；若接收设备设置于空中平台，接收设备与地面数据中心的通信通过移动通信或者无线网络实现，或者通过卫星的链路实现；若接收设备设置于地面，接收设备与地面数据中心的通信通过移动通信或者无线网络实现，或者通过卫星的链路实现。

其中，空中平台可以是无人机等搭载平台；移动通信或者无线网络可以是2G、3G、4G、5G或wifi等地面通信协议。本实施例对此不做具体限制。

本实施例中地面数据中心设置有地面通用服务器，该地面服务器可以用于接收目标任务和接收各个接收设备的监测信息，根据监测信息调整目标任务。

本发明实施例通过建立接收处理器、USRP和天线的资源池；根据目标任务选择卫星采集软件对采样数据进行处理可以实现利用一套独立的硬件执行多个不同卫星通信系统的接收任务，提高了设备的使用率。

实施例二

图2a为本发明实施例二提供的一种接收设备的结构示意图，本实施例在上述实施例的结构上做出了进一步优化。如图2a所示，该接收处理器200包括：采样控制模块201和卫星系统数据恢复模块202；

采样控制模块201，用于基于接收到的卫星系统类型选择对应的卫星采集软件，并通过卫星采集软件基于天线参数调用USRP，通过USRP基于接收到的接收频段以及采样率来获取采样数据，以及基于采样数据输出IQ数据，和根据卫星系统类型选择对应的卫星系统数据恢复模块传送IQ数据；

其中，IQ数据即为基带数字信号，其最大数据采样宽度为16bit。

本实施例中采用控制模块可以根据卫星系统类型选择对应的卫星采集软件，不同的卫星系统对应的采样软件不同；采样软件在接收服务器上有备份，当启动目标任务时，可以将采样软件动态的载入FPGA并上传相关参数，调动USRP进行采样。需要说明的是，由于接收服务器可能会控制多个USRP，并且每个USRP连接的天线所能支持的卫星系统可能不一样，因此，采样软件会根据天线参数选择USRP。

本实施例可以如图2b所示，展示了采样控制模块完成目标任务的流程图，即，根据输入的目标任务(卫星系统类型、频段、采样率和时长)，根据每个USRP连接的天线参数，选择卫星系统，预先设定接收频段，选择采样软件，调动USRP并动态加载采样软件；当接收的时间到了设定的时长，命令USRP停止采样，完成目标任务。

本实施例中由于不同的卫星系统类型对天线的工作频段，极性有着不同的要求。采样控制模块可以根据获得的接收的卫星系统类型，调用对应的卫星采样软件，调用时同时告知USRP对应的频段和采样率；USRP将采样数据实时传回，采样软件进行必要的处理，输出IQ采样数据；采样软件根据被接收的卫星系统类型选择对应的卫星系统数据恢复模块，将IQ数据导入到卫星系统数据恢复模块。

本实施例中卫星终端与卫星可以在L频段上通信；卫星与地面站可以在K/Ka/C频段上通信。

卫星系统数据恢复模块202，用于将IQ数据进行数据处理，得到处理后的数据，并将处理后的数据传送给控制模块以传送给地面数据中心。

其中，由于各个卫星系统都有着不同的物理层及无线接入层及高层协议，把同一卫星系统的处理模块封装在一起形成数据恢复模块；一个接收单元可以接收多个不同的卫星系统，所以可以有多个数据恢复模块；各模块由纯软件实现，运行在通用服务器上，按需调用，随时调用，随时销毁；卫星系统数据恢复模块可以截获L频段和K/Ka/C频段的无线信号，并恢复语音、短信、SBD(Short Burst Data，短突发数据)和上网数据等数据。

示例性地，卫星系统数据恢复模块可以具体用于对IQ数据进行解调，解交织，解密以及解码处理，得到语音数据、短信数据、短突发数据或者上网数据。

其中，上网数据可以是浏览网页、邮件和即时通讯软件等产生的数据。

本实施例中，可以根据卫星系统类型，动态地调用对应的卫星系统数据恢复模块对采样数据进行解码，输出解码后的高层协议和语音和上网数据。如图2c所示，通过解调模块250、解密模块260和解交织模块270对L1解码模块280对L1物理层进行解码，再分别通过高层信令模块290、上网数据解码模块2100和语音解码模块2110分别得到相应的语音数据、短信数据、短突发数据或者上网数据。

具体地，解调模块可以负责采样信号的解调；如果检测到有加密则需要进入解密模块；之后数据到解交织模块恢复burst(突发序列)，之后到L1解码模块恢复无线帧；之后调用高层协议软件恢复高层信令和短消息，调用语音恢复软件语音，调用IP应用协议恢复上网数据。

本实施例中，若获取到IQ采样数据后，进行解调，解交织，完成L1物理层的解码；再调用各个卫星系统的协议栈模块，对L1解码后的数据进行更高层解码，获得L3层协议信令、短信内容、SBD和上网数据等内容。再解析后的L3层协议信令、短信内容、SBD和上网数据等内容一般情况下会设置等待预设时间，等待预设时间可以是一分钟，本实施例对此不做具体限制。将解析后的数据压缩后发往地面数据中心；但当接收设备部署在卫星等其他空中平台时，或者与地面数据中心网络不通的情况下，可以压缩数据并缓存起来，等网络恢复后发往数据中心。需要说明的是，不同的卫星系统封装独立的卫星系统数据恢复模块，接收时根据特定的卫星系统调用对应的卫星系统数据恢复模块。

具体地，通过地面通信协议实现接收设备与地面数据中心的通信，也可以通过卫星链路把数据送往地面数据中心；为了减少传送的带宽，控制模块需要对数据进行压缩，当与地面数据中心之间的回传链路不可达的时候，控制模块可以将数据缓存到本地。

本实施例中图2d展示了控制模块、采样模块、USRP与卫星系统数据恢复模块之间的信息交互。

本实施例中，解析后的数据最终被送往地面数据中心，当接收设备处于单兵作战模式时，由于其本身就带有数据中心，因此，接收者从当前接收设备就可以接收到语音数据和短信数据。

本实施例通过动态调用卫星系统数据恢复模块对数据进行恢复，进一步提高了设备的使用率。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种卫星通信系统的结构示意图。如图3所示，该系统包括：客户端301、地面数据中心302、卫星终端303、卫星304、基于软件无线电的接收设备305和卫星地面站306。

本发明实施例所提供的一种卫星通信系统可执行于本发明任意实施例所提供的一种接收设备，具备执行设备相应的功能模块和有益效果。

实施例四

图4为本发明实施例四提供的一种应用接收设备的方法，本实施例可适用于对接收卫星通信数据的情况，该方法可以由一种卫星通信设备来执行，该一种卫星通信设备可以采用硬件和/或软件的形式实现，该一种卫星通信设备可配置于卫星通信系统中。如图4所示，该方法包括：

S401、通过控制模块获取各个接收单元的性能参数，并基于性能参数选择执行目标任务的接收单元。

可选的，通过控制模块在执行目标任务过程中，获取各个接收单元上报的监测信息，以及基于监测信息调整目标任务。

具体的，若接收单元上报的错码率大于设定阈值或者CPU负荷大于负荷阈值，调整目标任务中的接收频段。

可选的，接收设备可以设置于地面、卫星或者空中平台。

可选的，若接收设备设置于卫星上，接收设备与地面数据中心的通信通过卫星的自有链路实现或者通过其他卫星的链路实现；若接收设备设置于空中平台，接收设备与地面数据中心的通信通过移动通信或者无线网络实现，或者通过卫星的链路实现；若接收设备设置于地面，接收设备与地面数据中心的通信通过移动通信或者无线网络实现，或者通过卫星的链路实现。S402、通过接收处理器接收目标任务，基于目标任务选择对应的卫星采集软件，并通过卫星采集软件基于天线参数选择对应的USRP进行采样，得到采样数据，以及基于卫星采集软件对采样数据进行处理。

可选的，接收处理器包括采样控制模块和卫星系统数据恢复模块。可选的，通过采样控制模块基于接收到的卫星系统类型选择对应的卫星采集软件，并通过卫星采集软件基于天线参数调用USRP，通过USRP基于接收到的接收频段以及采样率来获取采样数据，以及基于采样数据输出IQ数据，和根据卫星系统类型选择对应的卫星系统数据恢复模块传送IQ数据；

可选的，通过卫星系统数据恢复模块将IQ数据进行数据处理，得到处理后的数据，并将处理后的数据传送给控制模块以传送给地面数据中心。

可选的，通过卫星系统数据恢复模块具体可以对IQ数据进行解调，解交织，解密以及解码处理，得到语音数据、短信数据、短突发数据或者上网数据。

本发明实施例所提供的一种应用接收设备的方法可执行于本发明任意实施例所提供的一种接收设备，具备执行设备相应的功能模块和有益效果。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。