[发明专利]将光数据从低地球轨道传输到地球的方法及通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将有效载荷数据从低地球轨道传输到地球的光通信系统。本发明还涉及一种将光数据从低地球轨道传输到地球的方法。

背景技术

已知有各种用于将光数据从在低地球轨道上运行的太空站（卫星）传输到光地面终端的系统被运用。这些系统的主要功能是可靠地将数据从数据源传输到光地面终端。

在每次卫星经过期间，在低地球轨道上的非对地静止卫星与光地面终端进行视线通信接触一段有限时间量。因此，下行链路信道实现的速度是最为重要，因为需要在卫星经过所持续的短时间量内将大量的数据传输到光地面终端。

此外，由于视线通信接触在卫星经过的短时间量后被断开，并且只能够在进一步运行后于下一次卫星经过时才可以再次建立视线通信接触（或者甚至怎样都不能再次建立），因此，传输的可靠性是重要的。

在低地球轨道到地球的通信系统的设计中必须考虑的其它方面是预算以至于电力消耗。因此，需要较小的努力便获得相同的传输速率性能更好。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于将光数据从低地球轨道传输到地球的方法及相应的通信系统，所述系统提供高速可靠的下行链路数据传输，同时确保最小化终端（特别是基于太空的终端）的复杂性和减小终端的能源消耗。

上述的目的由用于将有效载荷数据从低地球轨道传输到地球的光通信系统来解决，所述光通信系统包括低地球轨道卫星和光地面终端。所述低地球轨道卫星包括设有卫星收发器的通信子系统以及为通信子系统提供有效载荷数据的有效载荷数据源。所述光地面终端包括地面收发器以及指向（point）-采集-追踪子系统。所述低地球轨道卫星经由光下行链路信道与所述光地面终端连接，而所述光地面终端可经由上行链路信道与所述低地球轨道卫星连接。

所述上行链路信道是一种采集和追踪信标信道，所述采集和追踪信标信道由所述指向-采集-追踪子系统控制，所述上行链路信道包括用于采集的广角光束和用于追踪的导向光束。所述卫星收发器是可调整的，使得所述卫星收发器可以相对于所述上行链路信道的空间方向进行调整。本发明的光通信系统的上行链路信道是一种脉冲位置调制PPM信道。

本发明的目的还通过一种将有效载荷数据从低地球轨道传输到光地面终端的方法来达到，所述方法包括以下步骤：

-通过所述低地球轨道卫星的通信子系统将所述有效载荷数据缓存、提取和分组成帧；

-所述光地面终端启动连接所述光地面终端和所述低地球轨道卫星的上行链路信道，所述上行链路信道是采集和追踪信标信道，其包括用于采集的广角光束和用于追踪的导向光束；

-所述通信子系统（CS）采集所述广角光束（W），接着连续追踪所述上行链路信道（UC）的导向光束（G）；

-当连接所述低地球轨道卫星（20）和所述光地面终端（30）的下行链路信道（DL）可用时，通过所述通信子系统（CS）传输有效载荷数据（PD）的所述帧；

-所述光地面终端（30）经由所述上行链路信道（UC）请求重传不成功地/错误地接收的帧；

-当接收到重传请求后，所述通信子系统（CS）重传每个帧；

其中，所述上行链路信道（UC）是脉冲位置调制PPM。

考虑到上述的目的和本发明所提出的它们的解决方案，本发明最重要的优点是所述系统和方法提供了一种可靠的和高下载速率的解决方案，同时确保了系统的效率。PPM调制的上行链路信道的使用确保了更高的能量效率。此外，因为没有出现码间干扰，PPM信号的解调是有效的并且降低了复杂性。

附图说明

本发明的进一步特征和好处将通过本说明书并结合附图在下面进行详细说明，在图中：

图1是根据本发明的光通信系统的象征性示图；

图2是光地面终端的通信子系统的结构框图；

图3是根据本发明的低地球轨道卫星的通信子系统和有效载荷数据源的结构框图；

图4是在卫星收发器与地面收发器之间的通信的协议栈的功能概图；

图5是带否定应答NACK的选择性重复ARQ的一般概念的简化示图；以及

图6是根据滑窗算法的数据帧的过渡流量的示意图。

注意：所述附图并非按比例绘制，这些附图的提供只用作说明并且只是为了更好的理解，但不用于限定本发明的范围。这些附图不意味着对本发明的任何特征作限制。

具体实施方式

在本专利申请中将会使用某些术语，该术语的表达不应当被解释为由所选择的特定术语限制，但与所述特定术语背后的一般概念相关。