卫星通信信道数量可变的卫星通信系统

摘要

一个中央站通过入境信道和出境信道与多个远端站连接。数据经过入境信道从多个远端站传送到中央站，并且数据经过出境信道从中央站传送到所有远端站。根据远端站和中央站之间发送/接收的数据量的变化，通过改变入境信道和出境信道二者之一或两者的数量减小数据传输延迟的可能性。

说明书

本发明涉及通过卫星通信信道在一个中央地球站和多个远程地球站之间进行通信的卫星通信系统，特别是涉及一种能够进行通畅通信的卫星通信系统，对应于该信道传送的数据量的变化，该卫星通信系统能够通过改变卫星通信信道的数量减少数据的传输延迟。

一般来说，象用在银行的自动现金操作系统，用在股票公司的股票交易系统和金融信用卡鉴别系统这类全球计算机用的通信系统包括在一个中央地球站(下文中称之为‘中央站’)和多个远端地球站(下文称之为“远端站”)之间的通信信道网络作为基础。该系统中，通信是在与这些远端站连接的多个终端和与中央站连接的主计算机之间进行的。各个远端站通过卫星在入境信道上向唯一的中央站传送数据。对从远端站向中央站的数据传送的响应是从中央站在出境信道上传送到所有远端站。各个远端站仅从中央站来的响应数据中取出指定给它们终端的数据，并将这些数据传送到它们的终端。

当从远端站向中央站进行通信时，每个远端站至少使用由分割一帧时间所获得的多个时隙之一向中央站传送数据。各个远端站接入时隙一般是通过固定的接入系统，随机接入系统或时隙预定系统进行的。从所传送数据的传输延迟和卫星通信信道的有效使用来看，这三种系统各有优缺点。转让给本申请同一受让人的美国专利US.NO.4,736,371中公开了一种由随机接入系统和时隙预定系统组合的系统。

在从各个远端站向中央站传送的短数据量增加时，美国专利NO.4,736,371中公开的系统通过抑制随机接入系统的数据传输限制数据冲突出现的频率。此外，该系统能降低由于在同一时隙内重发冲突的短数据等造成的传输延迟。因此，当从各个远端站向中央站传送的数据量显著变化时适合采用这种系统。

另外，该系统中，当由于偶然原因，从各远端站传送的数据的数量变化明显地超过预测的数据变化范围时，数据冲突的频率可增加，出现了由于冲突数据的重发造成很大的数据传输延迟问题。

在“NEC研究与发展”，No.89，(1988年4月)题为“VSAT”系统(2)：用于VSAT网络的AA/TDMA(自适应分配TDMA)”的文章中公开了使用上述随机接入系统和时隙预定系统组合的常规卫星通信系统。

在该系统中，通过扩展远端站经过入境信道向中央站发送传输信号的时间之间的间隔避免通过入境信道的数据传输的阻塞。

然而，在该系统中，当数据量大到使得根据初始预测的数据量所设定的入境信道数量不够时，从各个远端传送的数据可能重复地冲突。因此，这种情况下，由于重发冲突数据造成很大的数据传输延迟。在这个常规卫星通信系统中，除扩展来自远端站的数据传输时间间隔外不可能采用其它措施，因此，可能会出现来自远端站的数据传输不得不停止的情况。

另外，在同一卫星通信系统中，入境信道的数量和出境信道的数量是通过预测通信线路上最大数据量预设的。因此，即使如在夜间正在传输的数据量很小的情况，由于通信是经预设数量的入境信道和出境信道进行的，故此，有许多闲置信道，使卫星信道的使用率很低。

本发明的目的是提供一种能够减少数据传输延迟的通信系统，相应于超过所估算的从远端站向中央站传送的数据量的大变化，该通信系统改变多个远端站和中央站之间通信信道的数量。

特别是，在多个远端站通过至少一个入境信道和至少一个出境信道与一个中央站连接的通信系统中，数据通过入境信道从各个远端站传送到该中央端，并且数据通过出境信道从该中央站传送到各个远端站，本发明的目的是提供一种能够减少数据传输延迟，并实现通畅通信的卫星通信系统，对应于超过所估算的从远端站向中央站传送的数据量的大变化，该卫星通信系统改变远端站和中央站之间通信电路的数量。

本发明的另一个目的是提供一种能够根据其使用时间和/或使用状态改变信道数量而有效地使用卫星通信信道的卫星通信系统。

本发明的再一个目的是提供一种能够改变入境信道数量和出境信道数量并设定这些信道载频的卫星通信系统。

为了达到上述目的，根据本发明的卫星通信系统由多个远端站和通过卫星信道与各个远端站连接的一个中央站组成。远端站至少通过卫星信道的一个第一信道向中央站传送数据。中央站通过卫星信道的至少一个第二信道向所有远端站传送相同的数据。在本发明的一个方面中，该中央站包括用于检测从远端站向中央站传送的数据量的一个检测器以及用于根据检测的数据量改变第一电路数量的改变设备。

在本发明的另一个方面中，该中央站包括用于检测从远端站向中央站传送的数据量的一个检测器以及用于根据所检测的数据量改变第二信道数量的改变设备。

特别是，根据本发明的卫星通信系统的中央站包括用于通过解调来自远端站的信号获得第一数据的一个接收机，以及用于监测所接收的第一数据的数据量的第一监测器。该中央站还包括第一电路设定设备，用于确定第一信道的数量和各个信道的载频并输出表示信道数量和载频信息的第一控制数据；以及用于向远端站传送该第一控制数据的发射机。另一方面，每个远端站包括用于通过解调中央站传送的信号获得第二数据的一个接收机，以及用于从第二数据分离第一控制数据的一个分离器。此外，每个远端站包括一个发射机，用于将与各个远端站连接的至少一个第一终端传送的数据传送到中央站；以及第一信道控制器，用于根据分离器分离的第一控制数据控制发射机使用的第一信道。

用上述的这种结构，能够限制与通过卫星通信信道传送/接收的数据量变化相对应的传输延迟的发生。

另外，本发明可用于具有多个非常小的孔径终端(VSAT)和通过至少一个入境信道和至少一个出境信道与其连接的一个中央地球站(HUB)的卫星通信系统。数据通过入境信道从每个VSAT传送到HUB，而且数据通过出境信道从HUB传送到所有VSAT。根据VSAT和HUB之间发送/接收的数据量的变化设定入境信道和出境信道二者之一或两者的数量及其载频。该HUB和VSAT将用来发送/接收数据的入境信道和出境信道二者之一或两者的当前数量及其频率改变为所设定的入境信道和出境信道二者之一或两者的信道数量和频率。

多个VSAT和HUB之间发送/接收的数据量的检测是通过检测同一时隙内从一个VSAT向该HUB传送的数据与其它VSAT向该HUB传送的数据的冲突数量，然后检测一个预定时间内出现的数据冲突数量来完成。

另一种检测数据量的方式是在预定时间内检测发送/接收数据长度的累加。

如果所检测的数量大于一个预定值，则增加入境或出境信道的数量，如果所检测的数据量小于预定值，则减少入境或出境信道的数量。

本发明的上述和其它目的、特点和优点从下面结合附图所做的详细描述将更加明显，其中：

图1示出根据本发明的通信系统的结构的示意图；

图2A示出根据本发明的通信系统的一个中央站(HUB)结构的方框图；

图2B示出图2A中所示的HUB的接收数据监测器部分和入境信道控制部分结构的方框图；

图2C示出图2B所示结构的ROM中存储的数据；

图2D示出图2A中HUB传送到非常小的孔径终端(VSAT)的出境信号的帧格式；

图3示出根据本发明的通信系统的VSAT的方框图；

图4A示出在入境信道上的业务量正常时本发明的卫星通信系统的操作图；

图4B示出在入境信道上出现阻塞时本发明的卫星通信系统的操作图；

图5示出本发明的通信系统结构的示意图；它是如图1所示的结构增加了入境信道和出境信道的数量；

图6示出本发明的通信系统结构的示意图，它是如图1所示的结构减少了入境信道和出境信道的数量。

参考图1至6描述本发明的优选实施例。

该实施例涉及一种卫星通信系统，其中多个远端地球站，即非常小的孔径终端(VSAT)通过入境信道和一个出境信道与一个中央地球站(HUB)连接，每个VSAT通过入境信道向HUB传送数据，该HUB通过出境信道向所有VSAT传送数据。特别是，本实施例涉及一种卫星通信系统，该卫星通信系统能够根据VSAT和HUB之间发送/接收的数据量的变化改变入境和出境信道二者之一或两者的预定数量而减少数据传输延迟产生的频率。

参考图1，本发明的卫星通信系统包括一个HUB300和通过卫星通信信道即入境信道501和出境信道502、用通信卫星500作为转发器与HUB300连接的多个VSAT400-1至400-12。每个VSAT400-1至400-12通过具有载频f₁、f₂和f₃的入境信道以时分多址(TDMA)只向HUB300传送数据。HUB300通过具有载频F1的出境信道向所有VSAT400-1至400-12传送识别数据。终端401-1至401-12与各个VSAT400-1至400-12连接。终端401-1至401-12产生数据，由时隙预定系统或随机接入系统根据被传送数据的数据长度通过入境信道在一个时隙内传送。根据终端401-1至401-12所产生数据的数据长度，在每个VSAT400-1至400-12中确定用于发送传送数据的接入系统。此外，根据卫星通信系统的使用状态，能够通过固定分配接入系统将在入境信道时隙内产生传输数据的终端连接到各个VSAT400-1至400-12。

参考图2A所示的HUB300的结构，来自每个VSAT400-1至400-12的传送数据经天线301输入到HUB300的接收机303并由其解调。接收数据识别部分304确定传送由接收机303解调的数据的VSAT。如果HUB300的接收机303正常地接收来自任何VSAT400-1至400-12的数据，HUB300通过发射机302向VSAT发送一个肯定确认(ACK)信号，如果HUB300的接收机303不能接收来自任何VSAT400-1至400-12的数据，则HUB300通过发射机302向该VSAT发送一个否定确认(NAK)信号。HUB300的接收数据监测器305根据接收数据识别部分304提供的识别和从接收机303输出的NAK信号传输请求，检测在具有规定频率的每个入境信道中出现数据冲突的数量。接收数据监测器305将冲突数量提供给一个入境信道控制器306作为接收数据的数据量。入境信道控制器306根据从接收数据监测器305提供的数据量确定每个入境的信道中产生业务阻塞。在入境信道中出现业务阻塞时，入境信道控制器306设定避免阻塞所需的入境信道数量。

现在参考图2A与详细示出接收数据监测器305和入境信道控制器306的图2B一起详细描述接收数据监测器305和入境信道控制器306的操作。

接收数据监测器305包括一个计数器601和一个定时器602。计数器601对来自接收机303的NAK信号传输请求计数。即，计数器601对从HUB300向VSAT400-1至400-12传送的NAK信号的数量计数。定时器602每隔预定时间，例如每隔5秒向计数器601输出一个复位信号。每次接收到复位信号时，计数器601将预定时间内计数的NAK信号的数量提供给入境信道控制器306并将计数复位。如上所述，接收数据监测器305检测预定时间内由接收机303产生的NAK信号传输请求的数量，即，将恒定时间内来自VSAT400-1至400-12的数据重发的数量作为从VSAT400-1至400-12向HUB300传送的数据量。

入境信道控制器306包括一个读取电路603、一个ROM604、一个比较器605、一个RAM606和一个设定部分607。读取电路603将从接收数据监测器305传送的数据量转换成预定地址信息并且读出在ROM604的该地址中存储的数据。当在对应于如图2C所示的该地址的数据量的情况下进行通信时，ROM604在其每个预定地址中存储表示入境信道最佳数量的数据。顺便说一下，对应于该数据量的入境信道的最佳数量是根据实验获得的。这样，读取电路603读出与从接收数据监测器305传送数据量相对应的入境信道的最佳数量。由读取电路603从ROM604所读出的入境信道的最佳数量提供给比较器605。比较器605将RAM606中存储的入境信道的当前数量与读取电路603提供的入境信道的最佳数量比较。如果相互间有区别，则判定入境信道的当前数量不足。另一方面，如果这些数量相同，则判定入境信道的当前数量是足够的。设定装置607根据比较器605的比较结果设定入境信道的数量。即，当比较器605判断入境信道的当前数量不足时，设定装置607将入境信道的当前数量改变为读取电路603提供的入境信道的最佳数量。当比较器605判断入境信道的当前数量足够时，设定装置607保持入境信道的当前数量不变。此外，入境信道的数量改变时，设定装置607将入境信道的数量存储在RAM606中。入境信道控制器306将由设定装置607所设定的入境信道的数量提供给一个入境信道频率控制器307。

回到图2A，根据入境信道控制器306通知的入境信道的数量，入境信道频率控制器307设定所增加的入境信道的频率。另外，入境信道频率控制器307确定各个VSAT400-1至400-12所使用的入境信道的频率，并向一个多路复用部分314输出包括作为各个VSAT400-1至400-12使用的入境信道频率信息的第一控制数据。

当接口电路(INTFC)308接收各个VSAT400-1至400-12传送的数据时，该INTFC308向一个终端315输出由接收机303解调的数据。此外，当数据从终端315传送到所有VSAT400-1至400-12时，INTFC308将来自终端315的数据输出到多路复用部分314和传送数据识别部分309。传送数据识别部分309识别该数据传送到的至少一个VSAT400-1至400-12。传输数据监测器310监测数据量。即，传输数据监测器310检测单位时间内终端315中产生的数据的总长度作为数据量。出境信道控制器311判断出境信道的当前数量对于由传输数据监测器310检测的终端315的传输数据的量是否足够。如果传输数据监测器310判断出境信道的当前数量不足时，出境信道控制器311确定避免出境信道中业务阻塞所需的出境信道数量，并将该数量通知出境信道频率控制器312。该出境信道控制器311可以通过采用与图2B中所示的入境信道控制器306的电路结构相似的电路来实现。

根据出境信道控制器311通知的出境信道的数据，出境信道频率控制器312设定增加的出境信道的频率。另外，出境信道频率控制器312确定各个VSAT400-1至400-12所使用的出境信道的频率，并向一个多路复用部分314输出包括作为各个VSAT400-1至400-12使用的入境信道频率信息的第二控制数据。

多路复用部分314将来自INTFC308的传输数据、来自入境信道频率控制器307的第一控制数据、来自出境信道频率控制器312的第二控制数据以及由帧定时信号发生器313提供的帧定时信号进行多路复用，并将所得到的多路复用信号发送给发射机302。多路复用信号例如由图2D所示的700A至700I9块构成。独特字块700A是表示入境信道的时隙位置的参考点。块700B是一个帧定时信号部分。第一阻塞判断块700C被填入“1”或“0”，表示由入境信道控制器306判断的电路的业务情况。即，当入境信道的当前数量对从各个VSAT400-1至400-12向HUB300传送的数据检测量不够时，该数量是NAK信号传输请求的数量，因此是数据冲突的数量，则第一阻塞判断块700C被填入“1”。如果不需要改进入境信道的当前数量，则填入“0”。表示由入境信道控制器306设定的入境信道数量的数据将放入入境信道数量传送块700D中。表示由入境信道频率控制器307分配给各个VSAT400-1至400-12的入境信道载频的第一控制数据将放入入境频率传送块700E中。当出境信道控制器311检测到阻塞时，第二阻塞判断块700F被填入“1”，否则填入“0”。表示由出境信道控制器311设定的出境信道数量的数据将放入出境信道数量传送块700G中。表示由出境信道频率控制器312分配给各个VSAT400-1至400-12的出境信道频率的第二控制数据将放入出境频率传送块700H中。块700I用于用户数据。

回到图2A，发射机302调制来自多路复用部分314的多路复用信号并经天线301由出境信道将其传送到所有VSAT400-1至400-12。

这种情况下，虽然接收数据检测器305通过监测接收机303提供的NAK信号传输请求的出现数量检测从VSAT经入境信道传送的数据量，但是它能够以与传输数据监测器310中相似的处理来监测由接收数据以识别部分304识别的数据长度。

图3示出本发明的卫星通信系统的VSAT400的结构。该VSAT400包括通过接口电路(INTFC)409与其相连的终端401。终端401产生数据，由时隙预定系统或随机接入系统根据所传送数据的长度在入境信道的该时隙中传送该数据。虽然没有画出，但是能够由固定分配接入系统将用于产生在入境信道的时隙中传送数据的终端连接到VSAT400。

接收机405从由HUB300经天线402、室外单元(ODU)403和多路复用器(mpx)404提供的出境信号中提取数据，并解调该数据。分离器406从解调数据中分离来自HUB300的终端315的通信数据，来自HUB300的入境信道频率控制器307的第一控制数据和来自HUB300的出境信道频率控制器312的第二控制数据。

INTFC409将分离器406提取的通信数据提供给终端401。从终端401发送的数据经INTFC409提供给数据长度判断部分410。数据长度判断部分410检测从终端401发送的数据的长度，并根据所检测的数据长度判断来自终端401的数据是否由时隙预定系统或随机接入系统在入境信道的时隙中传送。多路复用部分412根据数据长度判断部分410中的判断结果在预定时隙或任意时隙中多路复用帧定时信号发生器411输出的帧定时信号和来自终端401的数据，并将得到的多路复用信号提供给发射机413。

入境频率控制器407根据来自分离器406的第一控制数据将HUB300分配的入境电路的频率传送到发射机413。出境电路频率控制器408根据来自分离器406的第二控制数据将HUB300分配的出境电路的频率传送到接收机405。

发射机413根据预定的调制系统调制来自多路复用部分412的多路复用信号，并将入境频率设定为入境信道频率控制器407提供的频率。发射机413在具有新设定频率的入境信道上将调制的多路复用信号经mpx404，ODU403和天线402传送到HUB300作为入境信号。

接收机405将出境信道频率设定为出境信道频率控制器408提供的频率，并从通过天线402、室外单元(ODU)403和多路复用器(mpx)404所接收的出境信号中接收具有新设定频率的出境信号。

mpx404有选择地将来自ODU403的出站信号输出到接收机405，并有选择地将来自发射机413的信号输出到ODU403。

现在将参考附图描述该实施例的操作。

首先，将描述卫星通信信道业务正常情况下的操作。

参考图1和4A，属于GIA组的VSAT400-1至400-4以时分多址(TDMA)通过具有频率f1的入境信道501将数据传送到HUB300。属于G2A组的VSAT400-5至400-8以TDMA通过具有频率f2的入境信道501将数据传送到HUB300，属于G3A组的VSAT400-9至400-12以TDMA通过具有频率f3的入境信道501将数据传送到HUB300。另一方面，HUB300通过具有频率F1的出境信道502将相同的数据传送到所有VSAT400-1至400-12。假设VSAT400-1通过具有频率f1的入境信道501连续地将数据1、数据2和数据3传送到HUB300。图4A中，假设HUB30能正常地接收数据1和数据2，而由于与来自其它VSAT的其它数据的冲突不能正常地接收数据3。在这种情况下，HUB300分别为数据1和2发送ACK信号返回到VSAT400-1，而为数据3向VSAT400-1发送NAK信号。VSAT400-1响应来自HUB300的NAK信号向HUB300重发数据3。当HUB300正常地接收重发的数据3时向VSAT400-1传送ACK信号。在HUB300中，检测恒定时间内产生的NAK信号的数量(S101)，如果检测到的NAK信号少，则判定用入境信道的当前数量能够通畅地进行数据发送/接收(S102)。即，由于数据冲突的数量少，HUB300判定具有频率f1的入境信道中不存在阻塞。

现在将描述入境信道中出现阻塞时该实施例的操作。

参考图4B，VSAT400-1向HUB300传送数据4。假设所传送的数据4与同一时隙中从其它VSAT传送的数据冲突，HUB300不能正常地接收数据4并因此向VSAT400-1传送NAK信号。VSAT400-1响应NAK信号向HUB300重发数据4。假设重发的数据4再次与同一时隙内从其它VSAT传送的数据冲突，HUB300不能正常接收重发的数据4并再次向VSAT400-1传送NAK信号。重复该过程直到HUB300能够正常地接收数据4为止，这造成出现大的通信延迟。

根据本发明，HUB300检测恒定时间内产生的NAK信号的数量(S201)。在这种情况下，由于NAK信号的数量大，HUB300判定入境信道的当前数量不足以进行通畅的数据通信(S202)。即，HUB300判定具有频率f1的入境信道中出现阻塞(S203)。然后，HUB300确定避免阻塞所需的入境信道的总数量。HUB300确定增加的入境信道的频率。在该例子中，假定所增加的入境信道的数量为1，其频率被确定为f4。于是，HUB300分配具有频率f1至f4的入境信道给各个VSAT使用(S204)。HUB300通过具有频率F1的出境信道通知所有VSAT400-1至400-12所确定的入境信道数量和由各个VSAT使用的入境信道的频率信息(S205)。另外，HUB300改变其特性，以使其仍然接收通过具有新设定的频率f4的入境信道传送的信号(S206)。

所有VSAT400-1至400-12根据HUB300的通知分别将其使用的传输频率改变为新频率(S301)。

顺便说一下，当HUB300检测出境信道中阻塞时，HUB300仍通知新设定的出境信道的数量和由各个VSAT400-1至400-12所使用的出境信道频率信息。VSAT400-1至400-12响应该通知改变其使用的接收频率。

在图5所示的例子中，为了避免卫星通信信道的阻塞，新增加具有频率f4的入境信道501和具有频率F2的出境信道502。即，属于G1B组的VSAT400-1至400-3使用具有频率f1的入境信道501和具有频率F1的出境信道502，属于G2B组的VSAT400-4至400-6使用具有频率f2的入境信道501和具有频率F1的出境信道502。此外，属于G3B组的VSAT400-7至400-9使用具有频率f3的入境信道501和具有频率F2的出境信道502，属于G4B组的VSAT400-10至400-12使用具有频率f4的入境信道501和具有频率F2的出境信道502。

因此，通过使用一个出境信道接收出境信号的VSAT的数量减少到1/2，通过使用一个入境信道传送数据到HUB的VSAT的数量减少到3/4。因此，阻塞的可能性能够明显地降低。

在例如夜间通信数据量明显降低的情况下，入境信道501的数量减少到例如图6所示的两个信道。这可以在预定时间内，假设10分钟，在HUB300未向VSAT400-1至400-12传送NAK信号时通过改变入境信道的数量从而改变系统来实现。即，该系统改变成VSAT400-1至400-6组成G1C组，并使用具有频率f1的入境信道501和具有频率F1的出境信道502，VSAT400-7至400-12组成G2C组，并使用具有频率f2的入境信道501和具有频率F1的出境信道502。通过该方案，能够依照卫星信道的使用时间和使用状态有效地利用卫星信道的频段和卫星通信的能力。

如上所述，即使来自与各个VSAT连接的终端的数据量的改变明显超出可预测的范围时，本发明的卫星通信系统能够通过改变由各个VSAT使用的出境信道和入境信道的数量与其相适应。因此，该卫星通信能灵活地适应数据量的变化。