專利名稱：用信息業務量變化范圍中隨機數的隨機接入衛星通信系統的制作方法
技術領域：
本發明總地來說涉及多路隨機接入衛星通信系統，該系統中在中心站與多個遠端站之間建立衛星信道，更具體地說，本發明涉及用于減小同時發送的信息包之間沖突概率的技術。
公知的時隙式ALOHA系統是用于在總站與多個遠端站之間建立通信的時分多址聯接衛星通信系統。在時隙式ALOHA系統中，通信信道被分成時隙，在隨機接入的時隙上各遠端站發送其信息包。這種類型選址的有利特點是當發送率較低時，能夠減小發送延遲。然而當發送率較高時，沖突率就增大了，因此導致信道利用率較低，發送延遲較長。為了避免由于較高的發送率導致較差的系統利用率，必須減小重發，避免重發的信息包之間的沖突。一般對重發采用下述方法，即使用隨機數規定時間間隔，在試圖獲得信道接入之前，沖突站必須等待該時間間隔。如果能夠產生的隨機數數量很小，在兩個以上使用相同隨機數的遠端站之間產生重合的可能性就較高。另外如果重發率較高，從而使沖突率也較高，使用較大范圍隨機數的遠端站要比那些使用較小范圍隨機數的遠端站能夠更有效地減小業務擁塞。然而在重發率較低的情況下，在沖突的各站被允許重發信息包之前可能會不必要地等待較長的時間間隔。
因此，本發明的目的提供一種時隙式隨機接入衛星通信系統，其中通過使用由中心站收集的信息業務量數據，提高了從該系統遠端站到公用衛星信道成功重發的概率。
在本發明的衛星能信系統中，從每個遠端站到中心站形成前向衛星信道，并且從中心站到每個遠端站形成后向衛星信息。后向衛星信道被分成多個幀，前后衛星信道被分成與后向信道各幀對應的多個幀。前向信道的每個幀被細分成時隙。從每個遠端站，在前向衛星信道的一個時隙上隨機地發送包含用戶數據的信息包。如果中心站接到信息包，就發送業務量數據和確認信號，否則就不發送確認信號。如果沒有接收到確認信號，遠端站就在由業務量數據確定的范圍內產生一個隨機數，并且增大指示沒有接收到確認信號情況次數的計算值，然后，在由該隨機數確定的前向信道的隙上重發包含該計數值的信息包。如果接收到確認信號，該計數值被復位為零。一旦接收到一個信息包，中心站就為該接收的信息包產生一個確認信號，并且導出在預定時間間隔中接收到的信息包總數與包含在這些信息包中的計數值總數之總和，然后從上述和中導出業務量數。在后向信道的一個幀上發送該確認信號、業務量數據和主數據。
因為可能產生隨機數的范圍是相應于業務量數據而受到控制的，所以在較高業務負荷的情況下，產生的隨機數被分布在較寬的范圍中，因此不太可能發生沖突，而在較低業務負荷的情況下，產生的隨機數被分布在較小的范圍中，因此遠端站不用經歷不必要的長時間等待。
下面將參見附圖進一步詳細地說明本發明。
圖1是衛星通信系統的方框圖，圖中示出了中心站的詳細構成。
圖2A是由該系統的每個遠端站使用的脈沖串數據結構，圖2B是從中心站發送的幀序列。
圖3是該衛星通信系統的遠端站的方框圖。
圖4是用于說明該系統操作的時序圖。
如圖1所示，本發明的衛星通信系統包括總站1、多個遠端站2和通衛星3。當向中心站發送用戶數據信息包和從中心站接收主數據時，每個遠端站都隨機地得以接入時隙式衛星信道。
如圖2A中所示，從每個遠端2到中心站1的前向信道被分成幀，而每個幀又被細分成時隙。在保護時間(GT)之后的一個隙上，每個遠端站以脈沖串的形式發送信息包。該信息包包含指示脈沖呂開始的具有唯一碼型的唯一字(UW)，其后緊跟著一個前置部分，它包括使中心站迅速地恢復載波的一個比特序列和用于同步的時鐘定時。設有包標識符(PID)字段，用于指示源遠端站的地址，以及用于識別幀及一個時隙和幀數和時隙數，在該幀的這個時隙上從源遠端站發送信息包。根據本發明，在地址字段之后設有重復計數字段，用于指示為了得以接入信道進行的重復企圖的次數。接著用于發送信延位的用戶數據字段，其長度是可以變化的。如果信息位的長長小于用戶數據字段的長度，就用虛比特填充用戶數據字段。在用戶數據字段之后是FCS(幀檢驗序列)字段和FEC(前向糾錯)字段，用于插入由中心站用于執行檢錯和糾錯的冗余位。
如圖2B所示，從中心站1到遠端站2的后向信道同樣被分成幀，每個幀包含標題和在其之后一系列數據信息包。該標題包含幀定時字段，確認字段和業務量數據字段。幀定時字段包含幀定時信號，該信號用于識別幀，并且由每個遠端站用作基準時間去確定在一個隙上發送的信息包。確認(ACK)字段包含與中心站已經成功地從遠端站接收到其信息包的那些遠端站數量相等的確認信號。每個確認信號包含從遠端站接收的源遠端地址、幀數和隙數。根據本發明，業務量數據指示衛星信道的擁塞級。在規定數據的幀中以下方式從接收的初始信息包和重發信息包的全體導出該業務量數據。幀序列的每個數據信息包包括開始標記(F)、包含目的地遠端站地址的地址字段、主數據、幀檢驗序列的冗余位和結束標記(F)。
再參見圖1，在中心站1中由天線4接收來自遠端站2的信號，將下行頻率變換成中頻，并且加到接收機5上。為了變換成基帶頻率，用從載波和時鐘定時恢復(CCR)電路8提供的本機載波解調該中頻信號，并且利用來自CCR電路8的時鐘對該解調的信號執行雙元判決，以便使其變換成數字信號。接收機5的輸出被饋送到檢測接收的信息包括端的獨特字檢測器6，接收的信息包中緊跟著唯一字之后的信息包被送到前置部分檢測器7。前置部分檢測器7提取包含在信息包前置部分中的比特序列，并且提供給CCR電路8，使其恢復載波和時鐘定時脈沖。
前向糾錯(FEC)譯碼器9連接到前置部分檢測器7上，用于接收信息包中緊跟前置部分之后的信息包，并且使用插入到信息包FEC字段的冗余位，對該信息包執行糾錯。循環冗余校驗(CRC)譯碼器10連接到FEC譯碼器9的輸出端，使用包含在信息包FCS字段中的冗余位對已被糾錯的信息進行檢錯。如果在用戶數據中實際上沒有錯誤，CRC譯碼器10就將該情況傳信給包計數器14，指示已經成功地從遠端站接收到信息包，同時將已檢錯的信號加到地址檢測順11上，從已檢錯信息包的地址字段中提取源遠端站的地址，并將其存儲在寄存器(R)18中作為確認信號，用于傳信已經接收到該信息包，該信息包的余項被加到重復計數檢測器12上。由檢測器12檢測信息包重復計數字段中包含的重復計數值，并且將其存儲在移位寄存器(SR)15A中。
包計數器14響應來自幀定時發生器23的幀定時信號而復位，以便清除其存儲的在先前幀中的計數，并且開始對來自CRC譯碼器10的用于當前幀的信號計數，以便指示信息包的成功接收。包計數器14產生指示在一個幀期間成功地接收的信息包數的信號，并且將其提供給移位寄存器15B，在那里存儲用于規定數量的幀。移位寄存器15A響應幀定時脈沖，以幀的間隔移位，并且產生在上述規定數量的相繼幀期間重發的信息包總數。同樣，移位寄存器15B響應由幀定時發生器23提供的移位脈沖，以幀的間隔移位，并且產生在上述規定數量的幀期間接收的初始信息包總數。兩個移位寄存器的輸出被加到加法器16上，在那里將其加在一起，以便產生在相繼的幀期間計數的初始信息包和重發信息包的總數。該總計的數值被饋送到比較器17，用于與表示基準擁塞級的閾值進行比較，以便確定該衛星信道的擁塞級。由比較器17產生指示已確定擁塞級的業務量數據，并且將其提供給多路復用器22。
接收緩沖器13連接到重發計數檢測器12上，用于接收包含在信息包數據字段中的用戶數據，并且直到由主終端19調用之前，一直在其中保存該用戶數據。
對相繼接收到的信息包進行相同的處理，以便每個幀期間在寄存器18中，將存儲著與成功地接收的信息包數量相等的確認信號。
通過幀定時發生器23述產生指示幀數的信號，并且將其提供給多路復用器22，在那里與來自比較器17的業務量數據和來自寄存器18的確定信號進行多路復用。
通過主終端19產生主數據以及被指定的遠端站地址，在暫時存儲在發送緩沖器20中之后，將其提供給CRC編碼器21，在那里從主數據導出幀檢驗序列(FCS)。在后向信道的每個幀期間，通過多路復用器22將幀數、一個或多個確認信號和業務量數據組合在一起，以便形成幀標題。幀標題與一系列信息包多路復用，每個信息包都包含由標記發生器(F)24提供的開始標記、目的地地址、主數據、FCS和由標坊發生器24提供的結束標記。FEC編碼器25連接到多路復用器22的輸出端，用于對幀信號執行糾錯編碼處理，以便使目的地遠端站能夠對接收的信號執行糾錯。FEC編碼器25的輸出被耦接到發射機26，以那里使其在中頻載波上調制，然后饋送到天線系統4。該中頻信號被變換成上行頻率，以一系列幀的方式發射到衛星3上，在那里將其變換成下行頻率，播發到各遠端站2。
參見圖3，每個遠端站2包括向發送緩沖器31提供用戶數據的用戶終端30，以便根據該系統的數據構式形成信息包。將重復計數值RC＝0設置在信息包的重復計數字段中。當將用戶數據提供給發送緩沖器31時，該緩沖器將數據存在指示加到發送控制器43上，而發送控制器又對發送緩沖器提供定時控制。發送緩沖器31的輸出連接到CRC編碼器32，在那里從用戶數據導出幀檢驗序列。將用戶數據、重復計數和FCS提供到多路復用器33，在那里與由寄存器34提供的唯一字，前置部分和包標識符多路復用。多路復用器33的輸出加到FEC編碼器35，在那里利用冗余位采用前向糾錯碼進行編碼。在FEC編碼器中使用的冗余被位插入信息包的FEC字段。通過發射機36，在中頻載波上對FEC編碼器35的輸出信號進行調制，然后加到天線系統37上，在那里將其變換成用于向衛星3發送的上行頻率。
通過天線系統37接收來自衛星3的信號，在那里將其變換成中頻。然后接收機38對該中頻信號進行解調。并且以基帶頻率恢復原始的信號。接收機38的輸出耦接到FEC譯碼器39，用于在基帶信號上執行糾錯。
多路分解器40連接到FEC譯碼器39的輸出端，用于從幀標題中檢測幀定時信號、ACK信號和業務量數據，并且從該幀的相應信息包字段中檢測信息包數據。將幀定時信號加到幀定時發生器41上，用于產生為了該遠端站基準定時的幀定脈沖和幀數。時隙定時發生器42響應幀定時脈沖，較生時隙定時脈沖和時隙數。
在沒有來自以下述方式確定重發緩沖器50讀定時以可編程序式重發計數器49輸出的情況下，如果給出數據存在指示，發送控制器43就響應時隙定時脈沖，將讀指令信號加到發送緩沖器31上。如果沒有信息包在緩沖器31的發送定時重發。就將存儲在其中的數據傳送到CRC編碼器32。如果發送緩沖器31中的數據存在與由計數器49指示的發送定時沖突，直到重發緩沖器50變成空的之前，禁止發送緩沖器31中的數據發送。響應來自發送控制器43的讀指令信號，發送緩沖器31向重發緩沖器50提供發送的用戶數據的副份，用于在可能出現沖突的情況下重發該用戶數據。重發緩沖器50存儲發送信號的副份，將來自發送控制器43的讀指令用作寫指令信號。設有門電路44，該門電路響應來自發送控制器43的讀指令信號，通過或門(OR)52，以便將來自定時發生器41和42的幀數和時隙數存入時隙存儲器45和寄存器34的PID字段。采用這種方式，通過存儲在寄存器34和時隙存儲器45中用于重合檢測的幀數和時隙數，識別來自發送緩沖器31的信息包數據。或門52的輸出另外還加到定時器55上，該定時器來自幀定時發生器41的幀脈沖進行計數，并且確定確認信號可能到達該遠端站的定時。
將包含在接收信號ACK字段中的一個或多個ACK信號從多路分解器40提供給地址檢測器46，在那里與該遠端站的地址對比，對每個ACK信號的地址進行檢驗，以便檢測重合性。如果檢測出帶有該遠端站地址的ACK信號，地址檢測器46就將包含在檢的ACK信號中的幀數和時隙數提供給比較器47。比較器47響應定時器55的輸出起動，在接收的幀數和時隙數與存儲在時隙存儲器45的存儲單元中與發送的信息包對應的那些數據值進行比較。如果它們相符合，比較器47就識別出發送的信息包已經被中心站正確地接收，該比較器在引線60上產生輸出信號，以便將重復計數器51復位為0，并且復位重發緩沖器50，廢棄發送的用戶數據的副份。通過多路復用器40檢測出指定給該遠端站的主數據，并且將其提供給CRC譯碼器53進行檢錯。在檢錯處理之后，主數據被暫時存儲在接收緩沖器54中，然后再提供給用戶終端30。
如果由于沖突已經使發送的信息中斷，就不會接收到AC信號，比較器47將輸出信號加到引線61上，以便起動變化范圍的隨機數發生器48，并且復位重發計數器49。隨機數發生器48產生一個隨要數，隨機數能夠在由接收的業務量數據規定的范圍中產生。產生的隨機數作為預置的計數值加到計數器49，使計數器開始對來自時隙定時發生器42的時隙定時脈沖進行計數。當達到預置的計數值時，重發計數器49產生輸出信號，該輸出信號作為增加指令信號加到重復計數器51上，作為讀指令信號加到重發緩沖器50上，并且通過或門52作為選通脈沖加到門電路44上，以便將重以信息包的幀數和時隙數存儲在發送存儲器45中。因此重復計數值就加1，并且加到重發緩沖器50上，在那里將其插入存儲數據的重復計數字段。響應來自計數器49的上述讀指令信號，先前用戶數據的副份與來自重發緩沖器50的新重復計數值一起被饋送到CRC編碼器32，然后再饋送到多路復用器33，在那里與從寄存器34提供的標題數據多路復用，在通過編碼器35進行FEC編碼處理之后，將其發送到中心站。因此如果通過定時器55沒有檢測出ACK信號，就在由業務量數據確定的時隙上，向中心站發送除了重復計數值以外其余都相同的先前信息包的副份。
下面將參見圖4說明該系統總的工作過程，為了簡化起見假設在下一幀期間接收到ACK信號每個幀包含三個時隙，并且通過在幀1上發送沖突的信息包A1和B1，在幀2上發送沖突的信息包A2和C1，在幀3上發送沖突的信息包A3和C2，遠端站A、B和C都試圖得以接入衛星信道，因此在信息包A1與B1之間、A2與C1之間以及A3與C2之間發生沖突。另外還假設在中心站中的加法器16的輸出指示在兩個相繼的幀期間接收的所有信息包的總數，以及由這些信息包的重復計數字段給出的重復計數值。
在幀1期間，遠端站A和B分別在該幀的第三時隙上發送其信息包A1和B1，每個信息包都具有重復計數為0。在傳播延遲之后，如由畫陰影線的矩形70所示，發送的信息包A1和B1在中心站1中沖突，并且導致誤。因此在相繼的兩個幀(即先前的幀和幀1)期間接收的信息包數量為0，所以在中心站1中的加法器16產生我數量為0，作為在這些幀中接收的信息包總數。比較器17將該0計數與閾值進行比較，產生指示擁塞級為0的業務量數據。
在幀2期間，中心站發送指示業務量數據的0級信號。沒有為信息包A1和B1發送ACK信號。遠端站A和C在該幀的第二隙上發送其信息包A2和C1，每個信息包都具有重復計數為0，導致如由畫陰影線的矩形71所示發生沖突。在幀1和2期間接收的信息包數量仍然為0，因此加法器16又產生0計數，并且比較器17產生0級擁塞業務數據。
在幀3期間，中心站發送在幀2期產生的0級業務量數據。沒有為信息包A2和C1發送ACK信號。識別出在幀1期間發送的信息包A1和B1沒有被中心站接收，在幀3的始端，遠端站A和B分別產生隨機數RN為0和RN為1，并且在該幀的第一時隙和第二時隙(由隨機數0和1規定的)分別發送先前信息包A1和B1的副份，每個信息包都具有重復計數為1。接著遠端站A和C在該幀的第三隙上同時發送其信息包A3和C2，導致如由矩形72所示發生沖突。因為在幀2和3期間接收信息包數量為2，并且重復計數的總數為2，所以加法器16產生計數為4，比較器17產生業務量數據，指示該衛星信道的擁塞級已經增大到1級。
在幀4期間，中心站發送在幀3期間產生的1級業務量數據。響應該1級業務量數據，遠端站A和C增大其隨機數發生器的范圍。沒有為信息包A3和C2發送ACK信號，但是卻為信息包A1和B1的副份發送了ACK信號。識別出在幀2期間發送的信息包A2和C1沒有被中心站接收，在幀4的始端，遠端站A和V分別產生隨機數RN為1和RN為0，并且在該幀的第二時隙和第一時隙分別發送先前信息包A2和C1的副份，每個信息包都具有重復計數為1。因為在幀3和4期間接收的信息包數量為4，并且重復計數的總數為4，所以加法器16產生計數為8，比較器17產生業務量數據，指示該信道的業務量已經增大到1級。
在幀5期間，中心站發送在幀4期間產生的1級業務量數據。為信息包A2和C1的副份發送ACK信號。在幀3期間發送的信息包A3和C2的識別沒有被中心站接收，在幀4開始增大的范圍中，遠端站A和C分別產生隨機數RN為3和RN為2，并且在幀6的第一時隙和幀5的第三時隙分別發送先前信息包A3和C2的副份，每個信息包都具有重復計數為1。因為在幀3和4期間接收的信息包數量為4，并且重復計數的總數為3，所以加法器16產生計數為7，比較器17產生業務量數據，指示該信息的業務量仍然處于1擁塞級。
權利要求
1.衛星通信系統，包括中心站和多個遠端站，用于通過衛星建立從每個所述遠端站到所述中心站的前向信道，以及通過衛星建立從所述中心站到每個所述遠端站的后向信道，所述后向信道被分成多個幀，并且所述前向信道被分成與后向信道各幀相對應的多個幀，前向信道的每個幀被細分成時隙。每個所述遠端站包括裝置(31-36，41-43)，用于在一個所述時隙上隨機地發送包含用戶數據的信息包；裝置(38-40，46)，當中心站接收到所述信息包時，用于接收來自所述中心站的業務量數據和確認信號，當所述信息包沒有被中心站接收時，就接收不到確認信號；隨機數發生器(48)，能夠在由所述業務量數據規定的范圍中產生隨機數，所述隨機數發生器響應未接收到確認信號，產生一個所述隨機數；裝置(51)，響應未接收到確認信號而增加一個計數值；裝置(49，50)，用于在由產生的隨機數識別的前向信道的一個時隙上，重發包含該計數值的信息包；以及裝置(44、45、47、52)，響應接收到的所述確認信號，用于將所述計數值復位到0；所述中心站包括裝置(5-13)，用于從每個遠端站接收信息包；裝置(18)，用于響應收到的所述信息包產生所述確認信號；裝置(14、15B、15A、16)，用于導出在預定的時間間隔期間接收的信息包總數與包含在所述信息包中的計數值總數之總和，裝置(17)，用于從所述總和導出所述業務量數據；以及裝置(20-26)，用于在后向信道的一個所述幀上，與主數據一起發送該確認信號和該業務量數據。
2.如權利要求1中所述的衛星通信系統，其特征在于用于導出所述業務量數據的所述裝置(17)包括用于將所述總和與分別表示所述后向信道擁塞級的閾值進行比較，并且產生表示所述前向信道擁塞級的所述業務量數據的裝置。
3.如權利要求1中所述的衛星通信系統，其特征在于用于接收所述信息包的所述裝置包括裝置(10)，用于從接收的信息包中檢錯，并且如果在其中實際上沒有檢測出錯誤，就產生指示該信息包被有效地接收的信號，以及用于導出總和的所述裝置(14、15B、15A、16)包括裝置(14)，用于對來自所述檢錯裝置的所述信號進行計數，以便提供在所述預定的時間間隔期間接收的信息包的所述總數。
4.在衛星通信系統中，該衛星通信系統包括中心站和多個遠端站，用于通過衛星建立從每個所述遠端站到所述中心站的前向信道，以及通過衛星建立從所述中站到每個所述遠端站的后向信道，所述后向信道被分成多個幀，并且所述前向信道被分成與后向信道各幀相對應的多個幀，前向信道的每個幀被細分成時隙，一種方法包括下述步驟a)在一個所述時隙上，從一個遠端站隨機地發送包含用戶數據的信道包b)如果中心站接收到該信息包，則在所述遠端站接收來自所述中心站的業務量數據和確認信號，如果信息包沒有被所述中心站接收，就接收不到確認信號;c)如果通過步驟(b)未接收確認信號，就在由業務量數據規定的范圍中產生一個隨機數;d)增加一個指示次數計數值的步驟(c)被重復，并且在由所述隨機數規定的前向信道的一個時隙上，重發包含所述計數值的信息包;e)重復步驟(b)至(d);f)如果通過步驟(b)接收到所述確認信號，將所述計數值復位到0;g)在所述中心站接收來自所述遠端站的信息包，并且為接收的信息包產生確認信號;h)導出在預定的時間間隔期間通過步驟(g)接收的信息包總數與包含在接收的信息包的計數值總數之總和;i)從所述總和導出所述業務量數據;以及j)在后向信道的一個所述幀上，發送確認信號、業務數據和主數據。
5.如權利要求4中所述的方法，其特征在于步驟(i)包括下述步驟將所述總和與分別表示所述后向信道擁塞給的閾值進行比較，并且產生表示所述前向信道擁塞級的所述業務量數據。
6.如權利要求4中所述的方法，其特征在于步驟(g)包含下述步驟從接收的信息包中檢錯，并且如果在其中實際上沒有檢測出錯誤，就產生指示該信息包被有效地接收的信號;以及步驟(h)包含對在所述預定的時間間隔期間的所述信號進行計數，以便提供信息包的所述總數。
全文摘要
在包括中心站和多個遠端站的衛星通信系統中，在前向衛星信道的隨機確定的時隙上，每個遠端站發送包含用戶數據的信息包。如果由中心站接收到信息包，中心站就發送業務量數據和確認信號。如果沒有確認信號被遠端站檢測出，遠端站就在由業務量數據確定的范圍中產生隨機數，并且增量一個指示沒有返回確認信號次數的計數值。在由該隨機數規定的時隙上，重發包含該計數值的信息包。
文檔編號H04L12/56GK1099919SQ9410328
公開日1995年3月8日 申請日期1994年2月26日 優先權日1993年2月26日
發明者國府友我里 申請人:日本電氣株式會社