本發(fā)明涉及一種用于月面通信的多用戶信道映射、接入和管理方法，屬于載人月面通信，適用于月面多節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)通信。

背景技術(shù)：

1、月面無線通信網(wǎng)絡(luò)同樣是支持月面活動開展的必要基礎(chǔ)設(shè)施。未來月面將存在多種月面活動節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間必然存在月面組網(wǎng)通信需求。目前航天領(lǐng)域?qū)臻g通信的標(biāo)準(zhǔn)都是點(diǎn)對點(diǎn)的通信標(biāo)準(zhǔn)，星球表面組網(wǎng)通信還尚未實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。因此，有必要針對月面組網(wǎng)通信中的關(guān)鍵技術(shù)如多用戶協(xié)同、信道映射、資源調(diào)度和管理展開研究，規(guī)劃技術(shù)途徑和工程部署。

2、未來月面組網(wǎng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用場景與地面移動通信系統(tǒng)類似，是以網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)的萬物互聯(lián)類似。以第五代通信系統(tǒng)(5g)為例，其參數(shù)、幀結(jié)構(gòu)、控制流程等需要支持不同服務(wù)之間的切換和管理，因此極為復(fù)雜。5g應(yīng)用存在著大量、頻繁的設(shè)備連接建立及修改，在連接建立和斷開過程中，用戶設(shè)備(ue)與基站(gnb)之間、基站(gnb)與5g核心網(wǎng)之間，以及基站與基站之間都要交互各種控制信息，實(shí)現(xiàn)用戶的移動性管理、流量控制、數(shù)據(jù)管理和傳輸?shù)取?/p>

3、載人月球探測需要建立月面基礎(chǔ)設(shè)施之間的無線組網(wǎng)通信。隨著人類在月球科學(xué)探測規(guī)模的不斷擴(kuò)大，月面通信網(wǎng)用戶規(guī)模必然會持續(xù)增長，且需要向前兼容，因此在當(dāng)前載人月球探測月面通信網(wǎng)的設(shè)計(jì)上，在用戶接入和管理方式及流程設(shè)計(jì)中，必需考慮網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)性、自主性和擴(kuò)展性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于月面通信的多用戶信道映射、接入和管理方法，以滿足移動節(jié)點(diǎn)在月面活動時(shí)的通信需求。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種用于月面通信的多用戶信道映射、接入和管理方法，包括：

3、構(gòu)建月面通信信令體系；

4、在月面可利用資源的約束下，構(gòu)建滿足月面無線組網(wǎng)通信需求的月面邏輯信道、傳輸信道、物理信道之間的映射模型，將所述月面通信信令體系中的不同信令分配到劃分的不同信道進(jìn)行信令的承載和傳輸；

5、根據(jù)月面節(jié)點(diǎn)開機(jī)入網(wǎng)需求，確定開機(jī)入網(wǎng)接入流程；所述月面節(jié)點(diǎn)支持新入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的動態(tài)接入；

6、用戶終端在接入后，根據(jù)不同月面活動對其月面通信進(jìn)行控制。

7、進(jìn)一步地，所述構(gòu)建月面通信信令體系，包括：

8、根據(jù)月面節(jié)點(diǎn)開機(jī)入網(wǎng)需求，構(gòu)建與開機(jī)入網(wǎng)相關(guān)的月面通信信令體系，包括隨機(jī)接入序列msg1、隨機(jī)接入響應(yīng)msg2、入網(wǎng)申請msg3、入網(wǎng)申請應(yīng)答msg4、超幀結(jié)構(gòu)接收成功信令msg5、骨干節(jié)點(diǎn)交互的組網(wǎng)信息、資源重配置應(yīng)答、全網(wǎng)啟用新資源配置；

9、根據(jù)月面節(jié)點(diǎn)活動期間位置更新需求，構(gòu)建與位置更新相關(guān)的月面通信信令體系，包括位置更新申請、位置更新應(yīng)答；

10、根據(jù)月面節(jié)點(diǎn)通信業(yè)務(wù)發(fā)送需求，構(gòu)建業(yè)務(wù)發(fā)送相關(guān)的月面通信信令體系，包括專用信道狀態(tài)通告；

11、根據(jù)月面節(jié)點(diǎn)正常退網(wǎng)需求，構(gòu)建正常退網(wǎng)相關(guān)的月面通信信令體系，包括退網(wǎng)申請、退網(wǎng)申請應(yīng)答、專用信道狀態(tài)上報(bào)、骨干節(jié)點(diǎn)交互的組網(wǎng)信息、資源重配置應(yīng)答、全網(wǎng)啟用新資源配置；

12、根據(jù)月面節(jié)點(diǎn)開機(jī)異常退網(wǎng)需求，構(gòu)建異常退網(wǎng)相關(guān)的月面通信信令體系，包括專用信道狀態(tài)上報(bào)、骨干節(jié)點(diǎn)交互的組網(wǎng)信息、資源重配置應(yīng)答、全網(wǎng)啟用新資源配置、隨機(jī)接入序列msg1、隨機(jī)接入響應(yīng)msg2、入網(wǎng)申請msg3、入網(wǎng)申請應(yīng)答msg4、超幀結(jié)構(gòu)接收成功信令msg5。

13、進(jìn)一步地，所述月面邏輯信道包括廣播控制信道、專用控制信道、公用控制信道、業(yè)務(wù)信道；所述公用控制信道為當(dāng)用戶與骨干節(jié)點(diǎn)間沒有建立連接時(shí)傳輸控制信息的信道；所述專用控制信道為當(dāng)用戶與骨干節(jié)點(diǎn)間已經(jīng)建立連接時(shí)傳輸控制信息的信道，且是一對一的傳輸信道；

14、所述傳輸信道包括廣播信道、下行共享信道、上行共享信道、隨機(jī)接入信道；

15、所述物理信道包括物理下行鏈路共享信道、物理廣播信道、物理上行隨機(jī)接入信道、物理上行共享信道、下行公共控制信道；月面組網(wǎng)通信系統(tǒng)在下行、上行共享信道采用多信道復(fù)接方法承載自定義信令，實(shí)現(xiàn)對通信網(wǎng)全網(wǎng)用戶的管理。

16、進(jìn)一步地，所述信令的承載和傳輸，包括：

17、與用戶節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)流程或需向全網(wǎng)發(fā)送的信令，在下行公共控制信道發(fā)送；以及

18、用戶終端接入后與主節(jié)點(diǎn)之間交互的信道，對各用戶的控制信令復(fù)接在其對應(yīng)的業(yè)務(wù)信道承載和收發(fā)。

19、進(jìn)一步地，所述開機(jī)入網(wǎng)接入流程，包括：

20、用戶終端搜索可用網(wǎng)絡(luò)，完成下行同步，包含終端與基站的下行時(shí)間及頻率同步過程，并收到廣播數(shù)據(jù)；

21、用戶終端發(fā)送隨機(jī)接入序列msg1，即上行同步，包含終端與基站的上行時(shí)間及頻率同步過程；

22、隨機(jī)接入應(yīng)答，基站在當(dāng)前扇區(qū)的下行公共控制信道向終端發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)msg2，用戶終端將隨機(jī)接入前導(dǎo)索引與發(fā)送的序列索引匹配，完成上行同步，并接收到為發(fā)送入網(wǎng)申請msg3而專門分配的臨時(shí)物理上行共享信道控制時(shí)隙位置信息；

23、用戶終端通過分配的臨時(shí)物理上行共享信道控制時(shí)隙發(fā)送入網(wǎng)申請信令msg3；

24、基站通過物理下行鏈路共享信道控制時(shí)隙向終端發(fā)送入網(wǎng)申請應(yīng)答信令msg4，為待入網(wǎng)用戶終端分配共享信道時(shí)隙，此時(shí)并不啟用共享信道；

25、待入網(wǎng)用戶終端通過專門分配的物理上行共享信道臨時(shí)控制時(shí)隙發(fā)送超幀結(jié)構(gòu)接收成功信令msg5；

26、執(zhí)行全網(wǎng)啟用新資源配置流程，同時(shí)基站回收物理上行共享信道臨時(shí)控制時(shí)隙。

27、進(jìn)一步地，所述用戶終端入網(wǎng)后根據(jù)不同月面活動對其月面通信進(jìn)行控制，包括：

28、根據(jù)月面節(jié)點(diǎn)活動期間位置更新需求，構(gòu)建位置更新管理流程；

29、根據(jù)月面節(jié)點(diǎn)通信業(yè)務(wù)發(fā)送需求，構(gòu)建基本業(yè)務(wù)傳輸管理流程；

30、根據(jù)月面節(jié)點(diǎn)退網(wǎng)需求，構(gòu)建正常退網(wǎng)管理流程、異常退網(wǎng)管理流程；

31、構(gòu)建全網(wǎng)啟用新資源配置流程，在同一時(shí)刻通知所有用戶節(jié)點(diǎn)啟用新的幀格式。

32、進(jìn)一步地，所述位置更新管理流程包括：

33、廣播信道在不同天線間循環(huán)發(fā)送，用戶終端持續(xù)監(jiān)聽廣播信道；

34、以后終端若接收到來自其他扇區(qū)的更強(qiáng)的廣播信號，且滿足切換扇區(qū)門限，則通過物理上行共享信道向基站發(fā)送位置更新申請信令，包括用戶id、要切換到的扇區(qū)號；

35、基站更改用戶服務(wù)列表中該用戶終端對應(yīng)的扇區(qū)，在下一幀改變該用戶終端的收發(fā)扇區(qū)；

36、基站通過物理下行鏈路共享信道發(fā)送位置更新應(yīng)答到終端，通知終端更改是否成功；

37、執(zhí)行全網(wǎng)啟用新資源配置流程。

38、進(jìn)一步地，所述基本業(yè)務(wù)傳輸管理流程包括：

39、用戶終端持續(xù)監(jiān)聽廣播信道；

40、終端通過物理上行鏈路共享信道向基站發(fā)送專用信道狀態(tài)上報(bào)，由主節(jié)點(diǎn)控制能發(fā)送的上下行數(shù)據(jù)塊大小、發(fā)送速率、調(diào)制方式等，并通過物理下行鏈路共享信道狀態(tài)通告將上述信息反饋給用戶終端；

41、用戶終端或主節(jié)點(diǎn)從各個(gè)虛擬信道讀取數(shù)據(jù)鏈路幀，然后將它們封裝成一個(gè)數(shù)據(jù)塊，交給物理層從空口用相應(yīng)的調(diào)制方式和速率發(fā)送。

42、進(jìn)一步地，當(dāng)用戶終端無業(yè)務(wù)信息傳輸需求時(shí)，用戶終端通過退網(wǎng)申請信令自行申請退網(wǎng)，基站收到申請后刪除該節(jié)點(diǎn)信息，釋放信道；所述正常退網(wǎng)管理流程包括：

43、用戶終端向基站通過物理上行共享信道發(fā)送退網(wǎng)申請信令；

44、基站通過物理下行鏈路共享信道發(fā)送退網(wǎng)申請應(yīng)答；

45、基站刪除當(dāng)前用戶終端id；

46、執(zhí)行全網(wǎng)啟用新資源配置流程；

47、由用戶終端決定何時(shí)重新發(fā)起入網(wǎng)流程；

48、當(dāng)終端設(shè)備異常、信道狀況差導(dǎo)致基站在規(guī)定的n秒內(nèi)未收到終端的專用信道狀態(tài)上報(bào)信息，基站則執(zhí)行異常退網(wǎng)流程，釋放該終端占用的信道；所述異常退網(wǎng)管理流程包括：

49、基站在n秒內(nèi)未在某用戶終端的物理上行共享信道上監(jiān)聽到專用信道狀態(tài)上報(bào)信息；

50、基站執(zhí)行用戶終端異常退網(wǎng)流程，刪除當(dāng)前用戶終端id；

51、執(zhí)行全網(wǎng)啟用新資源配置流程；

52、等待n秒后，用戶終端重新發(fā)起入網(wǎng)流程。

53、進(jìn)一步地，當(dāng)用戶終端入網(wǎng)、退網(wǎng)、位置變化時(shí)涉及幀結(jié)構(gòu)變化時(shí)，均通過全網(wǎng)啟用新資源配置流程為所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送新的幀格式；所述全網(wǎng)啟用新資源配置流程包括：

54、基站為所有用戶終端重新分配時(shí)隙，通過物理下行鏈路共享信道給每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)隙分配表；

55、每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到新的時(shí)隙分配表，每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過物理上行鏈路共享信道向基站發(fā)送資源重配置應(yīng)答；

56、基站確認(rèn)收到所有用戶終端和副節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答，然后通過物理下行鏈路共享信道，發(fā)送全網(wǎng)啟用新資源配置信令通知所有節(jié)點(diǎn)在下一幀開始啟用新的超幀格式；

57、用戶終端按照時(shí)隙規(guī)劃進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。

58、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

59、(1)本發(fā)明結(jié)合任務(wù)需求和應(yīng)用場景，在參考5g系統(tǒng)物理層技術(shù)要素基礎(chǔ)上，定義適應(yīng)與月面通信的物理信道與邏輯信道的映射關(guān)系，簡化用戶初始接入流程，且提出用戶建立連接后通過共享信道承載大部分信令的方法，從而降低控制復(fù)雜度，有利于工程實(shí)現(xiàn)；

60、(2)本發(fā)明定義了一套月面通信信令體系，該信令體系簡潔、可實(shí)現(xiàn)，滿足月面通信需求，降低對月面通信設(shè)備處理能力、存儲能力的需求，可靠性高且功耗、重量要求較低；

61、(3)本發(fā)明在明確信道映射、信令體系的基礎(chǔ)上，提出了面向不同月面活動場景的接入和管理方法，該方法靈活、可擴(kuò)展，能夠有效地支撐現(xiàn)階段以及未來月面網(wǎng)進(jìn)一步擴(kuò)展后的月面組網(wǎng)通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。