針對天基數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)衛(wèi)星間的傳播時(shí)延較大且節(jié)點(diǎn)間距離變化較大等特點(diǎn),提出了一種提高時(shí)頻資源利用率、提升系統(tǒng)容量、減小時(shí)延的方法。在時(shí)分多址與空分多址相結(jié)合的接入方式下,進(jìn)行了時(shí)隙調(diào)度的分析與優(yōu)化,利用衛(wèi)星星座的空間復(fù)用與大跨度傳播時(shí)延特性,采用時(shí)隙編排、收發(fā)狀態(tài)調(diào)整、幀格式優(yōu)化等手段,將信道利用率和系統(tǒng)容量提升了1倍,將衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)在某一方向獲得服務(wù)的平均等待時(shí)間縮短為原來的1/4,提高了天基數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。 

【文章來源】：電訊技術(shù). 2020,60(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

衛(wèi)星軌道示意圖(北極上空視角)

由于窄波束天線波束小、能量集中、指向靈活可配置、產(chǎn)生的功率大，比起寬波束天線更適用于大跨度、遠(yuǎn)距離的衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈場景。因此為每一顆衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)配置4套窄波束定向天線，采用TDD工作模式，分別用于衛(wèi)星與同軌道上前后衛(wèi)星、鄰軌道上相鄰衛(wèi)星進(jìn)行通信。同軌道面前后兩個(gè)固定天線，異軌道面左右兩個(gè)程控天線，波束掃描范圍根據(jù)STK設(shè)定角度變化而定，如圖2所示。該衛(wèi)星系統(tǒng)具有全天候、全時(shí)段在復(fù)雜地形條件下的通信能力。在本衛(wèi)星系統(tǒng)中，采用TDMA與SDMA相結(jié)合的接入方式。在窄波束天線條件下，SDMA方式可利用空間復(fù)用性能有效提升網(wǎng)絡(luò)容量。TDMA方式把時(shí)間按幀劃分，一幀為一個(gè)用戶前后兩次發(fā)送業(yè)務(wù)的循環(huán)周期。在系統(tǒng)運(yùn)行前首先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量給每個(gè)成員在一幀中分配一個(gè)時(shí)隙，此后的每一幀中各成員都固定占用這個(gè)時(shí)隙發(fā)送本節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)[3]。在使用TDMA方式接入的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，時(shí)隙分配算法的優(yōu)劣直接決定了整網(wǎng)性能的好壞。

經(jīng)分析，每個(gè)衛(wèi)星只需要4個(gè)時(shí)隙就能保證各自與其鄰居之間完成無沖突的數(shù)據(jù)包發(fā)送，通過合理調(diào)度時(shí)間及空間資源，在不同方向的通信對之間實(shí)現(xiàn)時(shí)隙復(fù)用，最終整網(wǎng)的衛(wèi)星在一幀中只需要?jiǎng)澐?個(gè)固定時(shí)隙就能夠滿足所有衛(wèi)星間基本通信的需求。如圖3所示，每個(gè)節(jié)點(diǎn)按同樣的天線切換順序各占一個(gè)時(shí)隙輪流發(fā)送信號(hào)，同一顏色序號(hào)的線條代表可以復(fù)用同一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行通信的鏈路對。但是，這種時(shí)隙調(diào)度方式的問題在于某些業(yè)務(wù)的端到端時(shí)延可能非常長。例如，當(dāng)業(yè)務(wù)需要從源節(jié)點(diǎn)A依次經(jīng)過節(jié)點(diǎn)B、C、D最后到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)E，在這種時(shí)隙調(diào)度方式下，恰好這條路徑上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都在時(shí)隙1跟下一跳節(jié)點(diǎn)通信。那么當(dāng)傳播時(shí)延非常大時(shí)，業(yè)務(wù)到達(dá)下一跳節(jié)點(diǎn)后錯(cuò)過了本幀的時(shí)隙1的發(fā)射時(shí)間，而需要等待到下一幀的時(shí)隙1才能繼續(xù)發(fā)送，足足等待了3個(gè)時(shí)隙的時(shí)長。在該條件下，業(yè)務(wù)的端到端時(shí)延約4個(gè)幀長，無法保障時(shí)敏業(yè)務(wù)的性能。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]天基信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用技術(shù)[J]. 陳冬.  火力與指揮控制. 2018(03)
[2]適用于高動(dòng)態(tài)平臺(tái)的TDM/FDMA+令牌環(huán)衛(wèi)星混合多址接入?yún)f(xié)議[J]. 夏曉巍.  電訊技術(shù). 2013(10)
[3]衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展研究[J]. 劉雋,顧磊.  現(xiàn)代導(dǎo)航. 2012(06)
[4]衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈技術(shù)發(fā)展研究[J]. 尤靜.  計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò). 2012(21)
[5]一種適用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星間鏈路的可搶占時(shí)隙TDMA體制[J]. 石磊玉,周益,王東會(huì),歐鋼.  武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版). 2012(06)
[6]現(xiàn)代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)與發(fā)展趨勢分析[J]. 陳忠貴,帥平,曲廣吉.  中國科學(xué)（E輯:技術(shù)科學(xué)）. 2009(04)

博士論文
[1]衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星間組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 石磊玉.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2013

碩士論文
[1]星間鏈路網(wǎng)絡(luò)高效組網(wǎng)與傳輸協(xié)議研究[D]. 吳光耀.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014



本文編號(hào)：2978166