針對天基數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)衛(wèi)星間的傳播時延較大且節(jié)點間距離變化較大等特點,提出了一種提高時頻資源利用率、提升系統(tǒng)容量、減小時延的方法。在時分多址與空分多址相結合的接入方式下,進行了時隙調度的分析與優(yōu)化,利用衛(wèi)星星座的空間復用與大跨度傳播時延特性,采用時隙編排、收發(fā)狀態(tài)調整、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)點在某一方向獲得服務的平均等待時間縮短為原來的1/4,提高了天基數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的服務質量。 

【文章來源】：電訊技術. 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)星進行通信。同軌道面前后兩個固定天線，異軌道面左右兩個程控天線，波束掃描范圍根據(jù)STK設定角度變化而定，如圖2所示。該衛(wèi)星系統(tǒng)具有全天候、全時段在復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相結合的接入方式。在窄波束天線條件下，SDMA方式可利用空間復用性能有效提升網(wǎng)絡容量。TDMA方式把時間按幀劃分，一幀為一個用戶前后兩次發(fā)送業(yè)務的循環(huán)周期。在系統(tǒng)運行前首先根據(jù)網(wǎng)絡中的節(jié)點數(shù)量給每個成員在一幀中分配一個時隙，此后的每一幀中各成員都固定占用這個時隙發(fā)送本節(jié)點業(yè)務[3]。在使用TDMA方式接入的網(wǎng)絡系統(tǒng)中，時隙分配算法的優(yōu)劣直接決定了整網(wǎng)性能的好壞。

經(jīng)分析，每個衛(wèi)星只需要4個時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，通過合理調度時間及空間資源，在不同方向的通信對之間實現(xiàn)時隙復用，最終整網(wǎng)的衛(wèi)星在一幀中只需要劃分4個固定時隙就能夠滿足所有衛(wèi)星間基本通信的需求。如圖3所示，每個節(jié)點按同樣的天線切換順序各占一個時隙輪流發(fā)送信號，同一顏色序號的線條代表可以復用同一個時隙進行通信的鏈路對。但是，這種時隙調度方式的問題在于某些業(yè)務的端到端時延可能非常長。例如，當業(yè)務需要從源節(jié)點A依次經(jīng)過節(jié)點B、C、D最后到達目的節(jié)點E，在這種時隙調度方式下，恰好這條路徑上的每個節(jié)點都在時隙1跟下一跳節(jié)點通信。那么當傳播時延非常大時，業(yè)務到達下一跳節(jié)點后錯過了本幀的時隙1的發(fā)射時間，而需要等待到下一幀的時隙1才能繼續(xù)發(fā)送，足足等待了3個時隙的時長。在該條件下，業(yè)務的端到端時延約4個幀長，無法保障時敏業(yè)務的性能。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]衛(wèi)星導航系統(tǒng)星間組網(wǎng)關鍵技術研究[D]. 石磊玉.國防科學技術大學 2013

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



本文編號：2978166