大跨度天基数据链的TDD时隙调度分析与优化

发布时间：2021-01-15 03:49

　　针对天基数据链系统卫星间的传播时延较大且节点间距离变化较大等特点,提出了一种提高时频资源利用率、提升系统容量、减小时延的方法。在时分多址与空分多址相结合的接入方式下,进行了时隙调度的分析与优化,利用卫星星座的空间复用与大跨度传播时延特性,采用时隙编排、收发状态调整、帧格式优化等手段,将信道利用率和系统容量提升了1倍,将卫星节点在某一方向获得服务的平均等待时间缩短为原来的1/4,提高了天基数据链系统的服务质量。 

【文章来源】：电讯技术. 2020,60(06)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

卫星轨道示意图(北极上空视角)

由于窄波束天线波束小、能量集中、指向灵活可配置、产生的功率大，比起宽波束天线更适用于大跨度、远距离的卫星数据链场景。因此为每一颗卫星节点配置4套窄波束定向天线，采用TDD工作模式，分别用于卫星与同轨道上前后卫星、邻轨道上相邻卫星进行通信。同轨道面前后两个固定天线，异轨道面左右两个程控天线，波束扫描范围根据STK设定角度变化而定，如图2所示。该卫星系统具有全天候、全时段在复杂地形条件下的通信能力。在本卫星系统中，采用TDMA与SDMA相结合的接入方式。在窄波束天线条件下，SDMA方式可利用空间复用性能有效提升网络容量。TDMA方式把时间按帧划分，一帧为一个用户前后两次发送业务的循环周期。在系统运行前首先根据网络中的节点数量给每个成员在一帧中分配一个时隙，此后的每一帧中各成员都固定占用这个时隙发送本节点业务[3]。在使用TDMA方式接入的网络系统中，时隙分配算法的优劣直接决定了整网性能的好坏。

经分析，每个卫星只需要4个时隙就能保证各自与其邻居之间完成无冲突的数据包发送，通过合理调度时间及空间资源，在不同方向的通信对之间实现时隙复用，最终整网的卫星在一帧中只需要划分4个固定时隙就能够满足所有卫星间基本通信的需求。如图3所示，每个节点按同样的天线切换顺序各占一个时隙轮流发送信号，同一颜色序号的线条代表可以复用同一个时隙进行通信的链路对。但是，这种时隙调度方式的问题在于某些业务的端到端时延可能非常长。例如，当业务需要从源节点A依次经过节点B、C、D最后到达目的节点E，在这种时隙调度方式下，恰好这条路径上的每个节点都在时隙1跟下一跳节点通信。那么当传播时延非常大时，业务到达下一跳节点后错过了本帧的时隙1的发射时间，而需要等待到下一帧的时隙1才能继续发送，足足等待了3个时隙的时长。在该条件下，业务的端到端时延约4个帧长，无法保障时敏业务的性能。

【参考文献】：
期刊论文
[1]天基信息网络数据链应用技术[J]. 陈冬.  火力与指挥控制. 2018(03)
[2]适用于高动态平台的TDM/FDMA+令牌环卫星混合多址接入协议[J]. 夏晓巍.  电讯技术. 2013(10)
[3]卫星数据链的发展研究[J]. 刘隽,顾磊.  现代导航. 2012(06)
[4]卫星数据链技术发展研究[J]. 尤静.  计算机与网络. 2012(21)
[5]一种适用于卫星导航系统星间链路的可抢占时隙TDMA体制[J]. 石磊玉,周益,王东会,欧钢.  武汉大学学报(信息科学版). 2012(06)
[6]现代卫星导航系统技术特点与发展趋势分析[J]. 陈忠贵,帅平,曲广吉.  中国科学（E辑:技术科学）. 2009(04)

博士论文
[1]卫星导航系统星间组网关键技术研究[D]. 石磊玉.国防科学技术大学 2013

硕士论文
[1]星间链路网络高效组网与传输协议研究[D]. 吴光耀.国防科学技术大学 2014



本文编号：2978166