[发明专利]一种MF－TDMA卫星系统中的载波信道选择方法

说明书

技术领域

本发明属于航天信息领域，具体涉及一种应用于航天信息领域的MF-TDMA通信卫星的无线资源管理中载波信道的选择和预留方法，尤其是一种适合于实现多用户(包括地面用户或航空飞行器)多业务通信的天基移动通信系统无线资源管理方法。

背景技术

天基移动通信系统是一种以卫星网络为主，利用不同轨道上多种类型的卫星作为网络的接入节点来实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间相互通信的一种无线通信系统。该通信系统具有星上自主的信息获取、存储、处理及分发能力，能与陆、海、空基的信息系统互联，实现信息的多元、立体共享，成为下一代移动通信(4G)和国家信息高速公路的重要组成部分。

宽带多媒体卫星通信系统的无线资源分配与管理是系统的关键技术之一。资源管理器的本质就是要解决多用户多业务的无线资源共享问题。多频时分接入技术(MF-TDMA)是时分技术和频分技术的结合，被广泛应用于ATM-based、DVB-based和IP-based等卫星通信系统的上行链路设计中，是目前卫星移动通信技术研究的热点。它允许多连接共享无线上行链路资源，其中上行链路由多个载波信道构成，每个载波信道又被细分为若干个时隙。这种设计可以保证多用户、多业务接入的灵活性，提高卫星系统无线资源的利用率。在业务接入阶段，需要针对每个连接的QoS请求在复杂的信道结构中分配时隙资源，在多用户、多业务环境下时隙资源的有效管理面临着巨大的挑战，面向用户QoS的高效时隙资源分配算法一直都是MF-TDMA技术的难点。

若将MF-TDMA中的载波/时隙资源占用表看成是一个二维的时隙矩阵，如图1所示，其中列代表不同频率的载波，行表示按时间划分的时隙，则MF-TDMA时隙资源分配问题可以描述为：在一定约束条件下，针对某业务对时隙数目的需求，如何从上述二维时隙矩阵中的空闲时隙中寻找最优时隙位置的问题。具体来说，当MF-TDMA时隙资源管理器收到某业务的时隙请求后，资源管理器将从现有的空闲时隙中找到合适的时隙分配给该业务，这种分配是需要满足一定约束条件的，并且需要保证尽可能的为用户分配时隙，即时隙资源利用率最优。

目前，对于MF-TDMA宽带多媒体卫星通信系统中，时隙资源分配问题中的约束条件主要有如下4个：

(1)资源管理器响应终端发起的请求，为一个连接分配的资源要限制在一个载波中。

(2)资源管理器对同一终端的分配的时隙资源，在时间上不能重叠。

(3)为避免冲突的发生，同一个时隙资源不能同时分配给两个连接。

(4)为一个终端分配的时隙总数不能超过一个载波的时隙容量。

限制条件(1)、(2)是受限于当前MF-TDMA卫星系统的硬件发展，避免终端在通信时频繁跳频而带来过高的系统代价，限制条件(1)同时是为了简化卫星的时隙分配问题；限制条件(2)则是受限于终端设备的多频调制器，避免生成互调干扰。限制条件(3)是非冲突资源分配的系统要求。而限制条件(4)则是根据前三条限制条件的一个推论。同时，为避免由于在不同载波信道中进行时隙分配引起的时隙时间重叠，在为终端的不同连接分配时隙资源时，要尽量将其分配到一个载波信道中。所以在为终端分配资源时，遵循了一个潜在的规则：同一个用户的所有连接资源都分配到一个载波信道中。

MF-TDMA中的时隙资源分配问题可以分解为如下两个步骤：第一步是确定在哪个载波信道中为终端用户分配资源，第二步是如何在该载波信道中确定可用时隙资源分配给终端。其中，第一步需要解决用户载波信道选择问题，在这方面，最具代表的是Jung-Min Park的RCP-fit算法。该算法中，MF-TDMA卫星系统的载波信道被划分成预约、共享等状态，能够较好的避免时隙碎片在多载波信道结构中对时隙分配的负面影响。但RCP-fit算法不能很好的适应多用户多业务的接入问题，如果用户被固定到一个载波信道中，由于不能灵活的调整用户所在的载波信道，往往会导致载波信道的负载不均衡，时隙资源不能充分利用，系统从而表现出低资源利用率和高连接拒绝率，需要针对其不足做出改进。

发明内容