[发明专利]基于卫星轨道信息辅助最佳加权信噪比的中继选择方法

说明书

本发明提出了一种基于轨道信息辅助最佳加权信噪比的中继选择方法，用于解决现有中继选择方法存在系统开销大和中继节点机会公平性低的技术问题，实现步骤包括：从低轨卫星通信中选取一颗主星，并获其与地面站通信时间；根据主星通信时间筛选卫星中继备选集合；初始化卫星中继备选集合中各卫星收益函数；根据卫星轨道信息计算卫星中继备选集合中各卫星对地面站的接收端信噪比；根据收益函数计算卫星备选中继集合中各卫星的加权因子；根据接收端信噪比和加权因子计算加权信噪比，选择加权信噪比最大的卫星作为中继卫星。本发明在保证传输性能的同时，降低了系统开销，提高了中继节点的机会公平性。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于卫星轨道信息辅助最佳加权信噪比的中继选择方法，可用于在低轨卫星协作通信。

背景技术

协作通信是对抗衰落的有效途径，其应用最为广泛的场景为经典的三点中继模型，其中包括源节点、中继节点和目的节点，其传输过程可分为两个阶段，第一阶段，源节点广播数据，第二阶段，仅中继节点给目的节点发送数据。近些年来，低轨卫星通信由于组网灵活，运行轨道低，星地链路传输时延较小等特点引起了学者们的广泛关注。但星地链路存在的深度衰落一直是制约卫星通信发展的因素之一，而协作通信技术可以很好的对抗衰落，因此最近几年学者们开始考虑将协作技术应用到卫星通信中，根据选取协作对象的类型分为两大类：星地协作通信和星间协作通信，其中星地协作通信是源节点是卫星，中继节点是地面站，目的节点地面站，星间协作通信是源节点是卫星，中继节点是卫星，目的节点是地面站。目前现有的中继选择方法集中在星地协作通信中，如：S.Sreng在2013年ICC会议上提出一种最大信噪比算法，选取中继到目的节点链路质量最好的中继节点作为中继。相比较星地协作通信，星间协作通信中继节点与目的节点存在较远的距离和极高的相对运动的特点，导致中继节点和目的节点之间信道存在反馈时延较大，多普勒效应显著，此外，卫星还具有能量受限的特点，这些特点会给中继选择带来一定的挑战。现有的技术在星间协作通信下会存在以下不足：采用实时信道状态信息反馈会带来很大的系统开销；频繁选择性能最优的节点会导致节点能量消耗过快，而系统中信道质量较差的节点，由于被选择次数少，得不到有效的利用，也就是中继节点机会公平性低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的缺陷，提出了一种基于卫星轨道信息辅助最佳加权信噪比的中继选择方法，用于解决现有中继选择方法存在的系统开销大和卫星中继节点机会公平性低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：

(1)从低轨卫星通信系统中选取一颗主星，并获取该主星在24小时内与地面站通信的起始时刻t₀和终止时刻t₁；

(2)利用主星通信的起始时刻t₀和终止时刻t₁，选取低轨卫星通信系统中与地面站可通信除主星外的其他卫星，得到卫星中继备选集合，实现步骤为：

(2a)以秒为单位，对主星通信的起始时刻t₀和终止时刻t₁取整化简，得到取整后主星通信的起始时刻t₀’和终止时刻t₁'；

(2b)获取低轨卫星通信系统中除主星以外所有卫星通信的起始时刻t_oj和终止时刻t_1j，其中j＝1,2,3…N，N是低轨卫星通信系统中除主星以外其他卫星的个数，同时以秒为单位，对低轨卫星通信系统中除主星以外所有卫星通信的起始时刻t_oj和终止时刻t_1j取整化简，得到取整后低轨卫星通信系统中除主星以外所有卫星通信的起始时刻t_oj'和终止时刻t_1j'；