[发明专利]一种VDES系统中基于船舶间协作的数据传输方法

权利要求书

1.一种VDES系统中基于船舶间协作的数据传输方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：VDES系统参数的设置：

当船舶A与卫星B之间传输数据时，设船舶A的通信半径范围内有L只船舶，分别编号为ship₁,ship₂,· ship_L，记为船舶ship_i，其中i∈{1,2,·,L}；所述的船舶A和船舶ship_i与所述的卫星B之间上行的通信频率为f₁、下行的通信频率为f₂；船舶A与船舶ship_i、以及船舶ship_i相互之间的通信频率为f₃；船舶A到卫星B的上行信道系数为h_A,B，卫星B到船舶A的下行信道系数为h_B,A；船舶ship_i到卫星B的上行信道系数为卫星B到船舶ship_i的下行信道系数为船舶A到船舶ship_i、船舶ship_i到船舶A的信道系数分别为所有节点均采用半双工工作方式；

步骤二：船舶A与卫星B进行基于船舶间协作的数据传输：

包括从船舶A到卫星B的上行数据协作传输和从卫星B到船舶A的下行数据协作传输两种情况：

21)从船舶A到卫星B的上行数据协作传输包括以下步骤：

211)上行中继船舶的选择；包括以下步骤：

2111)根据VDES系统参数，对于所述的船舶ship_i，分别计算

2112)对于所有的计算结果，进行关于i的从大到小排序，即

2113)根据的排序结果，选出前M个最大值所对应的船舶序号i；对选出的前M个对应序号的船舶ship_i依次重新进行编号，分别编号为ship_upsel₁,ship_upsel₂,· ship_upsel_M，其中1≤M≤L；如果后续的中继船舶不是采用放大再转发的方式，而是采用解码再转发的信号处理方式，则此时的中继船舶是选择能正确解码原信号的前M个最大值所对应的船舶序号i，也分别编号为ship_upsel₁,ship_upsel₂,· ship_upsel_M；

212)按照上行中继船舶的选择结果来进行上行数据传输：将上行中继船舶的选择结果通过广播信道广播给选中的M只上行中继船舶ship_upsel₁,ship_upsel₂,· ship_upsel_M，然后在选中的中继船舶的帮助下进行从船舶A到卫星B的上行数据传输，具体包括以下步骤：

2121)在第一个时隙，船舶A按照发送功率发送信号频率f₁向卫星B发送数据x_A，卫星B接收到的数据为与此同时船舶A按照发送功率发送信号频率f₃向M只上行中继船舶ship_upsel₁,ship_upsel₂,· ship_upsel_M也发送数据x_A，M只上行中继船舶ship_upsel₁,ship_upsel₂,· ship_upsel_M接收数据，ship_upsel_j的接收数据为其中j∈{1,·,M}，n_A,B和分别为对应的加性高斯白噪声，方差为分别为和假设所有加性高斯白噪声相互独立且均服从均值为0的圆对称复高斯分布。则从船舶A到卫星B链路的接收信干噪比为其中已假设E{|x_A|²}＝1，E{·}表示数学期望。从船舶A到ship_upsel_j链路的接收信干噪比为

2122)在后续的M个时隙中，也就是说在第二个时隙到第M+1个时隙中，上行中继船舶ship_upsel₁,ship_upsel₂,· ship_upsel_M先对接收的数据进行处理，其数据处理包括两种数据处理方式，一种是放大再转发(Amplify and Forward，AF)方式，一种是解码再转发(Decode and Forward，DF)方式，可以根据系统需要选择其中的一种数据处理方式；

如果选择AF方式，ship_upsel_j的处理后数据为其中j∈{1,·,M}，为中继船舶ship_upsel_j的中继放大系数；如果采用DF方式，ship_upsel_j的处理后数据为也就是说已经正确解码原信号。然后M个中继船舶再按照时分多址的方式将处理后的数据转发给卫星B，发送功率分别为为·,发送信号频率均为f₁，卫星B接收数据；其中，M只上行中继船舶按照时分多址的方式转发数据，是指船舶ship_upsel_j占用第j+1个时隙发送数据，其中j∈{1,·,M}，ship_upsel_j∈{ship_upsel₁,ship_upsel₂,· ship_upsel_M}。则卫星B在时隙j+1接收到的来自ship_upsel_j的数据为因此从船舶ship_upsel_j到卫星B链路的接收信噪比为

2123)卫星B对第一个时隙到第M+1个时隙接收到的数据按照最大比合并的方法得到最终数据，完成一次从船舶A到卫星B的上行数据传输；

22)从卫星B到船舶A的下行数据传输，具体包括以下步骤：

221)下行中继船舶的选择；包括以下步骤：

2211)根据VDES系统参数，对于船舶ship_i，分别计算其中i∈{1,·,L}；

2212)对于所有的计算结果，进行关于i的从大到小排序，即

2213)对于的排序结果，选出前N只最大值所对应的船舶序号i，对选出的前N个对应序号的船舶依次进行编号，分别编号为ship_downsel₁,ship_downsel₂,· ship_downsel_N，其中1≤N≤L；如果后续的中继船舶ship_i不是采用放大再转发的方式，而是采用解码再转发的信号处理方式，则此时的下行中继船舶ship_downsel₁,ship_downsel₂,· ship_downsel_N是选择能正确解码原信号的前N只最大值所对应的船舶序号i，也分别编号为ship_downsel₁,ship_downsel₂,· ship_downsel_N；

222)按照下行中继船舶的选择结果来进行下行数据传输；将下行中继船舶的选择结果通过广播信道广播给选中的N只下行中继船舶ship_downsel₁,ship_downsel₂,· ship_downsel_N，然后在选中的中继船舶的帮助下进行从卫星B到船舶A的下行数据传输；具体包括以下步骤：

2221)在第一个时隙，卫星B按照发送功率发送信号频率f₂向船舶A和N个下行中继船舶ship_downsel₁,ship_downsel₂,· ship_downsel_N发送数据x_B，船舶A和N个下行中继船舶接收数据，则船舶A的接收数据为船舶ship_downsel_j的接收数据为因此，从卫星B到船舶A链路的接收信噪比为从卫星B到船舶ship_downsel_j链路的接收信噪比为其中已假设E{|x_B|²}＝1；

2222)在后续的N个时隙中，也就是说在第二个时隙到第N+1个时隙中，下行中继船舶ship_downsel₁,ship_downsel₂,· ship_downsel_N先对接收的数据进行处理，其数据处理包括两种数据处理方式，一种是AF方式，一种是解码再转发DF方式，可以根据系统需要选择其中的一种数据处理方式；

如果选择AF方式，ship_downsel_j的处理后数据为其中j∈{1,·,N}，为中继船舶ship_downsel_j的中继放大系数；如果采用DF方式，ship_downsel_j的处理后数据为也就是说已经正确解码原信号；

然后N个中继船舶再按照时分多址的方式将处理后的数据转发给船舶A，发送功率分别为为·，发送信号频率均为f₃，船舶A接收数据；其中，N个下行中继船舶按照时分多址的方式转发数据，是指船舶ship_downsel_i占用第j+1个时隙发送数据，其中j∈{1,·,N}，ship_downsel_j∈{ship_downsel₁,ship_downsel₂,·ship_downsel_N}；则船舶A在时隙j+1接收到的来自ship_downsel_j的数据为因此从船舶ship_downsel_j到船舶A链路的接收信噪比为

2223)船舶A对第一个时隙到第N+1个时隙接收到的数据，按照最大比合并的方法得到最终数据，完成一次从卫星B到船舶A的下行数据传输。