[发明专利]基于传播时延的低轨卫星网络星间多址接入方法

说明书

本发明公开了一种低轨卫星网络星间多址接入方法，主要解决现有帧结构利用率低的问题。其方案是：1)构建整网传播时延的概率分布模型；2)分别在多天线的多射频通道和单射频通道场景下利用概率模型中的极值设计各自的初始帧结构；3)根据传播时延与发送、接收时隙之间的约束，优化单射频通道初始帧结构，得到适应大容量业务的帧结构；4)对多射频通道场景，根据其初始帧结构设计整网统一的帧结构，并根据当前的传播时延对其进行动态调整，得到适应多射频通道下的大吞吐量场景帧结构；5)将对应的接收时隙设计为最短，优化4)的结果，得到适应敏感业务下的帧结构。本发明提高了帧结构的利用率，可用于卫星网络星间链路层的资源分配。

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一致低轨卫星网络星间多址接入方法，可用于卫星网络星间链路层的资源分配。

背景技术

移动卫星通信系统是完整的“全球通信覆盖率”的最佳解决方案，并且可能是唯一的解决方案。自1950年代以来，它们一直在不断地被研究，如今已在军事应用，减轻灾害的遥感以及在全球范围内提供电视和互联网服务等领域具有广泛用途。由于其覆盖范围广，卫星可以将地面网络扩展到太空领域，使得在大带宽的网络下增加了更大的灵活性。

在过去的几年中，互联网用户的数量激增，在接下来的几年里，他将继续保持不变。除了用户数量方面的增长以外，为了满足人们需求的不断迭代更新，复杂度更大的应用程序也越来越多，所以提高网络带宽势在必行。卫星网络不需要像构建地面网络那样需要大量的规划和资源，它可以快速地提供远距离网络连接。对宽带通信系统的强烈需求将为全球范围内具有连通性和移动性的任何地方提供语音、数据、互联网、视频和其他现有的新兴多媒体服务，刺激了对地面和卫星网络集成的需求，使得卫星网络有望以高数据速率与地面网络连接，并可直接向各种用户提供联网访问，因此卫星通信、空天地一体化将是未来热门的研究方向。

使用星间链路ISL的低轨卫星LEO网络可以为各种未来空间应用提供独特的优势和灵活性，并且卫星间链路将成为减少地面资源短缺的重要解决方案。如何不仅从单个连接上，而且从整个网络的角度看，使星间资源进行充分地利用与调度，该问题是在空间网络资源调度管理领域中迫切需要研究的问题之一。因此对星间链路层控制策略的研究具有重要的意义。

当前卫星网络中采用的多址接入方式主要包括频分多址FDMA、时分多址TDMA、码分多址CDMA和空分多址SDMA等。

FDMA是在频域将频带进行划分，各频带之间互不交叠并设有一定的保护间隔。卫星的多条星间链路使用不同的频带与邻居卫星进行通信，目的卫星通过频率之间正交性从滤波器中分离出原信号。该方法存在以下缺点：1)卫星链路功率不好控制，过大，邻居卫星会受影响，过小，通信质量会受损。2)频带的保护间隔不好控制，过大，频域资源不能被有效利用，过小，滤波时对硬件设备的精确度要求会很高。3)转发器的工作功率比较大，同时对多个载波进行放大时会产生交调效应。

TDMA是在时间维度上将资源进行划分。该方式虽然组网灵活，可以根据当前网络业务量的大小对时隙进行动态的调整。且由于工作在同一个频点上，所以不需要来回切换频点。电路相对简单，但是对网络同步的要求较高。

CDMA是给卫星发送的每个信号分配一个用于区分用户的地址码。地址码的选取会选择互相关弱自相关强的周期性序列作为地址信息，即首先经过扩频对频谱进行展宽，然后再经过载波调制由发信机进行发送。到达目的卫星后需要先进行解扩使相干的信号被分离，不相干的信号继续被扩展为宽带信号，解扩时用到的伪随机序列与发送端相同，最后再通过解调恢复原来的信号。该技术码间互干扰大，远近效应严重，捕获复杂。

SDMA是根据空间位置的不同来区分不同的用户。此时即使所有卫星都在同一频点和同一时间段也可以进行无干扰地通信，以此增加系统容量。利用该技术的系统复杂，对方向控制要求高。