[发明专利]多站多机空地下行链路时隙空分复用分配系统

说明书

本发明公开的一种多站多机空地下行链路时隙空分复用分配系统，具有高吞吐量、高服务质量保障、高传输可靠性。本发明通过下述技术方案实现：在多站多机空地下行链路中，每个空中平台定位本平台实时位置，向地面站点分发本平台时隙需求及平台位置，并传递至网络管理站，地面站点将接收信号电平传递至网络管理站汇聚各空中平台的时隙需求与接收电平信息及全部空中平台的平台位置信息，依据地面站点与空中平台的位置信息，执行空分复用时隙分配，为每个空中平台选择合适的时隙进行空分复用，生成时隙分配结果，将时隙分配消息动态分发至各地面站点，各地面站点解析时隙分配结果，依据信息交互流程转发至各空中平台，各空中平台解析时隙分配结果。

技术领域

本发明涉及一种适用于多站多机空地下行链路的时隙空分复用(SDM)分配方法。

背景技术

随着航空技术的飞速发展及无人机性能的不断提升，无人机系统已经大量应用于各行各业领域。通过无人机多站多机系统，可以完成地面站对多架无人机的跟踪、控制、测量、定位，通过多地面站点接收提升空地下行链路的可靠性，从而有效扩大了系统作用范围，实现了遥控、遥测、高速数据传输、电子侦查信息高速下传等功能。通常情况下，无人机系统由地面站点、无人机空中平台两类平台组成。早期无人机系统主要以单站单机系统为主，地面站点作为系统的控制中心，以点对点方式进行地面站点与无人机之间的通信。单站单机无人机系统构成简单，但考虑到该系统作用范围较小、抗毁性差、系统容量低等缺陷，单站单机系统无法充分发挥无人机平台灵活高效的特点，系统应用范围受限。为了提升系统传输能力，扩大作用范围，无人机系统趋向于向多站多机系统发展。多站多机无人机系统由多架无人机空中平台、多个地面站点和一个网络管理站组成，地面站点与网络管理站之间通过地面有线网完成数据通信，地面站点与空中平台之间通过无线网络完成数据通信，并由网络管理站负责统筹调度无线网络资源，使得地面站点与空中平台高效共享空口无线资源。

多站多机无人机系统的应用主要依赖于良好的数据通信链路，其通过网络管理站进行无线网络运行管理，特别是空地下行链路的资源分配。多站多机无人机系统空地下行链路既要求数据传输具有高吞吐量，以支持大规模无人机系统的应用需求；也要求数据传输具有高可靠性，以便于地面站点准确评估无人机空中平台的飞行状态，并获取遥控、遥测等数据。因此，无人机空中平台、地面站点和网络管理站之间需要具备完善的信息交互流程、高效的资源分配算法，这也是需要解决的问题。现有技术解决上述问题的主要技术方案通常采用载波侦听型多址接入方法(CarrierSenseMultipleAccess,CSMA):该方法中空中平台通过侦听无线信道上有无分组在传输的方式判断信道忙闲状态；如果信道中有其他分组在传输，则该平台需等到信道空闲后再传输；当信道空闲时，该平台以指定的概率传输，从而在一定程度上减少了多个平台的数据发送之间的冲突碰撞。该方法虽然操作简单，网络开销低，但是平台间的冲突碰撞使得网络资源利用率低，无法满足多站多机的高吞吐量需求和高可靠性要求。为了满足多站多机的高吞吐量需求和高可靠性，现有技术采用时分多址接入方法 (TimeDivisionMultipleAccess,TDMA):该方法中多站多机空地下行链路由网络管理站通过固定分配、均匀分配、等比例分配等方法进行时隙分配并分发至各空中平台。固定分配采用网络规划的方式确定时隙分配；均匀分配根据参与成员数目为每个成员分配等量的时隙；等比例分配根据各参与成员周期上报的时隙需求数目的比例分配等比例的时隙。该方法相比于上述CSMA方法具有较高的吞吐量和可靠性。但是，由于没有考虑时隙空分复用的优势、不同优先级的服务保障等内容，该方法在吞吐量、可靠性、服务质量保障等方面仍存在不足。定向天线利用数字信号处理技术，采用先进的波束转换技术和自适应空间数字处理技术，产生空间定向波束，将射频信号能量集中在特定的窄波束内进行传输，能有效地减少对非波束方向内的其他节点的干扰，并能显著地增加数据传输速率和传输距离。空分复用是利用定向天线实现空间分割，每个波束可提供一个无其他用户干扰的信道。空分TDMA(STDMA)是基于TDMA的信道接入协议,结合空分复用增益，通过合适的时隙空分复用分配方法，允许在多个定向波束内互相不干扰的链路可以在相同的时隙内传输，从而增大频谱利用率，提高整个网络的吞吐量，降低消息传输时延。

目前常用时隙分配策略主要有如下分配方式：