CN109547090A - 自适应调整卫星中继数据传输通信速率的方法 - Google Patents

自适应调整卫星中继数据传输通信速率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出的自适应调整卫星中继数据传输通信速率的方法，旨在一种延时低、传输可靠，能够效地提高数据传输吞吐量的传输方法。本发明通过下述技术方案予以实现：在飞行器飞行过程，中继终端波束指向计算模块实时解算出相控阵天线的指向α角和天线指向β角并送入数据查找模块，数据查找模块利用相控阵天线指向α角和天线指向β角作为查找地址，从中继终端的存储器中实时查找获取相控阵天线的实际有效全向辐射功率EIRP，并将天线实际EIRP送入门限比较判据模块，依据天线指向α角和天线指向β角来完成对相控阵天线实际EIRP及链路状况的判断，完成对相控阵天线实际EIRP及链路状况的判断，再依据链路状况完成通信速率的自适应调整。

Description

自适应调整卫星中继数据传输通信速率的方法
技术领域
本发明涉及一种飞行器卫星通信领域中，应调整卫星中继数据传输通信速率的方法。
背景技术
在利用卫星进行数据传输中，处于环绕地球轨道上的卫星作为数据传输的中继站，能提高与地面直接进行无线电通信的覆盖率，因此卫星数据传输是实现远距离信息传输的有力手段。近几年，为了提高传输速率和频谱效率，人们提出了多项技术，比如，多天线和多载波，自适应传输也是其中之－。在自适应传输技术出现之前，在通信过程中，通信系统所使用的传输模式固定不变，而信道状况却又是随时间变化的，这种固定的传输模式阻碍了系统利用良好的信道状况来提高传输速率和频谱效率的作用。鉴于固定传输模式的缺点，人们研究了自适应传输技术。该技术的基本思想是：及时根据信道状况来改变传输模式，在确保传输质量的前提下，尽量提高传输效率。比如，在信道状况好转的时候，采用高阶调制方式和高码率的信道编码；当信道质量下降时，就改用低阶调制方式和低码率的信道编码。要实现自适应传输，必须首先解决用什么量作为信道质量的度量，可用于自适应传输的信道状态信息(CSI)有很多，具体使用哪一个与信道和自适应方案等因素有关。
准确及时的CSI是实现自适应传输的关键之一，现有的通信速率自适应通常可分为：闭环类(直接测量信息的方法)和开环类(基于统计信息的方法)两类。闭环自适应速率控制技术通过对信道参数进行实时监测，由接收机利用反馈信道将参数估计值送回发送端，并对发送端数据速率加以控制，以提高系统传输性能。其最大特征是利用物理层信息对信道质量进行估计，从而选择最优速率。开环类的算法能够获得在较长时间内的信道状态信息，但很难反应信道在短时间内的快速变化。闭环自适应常见于使用FDD系统。闭环自适应的问题是：反馈过程会延迟发送端获得CSI的时间，在信道变化较快的情况下，发送端就只有“过期”的CSI可用了，反馈的频率不能过高以免占用太多的带宽。开环自适应常见于使用TDD的系统。在开环自适应系统中，系统常利用在接收时隙所收到的信息进行信道估计，获得CSI，据此为发送时隙选定传输模式。
在目前飞行器利用同步轨道卫星进行高速遥测等数据传输系统中，一般需配置高增益的相控阵天线，当相控阵天线采用程序跟踪方式时，由于飞行器在飞行过程中，其位置、姿态不断地发生变化，而卫星的位置则固定不变，因此相控阵天线的指向角也需相应发生变化，使其波束始终指向卫星，保证系统无线链路的稳定建立。由于相控阵天线的EIRP(有效全向辐射功率)与指向α角和指向β角直接相关，相对相控阵天线的法向而言，指向角越小，其输出EIRP越大，随着相控阵天线扫描角度的扩大，波束逐渐展宽，其EIRP也随之下降，能够支持的传输速率也就相应降低，因此使用固定传输速率的系统中，设计时需按飞行器航迹边界位置(天线的指向角度最大)进行设计，并保留系统余量。由于飞行器飞行全过程中，大部分飞行区域对应的相控阵天线指向角度很小，此时EIRP较大，比设计时的边界值大得多，如果都按整个飞行区域支持的最低速率进行传输，使得从飞行器平台到卫星的系统链路余量非常大，从而无法充分利用链路资源，造成对系统链路资源的巨大浪费。因此，可以利用相控阵天线EIRP与天线指向α角和指向β角直接相关的特点对相控阵天线的EIRP进行开环估计，完成对系统链路状况的实时判断，并依据链路状况完成传输速率的自适应调整。
发明内容
本发明的任务是针对在飞行器天基返向遥测数据传输系统中，采用固定传输速率无法充分利用链路资源的问题，提供一种延时低、能有效提高数据传输吞吐量的卫星中继数据传输的开环自适应通信速率调整方法，旨在提供在飞行器返向数据传输中，通过飞行器所载相控阵天线的指向α角和指向β角信息自适应调整系统通信速率的实现方法。
本发明通过以下措施来达到。一种自适应调整卫星中继数据传输通信速率的方法，其特征在于包括如下步骤：在飞行器飞行过程，在飞行器飞行过程，中继终端波束指向计算模块实时解算出相控阵天线的指向α角和天线指向β角，并将天线指向α角和天线指向β角送入数据查找模块，数据查找模块利用相控阵天线指向α角和天线指向β角作为查找地址，从中继终端的存储器中实时查找获取相控阵天线的实际有效全向辐射功率EIRP，并将天线实际EIRP送入门限比较判据模块，依据天线指向α角和天线指向β角来完成对相控阵天线实际EIRP及链路状况的判断，完成对相控阵天线实际EIRP及链路状况的判断，再依据链路状况完成通信速率的自适应调整。
本发明相比现有技术方法的有益效果是：
1)延时低。本发明利用相控阵天线EIRP与指向角直接相关的特点，将相控阵天线的EIRP值与天线指向α角和天线指向β角的对应关系存储在中继终端的存储器中，飞行器飞行过程中利用平台装载的中继终端波束指向计算模块解算出的相控阵天线指向α角和天线指向β角作为数据查找地址，数据查找模块从中继终端存储器中查找此时相控阵天线对应的实际EIRP，门限比较判据模块对相控阵天线的实际EIRP与设置的门限EIRP进行比较，完成系统链路状况的判断，依据链路状况实现通信速率的自适应切换。由于采用了开环方式实时进行判断和通信速率切换，延时较低。
2)能够效地提高数据传输吞吐量。本发明利用相控阵天线EIRP与天线指向α角和天线指向β角直接相关的原理，通过天线指向α角和天线指向β角来完成对相控阵天线实际EIRP及链路状况的判断，再依据链路状况完成通信速率的自适应调整，避免了系统链路资源的巨大浪费，有效地提高了数据传输吞吐量。
3)实现简单。本发明创造性地提出了依据中继终端波束指向计算模块解算的指向α角和天线指向β角信息来估算相控阵天线的实际EIRP,并与设置的门限EIRP进行比较，采用开环方式实现了传输速率的自适应调整，无需外界任何干预，实现简单，简化了自适应传输的实现过程。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本方法作进一步说明。
图1是本发明开环自适应调整卫星中继数据传输通信速率原理的示意框图。
具体实施方式
参阅图1。根据本发明，依据相控阵天线的EIRP与天线指向角α和天线指向β直接相关的特点，当卫星返向数据传输配置相控阵天线时，通过方向图测试获得天线EIRP与天线指向α和指向β角的对应关系，并将相控阵天线的有效全向辐射功率EIRP值与天线指向α角和天线指向β角的对应关系存储在中继终端的存储器中。有效全向辐射功率EIRP为飞行器载相控阵天线在指定方向上的辐射功率，是卫星通信中的一种重要参数。它为相控阵天线增益与功放输出总功率之对数和，单位为dBW。EIRP的计算公式为EIRP＝P–Loss+G,式中的P为每个阵元功放的输出总功率(单位为dBW)，Loss为每个阵元功放输出端与天线馈源之间的馈线损耗之和(单位为dB)，G为相控阵天线的发送增益(单位为dBi)。
在飞行器飞行过程，中继终端波束指向计算模块实时解算出相控阵天线的指向α角和天线指向β角，并将天线指向α角和天线指向β角送入数据查找模块，数据查找模块利用相控阵天线指向α角和天线指向β角作为查找地址，从中继终端的存储器中实时查找获取相控阵天线的实际有效全向辐射功率EIRP，并将天线实际EIRP送入门限比较判据模块，对输入的天线实际EIRP与设置的门限EIRP进行比对，依据天线指向α角和天线指向β角来完成对相控阵天线实际EIRP及链路状况的判断，完成对相控阵天线实际EIRP及链路状况的判断，再依据链路状况完成通信速率的自适应调整。
在飞行器返向数据传输中，飞行器平台装载的中继终端波束指向计算模块依据飞行器的位置、姿态数据实时解算出的相控阵天线指向α和天线指向β角，通过数据查找模块将天线指向α和天线指向β角作为查找地址，从中继终端的存储器中实时查找获取相控阵天线的实际EIRP，并将实际EIRP送入门限比较判据模块，门限比较判据模块对输入的EIRP与设置的门限EIRP进行比对，若实际EIRP高于设置的门限EIRP，则将通信速率自动切换到高通信速率进行数据的传输，若低于设置的门限EIRP，则自适应调整通信速率的大小，将通信速率自动切换到低通信速率进行数据的传输,实现了卫星中继数据传输通信速率的自适应调整。
以上所述的仅是本发明的优选实施实例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，比如通过实际EIRP的大小进行多档速率的自动变化，也可推广到其它配置相控阵天线的应用平台，这些变更和改变都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种自适应调整卫星中继数据传输通信速率的方法，其特征在于包括如下步骤：在飞行器飞行过程，中继终端波束指向计算模块实时解算出相控阵天线的指向α角和天线指向β角并送入数据查找模块，数据查找模块利用相控阵天线指向α角和天线指向β角作为查找地址，从中继终端的存储器中实时查找获取相控阵天线的实际有效全向辐射功率EIRP，并将天线实际EIRP送入门限比较判据模块，依据天线指向α角和天线指向β角来完成对相控阵天线实际EIRP及链路状况的判断，完成对相控阵天线实际EIRP及链路状况的判断，再依据链路状况完成通信速率的自适应调整。
2.如权利要求1所述的自适应调整卫星中继数据传输通信速率的方法，其特征在于：如权利要求1所述的自适应调整卫星中继数据传输通信速率的方法，其特征在于：当卫星返向数据传输配置相控阵天线时，通过方向图测试获得天线EIRP与天线指向α和指向β角的对应关系，并将相控阵天线的EIRP值与天线指向α角和天线指向β角的对应关系存储在中继终端的存储器中。
3.如权利要求1所述的自适应调整卫星中继数据传输通信速率的方法，其特征在于：在飞行器返向数据传输中，飞行器平台装载的中继终端波束指向计算模块依据飞行器的位置、姿态数据实时解算出的相控阵天线指向α和天线指向β角，通过数据查找模块将天线指向α和天线指向β角作为查找地址，从中继终端的存储器中实时查找获取相控阵天线的实际EIRP，并将实际EIRP送入门限比较判据模块。
4.如权利要求1或3所述的自适应调整卫星中继数据传输通信速率的方法，其特征在于：门限比较判据模块对输入的EIRP与设置的门限EIRP进行比对，若实际EIRP高于设置的门限EIRP，则将通信速率自动切换到高通信速率进行数据的传输，若低于设置的门限EIRP，则自适应调整通信速率的大小，将通信速率自动切换到低通信速率进行数据的传输,实现了卫星中继数据传输通信速率的自适应调整。
5.如权利要求1所述的自适应调整卫星中继数据传输通信速率的方法，其特征在于：有效全向辐射功率EIRP为卫星转发器在指定方向上的辐射功率，它为天线增益与功放输出功率之对数和，单位为dBW。
6.如权利要求1所述的自适应调整卫星中继数据传输通信速率的方法，其特征在于：EIRP的计算公式为EIRP=P–Loss+G，式中，P为每个阵元功放的输出总功率，Loss为为每个阵元功放输出端与天线馈源之间的馈线损耗之和，G为相控阵天线的发送增益。
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