CN113141206B - 一种微纳星群星间链路自适应通信方法及系统 - Google Patents

一种微纳星群星间链路自适应通信方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113141206B
CN113141206B CN202110423713.9A CN202110423713A CN113141206B CN 113141206 B CN113141206 B CN 113141206B CN 202110423713 A CN202110423713 A CN 202110423713A CN 113141206 B CN113141206 B CN 113141206B
Authority
CN
China
Prior art keywords
communication
micro
inter
nano
coding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110423713.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113141206A (zh
Inventor
罗清华
焉晓贞
周志权
王晨旭
李琪
石雷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology Weihai
Original Assignee
Harbin Institute of Technology Weihai
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology Weihai filed Critical Harbin Institute of Technology Weihai
Priority to CN202110423713.9A priority Critical patent/CN113141206B/zh
Publication of CN113141206A publication Critical patent/CN113141206A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113141206B publication Critical patent/CN113141206B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/18521—Systems of inter linked satellites, i.e. inter satellite service
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309—Measuring or estimating channel quality parameters
    • H04B17/336—Signal-to-interference ratio [SIR] or carrier-to-interference ratio [CIR]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/0001—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff
    • H04L1/0002—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the transmission rate
    • H04L1/0003—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the transmission rate by switching between different modulation schemes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

一种微纳星群星间链路自适应通信方法及系统，属于微纳星群星间通信技术领域，用以解决现有的星间链路通信方法由于不能动态调整通信速率而导致通信效率不高或数据丢失问题。本发明的技术要点包括：依据微纳星群星间链路通信误码率阈值要求建立星间链路通信信道知识库；根据两个微纳卫星间实时通信距离，选择最大通信速率值作为最佳通信速率值，选择其对应的编码调制方案作为最佳编码调制方案；按照最佳编码调制方案对星间通信数据进行编码和调制处理，并按照最佳通信速率值进行星间链路通信。本发明实现了遥测数据的高效率和可靠性传输，对于提升微纳星群系统星间链路自适应信号处理具有重要意义。

Description

一种微纳星群星间链路自适应通信方法及系统
技术领域
本发明涉及微纳星群星间通信技术领域，具体涉及一种微纳星群星间链路自适应通信方法及系统。
背景技术
微纳星群星间通信过程中，星间距离持续变化，如果星间链路通信按照单一通信速率通信，会造成通信效率不高或者数据丢失问题。那么针对不同的星间通信距离，如何使星间通信具备可靠性和有效性，从而实现微纳星群系统的可靠高速通信，是一个亟待研究解决的问题。
发明内容
鉴于以上问题，本发明提出一种微纳星群星间链路自适应通信方法及系统，用以解决现有的星间链路通信方法由于不能动态调整通信速率而导致通信效率不高或数据丢失问题。
根据本发明一方面，提出一种微纳星群星间链路自适应通信方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据微纳星群星间链路通信误码率小于通信误码率阈值获得多个编码调制方案对应的多个信噪比阈值；
步骤二、根据多个信噪比阈值建立星间链路通信信道知识库；其中，所述星间链路通信信道知识库中建立预设微纳卫星间通信距离、编码调制方案及通信速率值之间的多组对应关系；
步骤三、当微纳星群中任意两个微纳卫星通信时，根据信号传输时间实时获得两个微纳卫星间通信距离；
步骤四、在所述星间链路通信信道知识库的多组对应关系中，根据当前两个微纳卫星间通信距离，在对应该通信距离的多个通信速率值中选择最大值作为最佳通信速率值，选择所述最佳通信速率值对应的编码调制方案作为最佳编码调制方案；
步骤五、按照最佳编码调制方案对星间通信数据进行编码和调制处理，并按照最佳通信速率值进行星间链路通信；
步骤六、在设定的通信时间结束时判断两个微纳卫星是否完成数据传输，如果是，则结束本次星间链路通信；否则循环执行步骤三至步骤六。
进一步地，步骤一中所述通信误码率阈值为10-6。
进一步地，步骤一中所述编码调制方案包括编译码方案和调制解调方案；其中，所述编译码方案包括采用Turbo码或LDPC码对通信数据进行编码或译码；所述调制解调方案包括采用BPSK、QPSK、8PSK、16PSK、16QAM、32QAM、64QAM或128QAM对通信数据进行调制或解调。
进一步地，所述编译码方案中Turbo码码率包括1/3、1/2和1，LDPC码码率包括1/3、1/2和1。
进一步地，步骤二中建立预设微纳卫星间通信距离、编码调制方案及通信速率值之间的多组对应关系的具体步骤包括：
步骤二一、根据预设微纳卫星间通信距离和载波频率按照下述公式计算获得自由空间衰减损失Ls：
Ls＝-1*(20*log10(d)+20*log10(f)+92.44)
其中，d表示微纳卫星间通信距离；f表示通信载波频率；
步骤二二、根据所述自由空间衰减损失Ls按照下述公式计算获得总接收信噪谱密度SN0：
SN0＝EIRP+Ls+Lspu+Gts-K
其中，EIRP表示等效全向辐射功率；Lspu表示接收损失；Gts表示接收系统品质因数；K表示玻尔兹曼常数；
步骤二三、根据所述总接收信噪谱密度SN0和信噪比阈值En0按照下述公式计算获得码率分贝值fb_dB：
fb_dB＝SN0-R-En0-GM+Gc
其中，R表示通信链路余量；GM表示调制增益；Gc表示编码增益；
步骤二四、根据码率分贝值fb_dB、调制进制数m和编码码率r按照下述公式计算获得不同编码调制方案对应的通信速率值fb：
fb＝10^(fb_dB/10)*m*r
进一步地，步骤五中通信双方通过同步码获得最佳编码调制方案。
根据本发明另一方面，提出一种微纳星群星间链路自适应通信系统，该系统包括：
信道知识库建立模块，用于根据微纳星群星间链路通信误码率小于通信误码率阈值获得多个编码调制方案对应的多个信噪比阈值；并根据多个信噪比阈值建立星间链路通信信道知识库；其中，所述星间链路通信信道知识库中建立预设微纳卫星间通信距离、编码调制方案及通信速率值之间的多组对应关系；
星间通信距离获取模块，用于当微纳星群中任意两个微纳卫星通信时，根据信号传输时间实时获得两个微纳卫星间通信距离；
最佳通信选择模块，用于在所述星间链路通信信道知识库的多组对应关系中，根据当前两个微纳卫星间通信距离，在对应该通信距离的多个通信速率值中选择最大值作为最佳通信速率值，选择所述最佳通信速率值对应的编码调制方案作为最佳编码调制方案；
自适应通信模块，用于按照最佳编码调制方案对星间通信数据进行编码和调制处理，并按照最佳通信速率值进行星间链路通信；在设定的通信时间结束时判断两个微纳卫星是否完成数据传输，如果是，则结束本次星间链路通信；否则继续根据星间通信距离获取模块和最佳通信选择模块输出结果执行自适应通信。
进一步地，所述信道知识库建立模块中所述通信误码率阈值为10-6；所述编码调制方案包括编译码方案和调制解调方案，其中，所述编译码方案包括采用Turbo码或LDPC码对通信数据进行编码或译码，Turbo码码率包括1/3、1/2和1，LDPC码码率包括1/3、1/2和1；所述调制解调方案包括采用BPSK、QPSK、8PSK、16PSK、16QAM、32QAM、64QAM或128QAM对通信数据进行调制或解调。
进一步地，所述信道知识库建立模块中建立预设微纳卫星间通信距离、编码调制方案及通信速率值之间的多组对应关系的具体步骤包括：
步骤二一、根据预设微纳卫星间通信距离和载波频率按照下述公式计算获得自由空间衰减损失Ls：
Ls＝-1*(20*log10(d)+20*log10(f)+92.44)
其中，d表示微纳卫星间通信距离；f表示通信载波频率；
步骤二二、根据所述自由空间衰减损失Ls按照下述公式计算获得总接收信噪谱密度SN0：
SN0＝EIRP+Ls+Lspu+Gts-K
其中，EIRP表示等效全向辐射功率；Lspu表示接收损失；Gts表示接收系统品质因数；K表示玻尔兹曼常数；
步骤二三、根据所述总接收信噪谱密度SN0和所述信噪比阈值En0按照下述公式计算获得码率分贝值fb_dB：
fb_dB＝SN0-R-En0-GM+Gc
其中，R表示通信链路余量；GM表示调制增益；Gc表示编码增益；
步骤二四、根据码率分贝值fb_dB、调制进制数m和编码码率r按照下述公式计算获得不同编码调制方案对应的通信速率值fb：
fb＝10^(fb_dB/10)*m*r
进一步地，所述自适应通信模块中通信双方通过同步码获得最佳编码调制方案。
本发明的有益技术效果是：
本发明提出一种微纳星群星间链路自适应通信方法及系统，与传统星间通信方法不同，微纳星群系统星间链路自适应信号处理要求根据在轨卫星系统的当前通信的空间衰减情况，自行调整传输策略，尽可能提高传输效率。即根据通信距离，动态调整编码和调制方案，实现遥测数据的高效率和可靠性传输，即兼顾了传输的可靠性和传输的效率。本发明对于提升我国微纳星群系统星间链路自适应信号处理具有重要的理论研究价值和现实意义，此外也对其他动态复杂环境下的无线通信提供重要的借鉴和参考意义。
附图说明
本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。
图1是本发明方法的流程示意图；
图2是本发明实施例一种微纳星群星间链路自适应通信方法的流程图；
图3是本发明实施例中微纳星群星间通信距离为0-201km时系统选择的编码和调制方案示意图；
图4是本发明实施例中微纳星群星间通信距离为0-201km时不同时刻对应的通信速率示意图；
图5是本发明实施例中微纳星群星间通信距离为0-201km时系统通信量随时间变化曲线示意图；
图6是本发明实施例中微纳星群星间通信距离为133-13681km时系统选择的编码和调制方案示意图；
图7是本发明实施例中微纳星群星间通信距离为133-13681km时不同时刻对应的通信速率示意图；
图8是本发明实施例中微纳星群星间通信距离为133-13681km时系统通信量随时间变化曲线示意图；
图9是本发明系统的结构示意图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
如图1所示，一种微纳星群星间链路自适应通信方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据微纳星群星间链路通信误码率小于通信误码率阈值获得多个编码调制方案对应的多个信噪比阈值；其中，通信误码率阈值为10-6；编码调制方案包括编译码方案和调制解调方案；编译码方案包括采用Turbo码或LDPC码对通信数据进行编码或译码；调制解调方案包括采用BPSK、QPSK、8PSK、16PSK、16QAM、32QAM、64QAM或128QAM对通信数据进行调制或解调；
进一步地，Turbo码码率包括1/3、1/2和1，LDPC码码率包括1/3、1/2和1。
步骤二、根据多个信噪比阈值建立星间链路通信信道知识库；其中，星间链路通信信道知识库中建立预设微纳卫星间通信距离、编码调制方案及通信速率值之间的多组对应关系；
步骤三、当微纳星群中任意两个微纳卫星通信时，根据信号传输时间实时获得两个微纳卫星间通信距离；
步骤四、在星间链路通信信道知识库的多组对应关系中，根据当前两个微纳卫星间通信距离，在对应该通信距离的多个通信速率值中选择最大值作为最佳通信速率值，选择最佳通信速率值对应的编码调制方案作为最佳编码调制方案；
步骤五、按照最佳编码调制方案对星间通信数据进行编码和调制处理，并按照最佳通信速率值进行星间链路通信；
步骤六、在设定的通信时间结束时判断两个微纳卫星是否完成数据传输，如果是，则结束本次星间链路通信；否则循环执行步骤三至步骤六。
进一步地，步骤二中建立预设微纳卫星间通信距离、编码调制方案及通信速率值之间的多组对应关系的具体步骤包括：
步骤二一、根据预设微纳卫星间通信距离和载波频率按照下述公式计算获得自由空间衰减损失Ls：
Ls＝-1*(20*log10(d)+20*log10(f)+92.44)
其中，d表示微纳卫星间通信距离；f表示通信载波频率；
步骤二二、根据自由空间衰减损失Ls按照下述公式计算获得总接收信噪谱密度SN0：
SN0＝EIRP+Ls+Lspu+Gts-K
其中，EIRP表示等效全向辐射功率；Lspu表示接收损失；Gts表示接收系统品质因数；K表示玻尔兹曼常数；
步骤二三、根据总接收信噪谱密度SN0和信噪比阈值En0按照下述公式计算获得码率分贝值fb_dB：
fb_dB＝SN0-R-En0-GM+Gc
其中，R表示通信链路余量；GM表示调制增益；Gc表示编码增益；
步骤二四、根据码率分贝值fb_dB、调制进制数m和编码码率r按照下述公式计算获得不同编码调制方案对应的通信速率值fb：
fb＝10^(fb_dB/10)*m*r
具体实施例一
图2示出了本发明实施例一种微纳星群星间链路自适应通信方法的流程图。如图2所示，该自适应通信方法的流程为：
步骤一：已知微纳星群通信系统有8颗微纳卫星，星群系统中的8颗微纳卫星需要彼此通信，为了保证可靠通信，要求微纳星群星间链路通信误码率小于10^(-6)；
步骤二：通过通信的先验知识或前期大量通信试验，获得不同编码调制方案低于误码率阈值10^(-6)时，对应的信噪比阈值，如表1所示，列出了不同编码调制方案能够达到误码率要求(低于10^(-6))对应的信噪比阈值En0。
表1.不同编码调制方案信噪比阈值
Figure GDA0003506833040000071
步骤三：星群系统中任意两个微纳卫星通信时，根据信号传输时间，系统通过测距设备获得当前两个微纳卫星间距离值d，并计算自由空间衰减损失Ls,其数字为-58.46dB：
Ls＝-1*(20*log10 (d) +20*log10(f) + 92.44) (1)
其中，d为星间通信的距离；f为通信的载波频率，本发明取值为2GHz；
步骤四：根据通信链路预算公式(2)-(5)，以及公式(1)，得到对应的通信速率分贝值fb_dB的计算公式(6)：
R＝SN0-SNq (2)
其中，R为链路余量，取值可以为3dB；SN0为总接收信噪谱密度；SNq为信噪比门限；
SN0＝EIRP+Ls+Lspu+Gts-K (3)
其中，EIRP为等效全向辐射功率，取值可以为-0.5dBW；Ls为自由空间衰减损失；Lspu为接收损失，取值可以为-1；Gts为接收系统品质因数，取值可以为-25.3dB/k；K为玻尔兹曼常数，取值可以为-228.6dBW/Hz.K；
SNq＝En0+GM+fb_dB-Gc (4)
其中，En0为信噪比所需阈值；GM为调制增益，取值可以为2dB；fb_dB为码率分贝值；Gc为编码增益，取值可以为6；
EIRP＝Ptg+Gt+Lf (5)
其中，Ptg为发射端功率，对应0dBw；Gt为发射端天线增益，取值0dB；Lf为发射馈线损失，取值-0.5dB；
fb_dB＝SN0-R-En0-GM+Gc (6)
从而获得fb_dB的值为136.34dB。
步骤五：根据不同的编码和调制方案，对应的调制进制数m和编码码率r取值如表2所示。
表2.编码调制方案表
编码方案 1/3Turbo 1/2Turbo
r 1/3 1/2
调制方案 BPSK QPSK 8PSK 16PSK 16QAM 32QAM 64QAM 128QAM
m 1 2 3 4 4 5 6 7
步骤六：根据下述公式(7)获得通信速率值。
fb＝10^(fb_dB/10)*m*r (7)
其中，fb为信息速率；m为调制进制数；r为编码码率。
步骤七：从而获得在当前距离值(假定是0.01km)情况下的各种编码和调制方案的通信速率值，如表3所示。
表3.编码调制方案表
Figure GDA0003506833040000081
步骤八：从表3中，1.61E+13是对应的最大速率值，则这个值就为最佳速度值，其对应的编码调制方案1/3Turbo QPSK则为最佳的编码调制方案，通信双方通过同步码告知对方；
步骤九：按照步骤七确认的最佳速度值进行星间链路通信；
步骤十：通信一段时间后(本发明取值为5秒)，判断当前两个微纳卫星是否完成数据传输，如果是，则执行步骤十一；否则执行步骤三；
步骤十一：结束本次星间通信，执行步骤十二；
步骤十二：等待一段时间(本发明设定10s)，判断是否有星间链路通信需求，如果有，则执行步骤三，否则执行步骤十一。
具体实施例二
给定星间距离，计算其空间衰减，以及对应通信性能的门限，得到信噪比信息，并结合信道知识库，实时优化选择出最优的编码和调制方案，在维持通信链路可靠连接的同时，实现最大的数据通信量。
评估典型的通信距离值，包括{0.01 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1 1.1 1.2 1.61.8 2 2.4 2.6 2.8 3 3.5 4 4.2 4.5 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 22 23 24 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95100 105 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 201 ...}公里的各种典型距离值，并分别计算它们对应各种编码调制方案对应的有效通信速率，并对它们进行排序，优化选择出最佳的编码和调制方案。对于Turbo码1/3码率和不同调制方式结合时，对应的有效率的通信速率值，典型的比较如表4所示。从表4可以看出，并不是高进制的调制未必获得最高的通信速率。实际的通信速率值跟实际星间距离和空间衰减有很大关系。其中QPSK调制能获得较高的通信速率。
表4.1/3码率的编码调制方案优化选择(单位bps)
Figure GDA0003506833040000091
Figure GDA0003506833040000101
对于Turbo码1/2码率和不同调制方式结合时，对应的有效率的通信速率值，典型的比较如表5所示。从表5可以看出，低码率的BPSK调制对应的有效的通信速率具有最大值，并制定编码和调制方案标号如表6所示。
表5.1/2码率的编码调制方案优化选择(单位bps)
通信距离(km) 0.01 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
BSPK Turbo2-1 1.875E+13 2.1E+10 1.172E+10 7.5E+09 5.21E+09 3.83E+09
QSPK Turbo2-1 1.527E+13 1.7E+10 9.546E+09 6.11E+09 4.24E+09 3.12E+09
8PSK Turbo2-1 7.245E+12 8E+09 4.528E+09 2.9E+09 2.01E+09 1.48E+09
16PSK Turbo2-1 3.055E+12 3.4E+09 1.909E+09 1.22E+09 8.49E+08 6.23E+08
16QAM Turbo2-1 7.673E+12 8.5E+09 4.796E+09 3.07E+09 2.13E+09 1.57E+09
32QAM Turbo2-1 4.807E+12 5.3E+09 3.004E+09 1.92E+09 1.34E+09 9.81E+08
64QAM Turbo2-1 2.891E+12 3.2E+09 1.807E+09 1.16E+09 8.03E+08 5.90E+08
128QAM Turbo2-1 1.69E+12 1.9E+09 1.057E+09 6.76E+08 4.70E+08 3.45E+08
表6.编码调制方案编号
Figure GDA0003506833040000102
1.在微纳星群通信距离满足0-201km时：
星1和星2之间的距离是动态变化的，因此，通信系统要根据它们的通信距离，优化选择出编码和调制方案，实现最大数据量的传输。给定当前实时的通信距离，结合优化选择出的编码和调制方案，实现数据的传输。因此，通信引擎也会自动调整编码和调制方案，如图3所示。从图3可以看出，通信引擎优化选择出了方案1，即1/2Turbo+BPSK调制方案。
在星1和星2之间距离变化时，它们之间的通信速率也会随着空间衰减而动态调整。如图4所示，他们之间的通信速率随着距离变化情况，从图4可以看出，空间衰减对通信速率影响较大。当他们之间距离较近时，通信速率很高。而当距离较远时，通信速率下降。当整体保持通信的连续性。
对图4中的通信速率乘以持续的时间(60s)，得到当前方案的通信量，对这个过程中的通信量进行累加求和，可以得到整个系统的通信量。整个系统的累计通信数量throughput随时间变化曲线如图5所示，从图5可以看出，通信量累计随着时间不断增加，特别是在距离较近时。通信数据量会猛增，而在距离较远时，数据量也会持续增加，但增加量很有限。
2.在微纳星群通信距离满足133-13681km时：
星1和星3之间的距离是动态变化的，因此，通信系统要根据它们的通信距离，优化选择出编码和调制方案，实现最大数据量的传输。给定当前实时的通信距离，结合优化选择出的编码和调制方案，实现数据的传输。因此，通信引擎也会自动调整编码和调制方案，如图6所示。从图6可以看出，通信引擎优化选择出了方案1，即1/2Turbo+BPSK调制方案。
在星1和星3之间距离变化时，它们之间的通信速率也会随着空间衰减而动态调整。如图7所示，他们之间的通信速率随着距离变化情况，从图7可以看出，空间衰减对通信速率影响较大。当他们之间距离较近时，通信速率很高。而当距离较远时，通信速率下降。当整体保持通信的连续性。
在星1和星3之间距离变化时，它们之间的通信量也会随着空间衰减而动态调整。如图8所示，他们之间的通信量随着时间变化情况，从图8可以看出，空间衰减对通信量影响较大。当他们之间距离较近时，通信量增加的很快。而当距离较远时，通信量增加的很缓慢。
具体实施例三
本实施例提出一种微纳星群星间链路自适应通信系统，如图9所示，该系统包括：
信道知识库建立模块110，用于根据微纳星群星间链路通信误码率小于通信误码率阈值获得多个编码调制方案对应的多个信噪比阈值；并根据多个信噪比阈值建立星间链路通信信道知识库；其中，所述星间链路通信信道知识库中建立预设微纳卫星间通信距离、编码调制方案及通信速率值之间的多组对应关系；
星间通信距离获取模块120，用于当微纳星群中任意两个微纳卫星通信时，根据信号传输时间实时获得两个微纳卫星间通信距离；
最佳通信选择模块130，用于在星间链路通信信道知识库的多组对应关系中，根据当前两个微纳卫星间通信距离，在对应该通信距离的多个通信速率值中选择最大值作为最佳通信速率值，选择最佳通信速率值对应的编码调制方案作为最佳编码调制方案；
自适应通信模块140，用于按照最佳编码调制方案对星间通信数据进行编码和调制处理，并按照最佳通信速率值进行星间链路通信；在设定的通信时间结束时判断两个微纳卫星是否完成数据传输，如果是，则结束本次星间链路通信；否则继续根据星间通信距离获取模块120和最佳通信选择模块130输出结果执行自适应通信。
进一步地，信道知识库建立模块110中通信误码率阈值为10-6；编码调制方案包括编译码方案和调制解调方案，其中，编译码方案包括采用Turbo码或LDPC码对通信数据进行编码或译码，Turbo码码率包括1/3、1/2和1，LDPC码码率包括1/3、1/2和1；调制解调方案包括采用BPSK、QPSK、8PSK、16PSK、16QAM、32QAM、64QAM或128QAM对通信数据进行调制或解调。
进一步地，信道知识库建立模块110中建立预设微纳卫星间通信距离、编码调制方案及通信速率值之间的多组对应关系的具体步骤包括：
步骤二一：
Ls＝-1*(20*log10(d)+20*log10(f)+92.44)
其中，d表示微纳卫星间通信距离；f表示通信载波频率；
步骤二二、根据自由空间衰减损失Ls按照下述公式计算获得总接收信噪谱密度SN0：
SN0＝EIRP+Ls+Lspu+Gts-K
其中，EIRP表示等效全向辐射功率；Lspu表示接收损失；Gts表示接收系统品质因数；K表示玻尔兹曼常数；
步骤二三、根据总接收信噪谱密度SN0和信噪比阈值En0按照下述公式计算获得码率分贝值fb_dB：
fb_dB＝SN0-R-En0-GM+Gc
其中，R表示通信链路余量；GM表示调制增益；Gc表示编码增益；
步骤二四、根据码率分贝值fb_dB、调制进制数m和编码码率r按照下述公式计算获得不同编码调制方案对应的通信速率值fb：
fb＝10^(fb_dB/10)*m*r
进一步地，自适应通信模块140中通信双方通过同步码获得最佳编码调制方案。
本实施例所述一种微纳星群星间链路自适应通信系统的功能可以由前述一种微纳星群星间链路自适应通信方法说明，因此本实施例未详述部分，可参见以上方法实施例，在此不再赘述。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种微纳星群星间链路自适应通信方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一、根据微纳星群星间链路通信误码率小于通信误码率阈值获得多个编码调制方案对应的多个信噪比阈值；
步骤二、根据多个信噪比阈值建立星间链路通信信道知识库；其中，所述星间链路通信信道知识库中建立预设微纳卫星间通信距离、编码调制方案及通信速率值之间的多组对应关系；具体步骤包括：
步骤二一、根据预设微纳卫星间通信距离和载波频率按照下述公式计算获得自由空间衰减损失Ls：
Ls＝-1*(20*log10(d)+20*log10(f)+92.44)
其中，d表示微纳卫星间通信距离；f表示通信载波频率；
步骤二二、根据所述自由空间衰减损失Ls按照下述公式计算获得总接收信噪谱密度SN0：
SN0＝EIRP+Ls+Lspu+Gts-K
其中，EIRP表示等效全向辐射功率；Lspu表示接收损失；Gts表示接收系统品质因数；K表示玻尔兹曼常数；
步骤二三、根据所述总接收信噪谱密度SN0和信噪比阈值En0按照下述公式计算获得码率分贝值fb_dB：
fb_dB＝SN0-R-En0-GM+Gc
其中，R表示通信链路余量；GM表示调制增益；Gc表示编码增益；
步骤二四、根据码率分贝值fb_dB、调制进制数m和编码码率r按照下述公式计算获得不同编码调制方案对应的通信速率值fb：
fb＝10^(fb_dB/10)*m*r
步骤三、当微纳星群中任意两个微纳卫星通信时，根据信号传输时间实时获得两个微纳卫星间通信距离；
步骤四、在所述星间链路通信信道知识库的多组对应关系中，根据当前两个微纳卫星间通信距离，在对应该通信距离的多个通信速率值中选择最大值作为最佳通信速率值，选择所述最佳通信速率值对应的编码调制方案作为最佳编码调制方案；
步骤五、按照最佳编码调制方案对星间通信数据进行编码和调制处理，并按照最佳通信速率值进行星间链路通信；
步骤六、在设定的通信时间结束时判断两个微纳卫星是否完成数据传输，如果是，则结束本次星间链路通信；否则循环执行步骤三至步骤六。
2.根据权利要求1所述的一种微纳星群星间链路自适应通信方法，其特征在于，步骤一中所述通信误码率阈值为10-6。
3.根据权利要求2所述的一种微纳星群星间链路自适应通信方法，其特征在于，步骤一中所述编码调制方案包括编译码方案和调制解调方案；其中，所述编译码方案包括采用Turbo码或LDPC码对通信数据进行编码或译码；所述调制解调方案包括采用BPSK、QPSK、8PSK、16PSK、16QAM、32QAM、64QAM或128QAM对通信数据进行调制或解调。
4.根据权利要求3所述的一种微纳星群星间链路自适应通信方法，其特征在于，所述编译码方案中Turbo码码率包括1/3、1/2和1，LDPC码码率包括1/3、1/2和1。
5.根据权利要求4所述的一种微纳星群星间链路自适应通信方法，其特征在于，步骤五中通信双方通过同步码获得最佳编码调制方案。
6.一种微纳星群星间链路自适应通信系统，其特征在于，包括：
信道知识库建立模块，用于根据微纳星群星间链路通信误码率小于通信误码率阈值获得多个编码调制方案对应的多个信噪比阈值；并根据多个信噪比阈值建立星间链路通信信道知识库；其中，所述星间链路通信信道知识库中建立预设微纳卫星间通信距离、编码调制方案及通信速率值之间的多组对应关系；具体过程包括：
根据预设微纳卫星间通信距离和载波频率按照下述公式计算获得自由空间衰减损失Ls：
Ls＝-1*(20*log10(d)+20*log10(f)+92.44)
其中，d表示微纳卫星间通信距离；f表示通信载波频率；
根据所述自由空间衰减损失Ls按照下述公式计算获得总接收信噪谱密度SN0：
SN0＝EIRP+Ls+Lspu+Gts-K
其中，EIRP表示等效全向辐射功率；Lspu表示接收损失；Gts表示接收系统品质因数；K表示玻尔兹曼常数；
根据所述总接收信噪谱密度SN0和所述信噪比阈值En0按照下述公式计算获得码率分贝值fb_dB：
fb_dB＝SN0-R-En0-GM+Gc
其中，R表示通信链路余量；GM表示调制增益；Gc表示编码增益；
根据码率分贝值fb_dB、调制进制数m和编码码率r按照下述公式计算获得不同编码调制方案对应的通信速率值fb：
fb＝10^(fb_dB/10)*m*r
星间通信距离获取模块，用于当微纳星群中任意两个微纳卫星通信时，根据信号传输时间实时获得两个微纳卫星间通信距离；
最佳通信选择模块，用于在所述星间链路通信信道知识库的多组对应关系中，根据当前两个微纳卫星间通信距离，在对应该通信距离的多个通信速率值中选择最大值作为最佳通信速率值，选择所述最佳通信速率值对应的编码调制方案作为最佳编码调制方案；
自适应通信模块，用于按照最佳编码调制方案对星间通信数据进行编码和调制处理，并按照最佳通信速率值进行星间链路通信；在设定的通信时间结束时判断两个微纳卫星是否完成数据传输，如果是，则结束本次星间链路通信；否则继续根据星间通信距离获取模块和最佳通信选择模块输出结果执行自适应通信。
7.根据权利要求6所述的一种微纳星群星间链路自适应通信系统，其特征在于，所述信道知识库建立模块中所述通信误码率阈值为10-6；所述编码调制方案包括编译码方案和调制解调方案，其中，所述编译码方案包括采用Turbo码或LDPC码对通信数据进行编码或译码，Turbo码码率包括1/3、1/2和1，LDPC码码率包括1/3、1/2和1；所述调制解调方案包括采用BPSK、QPSK、8PSK、16PSK、16QAM、32QAM、64QAM或128QAM对通信数据进行调制或解调。
8.根据权利要求7所述的一种微纳星群星间链路自适应通信系统，其特征在于，所述自适应通信模块中通信双方通过同步码获得最佳编码调制方案。
CN202110423713.9A 2021-04-20 2021-04-20 一种微纳星群星间链路自适应通信方法及系统 Active CN113141206B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110423713.9A CN113141206B (zh) 2021-04-20 2021-04-20 一种微纳星群星间链路自适应通信方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110423713.9A CN113141206B (zh) 2021-04-20 2021-04-20 一种微纳星群星间链路自适应通信方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113141206A CN113141206A (zh) 2021-07-20
CN113141206B true CN113141206B (zh) 2022-03-22

Family

ID=76813178

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110423713.9A Active CN113141206B (zh) 2021-04-20 2021-04-20 一种微纳星群星间链路自适应通信方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113141206B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110708111A (zh) * 2019-10-09 2020-01-17 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 星间自适应通信系统及其通信方法
CN111262615A (zh) * 2019-12-27 2020-06-09 北京邮电大学 面向多任务的卫星通信网络自适应补偿方法和装置
CN112423352A (zh) * 2020-11-09 2021-02-26 上海卫星工程研究所 面向多通道和速率自主切换的星间链路管控方法
CN112511216A (zh) * 2020-11-27 2021-03-16 西安空间无线电技术研究所 一种低轨卫星的自适应编码调制方法及系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201700113326A1 (it) * 2017-10-09 2019-04-09 Esa “Progettazione e rilevamento della sovrapposizione di segnali per canali di comunicazione satellitari”

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110708111A (zh) * 2019-10-09 2020-01-17 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 星间自适应通信系统及其通信方法
CN111262615A (zh) * 2019-12-27 2020-06-09 北京邮电大学 面向多任务的卫星通信网络自适应补偿方法和装置
CN112423352A (zh) * 2020-11-09 2021-02-26 上海卫星工程研究所 面向多通道和速率自主切换的星间链路管控方法
CN112511216A (zh) * 2020-11-27 2021-03-16 西安空间无线电技术研究所 一种低轨卫星的自适应编码调制方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
编队微小卫星变码速率星间通信系统仿真研究;吴国强等;《无线通信技术》;20090815(第03期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113141206A (zh) 2021-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8509136B2 (en) Network coding method and network coding apparatus
CN102754368B (zh) 利用最大速率和互信息优化jcma星座
US5930230A (en) High data rate CDMA wireless communication system
KR101286996B1 (ko) 공간 시간/공간 주파수/공간 다이버시티 전송기의 기저대역처리를 위한 방법 및 디바이스
EP2141850A2 (en) Variable rate coding for forward link
CN102752092B (zh) 基于虚拟混合自动请求重传的卫星链路自适应传输方法
EP1890415A2 (en) Communication System with Uplink Space-Time Coding via Coordinated Mobile Terminals
CN109150409B (zh) 基于叠加编码调制的超奈奎斯特的自适应系统和方法
CN1214586C (zh) 抗衰落多电平正交幅值调制接收机
KR20060021312A (ko) 레이어된 그리고 계층적인 변조 시스템을 위한 통합 수신기
US10212019B1 (en) Sub-carrier adaptation in multi-carrier communication systems
JP2008206045A (ja) 無線通信システム及び無線機
JP4294221B2 (ja) 電力変動を減少させた通信システムおよび方法
CN101848174A (zh) 发射预处理方法和发射预处理信号的数据解调方法
CN113141206B (zh) 一种微纳星群星间链路自适应通信方法及系统
CN1521959A (zh) 自适应的无线发送/接收系统
CN101483458B (zh) 一种协作多点接收中的信息交互合并方法
JPH09135275A (ja) ディジタル移動通信システムの符号化多値変調方式
JP5038898B2 (ja) Ｍｉｍｏシステム用の反復受信方法と、対応する受信機およびコンピュータプログラム
CN113114344B (zh) 一种微纳星群星间链路通信最佳通信速率的确定方法
CN110176977B (zh) Ofdm数据链中基于agc的高阶qam软判决方法
CN101902429B (zh) 手机电视业务中正交振幅调制的软解调方法及装置
De Gaudenzi et al. Analysis and performance evaluation of synchronous trellis-coded CDMA for satellite applications
CN101488836A (zh) 空时编码方法、使用该方法的通信系统
WO2003024048A2 (en) Hierarchical modulation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant