基於Ka頻段星地通信系統的幀長設計方法

2023-09-18 15:48:55 1

專利名稱：基於Ka頻段星地通信系統的幀長設計方法
技術領域：
本發明屬於星地通訊技術領域，更具體地說，屬於一種基於Ka頻段星地通信系統的幀長設計方法。
背景技術：
隨著航空航天、載人飛船和軌道空間站技術的發展，人類空間活動進入空間站時代；星地通信在廣播、電視、氣象、救援等領域發揮著越來越重要的作用。人們對於星地通信的數據需求量也在不斷擴大。而空間站數據系統是空間站的重要組成部分，為了解決空間任務中存在的數據處理問題，美國航宇局(NASA)、歐洲空間局(ESA)和許多其他國家的空間局成立了空間數據系統諮詢委員會(CCSDS)。CCSDS的第一套成熟建議(C0Q是針對常規任務的空間數據系統提出的，為適應許多新的系統和新的空間任務對數據系統的更高要求，CCSDS拓展了原有的常規建議，提出了擁有靈活多樣的數據處理業務的高級在軌系統(AOS)建議。傳統的C、Ku頻段難以滿足大量、高速數據的傳輸，因而更高頻段、更寬帶寬、更窄波束的Ka頻段將逐漸被採用。在星地通信系統中，常採用吞吐量(單位時間接收到的有效用戶數據量)來衡量其性能，而影響系統吞吐量大小的一個主要參數是傳輸幀的幀長，因而進行幀長設計是非常必要的。CCSDS在AOS協議中建議衛星通信系統傳輸幀的長度為定長值，優點是易於傳輸幀的提取，且成幀效率高；但Ka頻段的星地信道受雨、水蒸汽、雲霧、氧氣和閃爍的影響，會造成信道誤比特率的變化，若系統仍採用固定的幀長，則會造成吞吐量的大幅降低，從而影響系統性能。空間站數據系統的數據源大體可分為兩類一類數據量較小且分布分散，例如遙控響應數據、故障數據及突發事件數據等，正常狀態下的工程數據也屬於此類，稱為分散數據；另一類是大容量傳送的數據，例如電視圖像、靜止圖像、科學實驗數據等，稱為集中數據。

發明內容
為了解決以上問題，本發明提出了一種基於Ka頻段星地通信系統的幀長設計方法。本發明中設傳輸幀的格式包括幀頭、幀尾和幀數據域三部分，幀頭用於說明數據幀的版本號、源地址、幀長等信息；幀尾是校驗信息位，幀長設計時，按照系統歸一化吞吐量與幀長的關係巧= ^/7^(1-Pji7來設計，其中nf為幀效率(傳輸幀中幀數據域長與幀長之比);Lf為幀長；Pe為信道誤比特率，設信道為無記憶隨機差錯信道，即前後碼元互不相關，具有等概無記憶特性。首先獲得系統吞吐量最大時的傳輸幀長一最優幀長，即對歸一化吞吐量表達式求極值，使 BThIdLf =0，得到最優幀長
權利要求
1. 一種基於Ka頻段星地通信系統的幀長設計方法，所述傳輸幀的格式包括幀頭、幀尾和幀數據域三部分，其特徵在於，所述幀長設計方法包括以下步驟 Sl建立星地通信系統的鏈路；S2根據星地通信系統吞吐量的理論關係式^r-T1f -(\-pe)Lf (其中ηf為幀效率， Lf為幀長，Pe為信道誤比特率)來設計出最優幀長與系統信道誤比特率的關係，即對歸一化吞吐量表達式求極值，使π得到最優幀長『 = Cf+^JC2f ~4Cf/ln(l-pe)其中oTh I OLf =0 ,/o2Cf為幀頭和幀尾長度之和；S3然後按照最小二乘法設計出信道誤比特率段內的幀長；S4根據星地通信系統的調製方式、Ka頻段的天氣狀況和輸出信噪比，計算星地通信系統的誤比特率；S5根據信道狀況下的幀長進行數據成幀、傳輸。
全文摘要
本發明公開了一種基於Ka頻段星地通信系統的幀長設計方法，屬於星地通訊技術領域。本發明的幀長設計方法包括建立星地系統的鏈路；根據系統吞吐量的理論關係式設計出最優幀長與系統信道誤比特率的關係，然後按照最小二乘法設計出幾個信道誤比特率段內的幀長；根據系統的調製方式、Ka頻段的天氣狀況及輸出信噪比，計算系統的誤比特率；根據該信道狀況下的幀長進行數據成幀、傳輸。本發明與現有技術的有益效果是本發明的幀長設計方法應用於星地通信系統，能夠根據信道的誤比特率、系統調製方式來選擇合適的幀長，提高了系統的吞吐量，從而避免了信道時好時壞導致的吞吐量大幅降低的現象。
文檔編號H04L1/00GK102404070SQ20101028177
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月15日 優先權日2010年9月15日
發明者楊力, 潘成勝, 王明洋, 蔡睿妍, 邱少明 申請人:大連大學