[發明專利]基于GEO骨干中繼的深空下行鏈路多跳傳輸方法及系統

有效

• 申請號: 201710478160.0
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107294593B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 焦健;高厚蓮;馮博文;梁瀟;吳紹華;張欽宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 王雨時

本發明公開一種基于GEO骨干中繼的深空下行鏈路多跳傳輸方法及系統，所建立的空間信道模型分為兩跳：第一跳是深空探測節點?GEO骨干中繼的空間直視鏈路，采用萊斯信道建模；第二跳是GEO骨干中繼?地面站的近地直視鏈路，采用陰影萊斯信道建模。同時，當深空探測節點?地面站存在直視鏈路時，也采用陰影萊斯信道建模。本發明推導了星體間的攝動影響，對于GEO骨干中繼節點的天線性能影響，推導了中斷概率（OP）和平均符號差錯概率（ASER）的計算表達式，以便更好的分析下行鏈路的傳輸性能。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種基于GEO骨干中繼的深空下行鏈路多跳傳輸方法及系統。

背景技術

天基信息網絡(Space-based Information Networks，SIN)是當今國際科學發展的一個研究熱點，也是信息時代的重要基礎設施之一。隨著近年在Ka/Q/V等毫米波頻段高通量衛星(High Throughput Satellites，HTS)的技術提升，未來的衛星通信網將與5G的發展接軌、助推毫米波頻段HTS的市場化發展，“建設高軌寬帶、低軌移動衛星等天基系統骨干網和關口站等地基系統組成的天地一體化信息網絡”。利用GEO及地球同步軌道(GeoSynchronous earth Orbit，GSO)HTS作為SIN骨干節點建設天基骨干網，通過對各層衛星、升空平臺及地面終端的動態組網，建立實時獲取、傳輸和處理海量數據的空、天、地、海一體化的綜合通信網絡。

理論上，當兩顆GEO衛星之間的夾角大于34.8°時，即可彌補彼此的視場盲區，構成的天基星座可以獲取全方位觀測宇宙空間的視角，對深空探測器進行全天候、全方位觀測，完成“深空”中繼任務；而三顆GEO衛星相距120°構成的骨干網絡即可基本覆蓋“GEO下層空間(介于地球表面和GEO軌道之間的空間)”的目標，如信關站、艦船、飛機、空中平臺和中、低軌道衛星等天基節點(高緯度地區覆蓋性能尚有不足)，通過建立星間、星地的毫米波/太赫茲/激光鏈路，實現高速數據中繼。

高通量衛星高效組網協作是實現天基信息網絡與地面移動網絡和光纖固網系統互連互通、最終建成覆蓋全球的天地一體化信息網絡的關鍵，不僅在同步軌道提供大容量中繼傳輸服務，還將在中、低層軌道靈活組網、支持“Machine–to-Machine(M2M)”通信為核心、面向低功耗大規模廣域連接的“智慧城市”和低時延、高可靠的“智慧交通”等綜合區域應用。天基同步衛星骨干網能滿足全球無縫覆蓋、國內信關站落地的強約束，為遠洋航行、高鐵通信、航空運輸、導航定位、應急救援、航天測控等重大應用提供空間信息服務，不但可支持星地混合網絡的高動態、寬帶實時傳輸，也可向上支持深空探測的超遠程、大時延可靠傳輸。

但是，目前深空探測下行鏈路基于GEO骨干中繼的多跳鏈路的研究大多是基于“衛星-地面站”的點對點直視鏈路，對未來天地一體化信息網絡環境下的深空下行鏈路骨干中繼多跳傳輸的相關研究較少，不僅需要考慮自由空間信道特性，還要綜合考慮近地復雜環境中的大氣層、遮擋、太陽閃爍、云雨衰等因素，建立準確的信道模型，推導關鍵性能參數的理論表達式。

在空天地一體化網絡中，空間節點(例如各層軌道衛星，拉格朗日節點，空間站，月球探測器，深空航天器等)可直接與地面深空站建立通信鏈路，或借助天基骨干網絡作為中繼節點進行數據接力傳輸，實現多跳協作傳輸。天基骨干網絡中的GEO衛星在太空中運行時刻受到各種攝動力(地球引力攝動、第三體引力攝動、大氣攝動、太陽光壓攝動等)的作用，使得GEO衛星的軌道參數隨著時間發生變化、衛星的位置發生漂移，導致原本對準衛星的波束中心線被動偏離衛星、天線增益偏離理論最大值，這時衛星的仰角也會出現誤差，影響指向精度，帶來的傳輸損耗增加、鏈路余量的變化、接收站的信號質量和鏈路單位碼元的信噪比E_b/N₀降低、數傳系統誤碼率增大等。