[发明专利]一种MF-TDMA卫星系统中的载波信道内时隙分配方法

说明书

技术领域

本发明属于航天信息技术领域，具体涉及一种应用于航天信息领域的MF-TDMA通信卫星无线资源管理器中载波信道内时隙分配管理的方法设计，尤其是一种适合于在卫星节点管理上行链路资源，实现多用户(包括地面用户或航空飞行器)多业务通信的天基移动通信系统无线资源管理方法。

背景技术

天基移动通信系统是一种以卫星网络为主，利用不同轨道上多种类型的卫星作为网络接入节点来实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间相互通信的一种无线通信系统。该通信系统具有星上自主的信息获取、存储、处理及分发能力，能与陆、海、空基的信息系统互联，实现信息的多元、立体共享，成为下一代移动通信(4G)和国家信息高速公路的重要组成部分。

宽带多媒体卫星通信系统的无线资源分配与管理是系统的关键技术之一。资源管理器的本质就是要解决多用户业务的无线资源共享问题。多频时分接入技术(MF-TDMA)是时分技术和频分技术的结合，是宽带多媒体卫星通信系统关键技术之一，被广泛应用于ATM-based，DVB-based和IP-based等卫星通信系统的上行链路设计中，是目前卫星移动通信技术研究的热点。

MF-TDMA技术中上行链路由多个载波信道构成，每个信道又被细分为若干个时隙，这种设计可以保证多用户、多业务接入的灵活性，提高卫星系统无线资源的利用率。在业务接入阶段，需要针对每个连接的QoS请求在复杂的信道结构中分配时隙资源，时隙资源的有效管理面临着巨大的挑战，面向用户QoS的高效时隙资源分配算法一直都是MF-TDMA技术的难点。

如图1所示，若将MF-TDMA中的载波/时隙资源占用表看成是一个二维的矩阵，其中列代表不同频率的载波，行表示按时间划分的时隙。目前，对于宽带多媒体卫星通信系统中的MF-TDMA，时隙资源分配问题中的约束条件主要有如下4个：(1)资源管理器响应终端发起的请求，为一个连接分配的资源要限制在一个载波中；(2)资源管理器为同一终端分配的时隙资源，在时间上不能重叠；(3)为避免冲突的发生，同一个时隙资源不能同时分配给两个连接；(4)为一个终端分配的时隙总数不能超过一个载波的时隙容量。由于上述限制的存在，所以同一个终端的所有连接资源往往分配到一个载波中。因此，时隙分配过程可以分解为两个步骤：载波选择和载波内时隙分配问题。第一步是确定在哪个载波信道中为终端用户分配资源，第二步是如何在该信道中确定可用时隙资源分配给终端。

MF-TDMA时隙资源分配问题可以描述为：在一定约束条件下，针对某业务对时隙数的需求，如何从上述时隙矩阵中的空闲时隙中寻找最优时隙位置的问题。具体来说，当MF-TDMA时隙分配器收到某业务的时隙需求后，时隙分配器将从时隙资源占用表中查找空闲时隙，并从中找到最合适的时隙分配给该业务，这种分配是需要满足一定约束条件的，同时需要按照业务的QoS要求分配时隙。时隙资源利用率反映了一个MF-TDMA系统的带宽可利用率，是评价系统性能的重要指标。

作为下一代移动通信(4G)和国家信息高速公路的重要组成部分，天基移动通信系统需支持语音、视频、数据等多媒体综合业务的传输，其中视频、语音，这些业务产生的业务流有自己的特点，业务对时间抖动的要求严格，也就是说资源管理器为连接分配的资源要时间上尽量均匀分布。

如图2所示，载波内时隙组织结构常采用时隙资源树的方式，按照时隙二进制编号的首位或末位，可以将所有时隙分为两个组，按照第二位，可以进一步将每一个组分为两个组。这样，时隙资源可以逐步二分，生成时隙资源树。

如图3所示，时隙资源树中的一个节点代表若干个时隙的集合，称之为时隙组成或时隙块，组的编号可以从上而下由树枝编号得到。每一层节点包括的时隙数是上一层节点的一半。

载波时隙表的管理是一个连续的过程，每个连接可以在系统内驻留多个超帧。现有的时隙管理方法有两种，一种是每个超帧的开始都重新分配当前在线连接，第二种方法是基于上一超帧的分配结果继续进行管理。采用第一种方法，每一次重新分配都相当于一次时隙整理，资源能够得到最大限度的利用，但分配给一个终端的时隙也不可避免的会经常发生变化，这样每个超帧资源管理器都必须下发大量新的时隙分配信令，增加了信令处理单元的处理压力。由于星地的传输长延时特性，星地交互过程要以简单为原则，所以要尽量少的去改变当前连接的资源分配情况。所以相比较而言第二种方法更适合于卫星通信的时隙管理中，但是在连续管理过程中，多次分配释放后时隙资源表中必然会出现时隙碎片，相应的就带来了如何有效的管理时隙碎片和快速查找空闲时隙资源的问题。

发明内容