[发明专利]基于GEO骨干中继的深空下行链路多跳传输方法及系统

说明书

本发明公开一种基于GEO骨干中继的深空下行链路多跳传输方法及系统，所建立的空间信道模型分为两跳：第一跳是深空探测节点‑GEO骨干中继的空间直视链路，采用莱斯信道建模；第二跳是GEO骨干中继‑地面站的近地直视链路，采用阴影莱斯信道建模。同时，当深空探测节点‑地面站存在直视链路时，也采用阴影莱斯信道建模。本发明推导了星体间的摄动影响，对于GEO骨干中继节点的天线性能影响，推导了中断概率（OP）和平均符号差错概率（ASER）的计算表达式，以便更好的分析下行链路的传输性能。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于GEO骨干中继的深空下行链路多跳传输方法及系统。

背景技术

天基信息网络(Space-based Information Networks，SIN)是当今国际科学发展的一个研究热点，也是信息时代的重要基础设施之一。随着近年在Ka/Q/V等毫米波频段高通量卫星(High Throughput Satellites，HTS)的技术提升，未来的卫星通信网将与5G的发展接轨、助推毫米波频段HTS的市场化发展，“建设高轨宽带、低轨移动卫星等天基系统骨干网和关口站等地基系统组成的天地一体化信息网络”。利用GEO及地球同步轨道(GeoSynchronous earth Orbit，GSO)HTS作为SIN骨干节点建设天基骨干网，通过对各层卫星、升空平台及地面终端的动态组网，建立实时获取、传输和处理海量数据的空、天、地、海一体化的综合通信网络。

理论上，当两颗GEO卫星之间的夹角大于34.8°时，即可弥补彼此的视场盲区，构成的天基星座可以获取全方位观测宇宙空间的视角，对深空探测器进行全天候、全方位观测，完成“深空”中继任务；而三颗GEO卫星相距120°构成的骨干网络即可基本覆盖“GEO下层空间(介于地球表面和GEO轨道之间的空间)”的目标，如信关站、舰船、飞机、空中平台和中、低轨道卫星等天基节点(高纬度地区覆盖性能尚有不足)，通过建立星间、星地的毫米波/太赫兹/激光链路，实现高速数据中继。

高通量卫星高效组网协作是实现天基信息网络与地面移动网络和光纤固网系统互连互通、最终建成覆盖全球的天地一体化信息网络的关键，不仅在同步轨道提供大容量中继传输服务，还将在中、低层轨道灵活组网、支持“Machine–to-Machine(M2M)”通信为核心、面向低功耗大规模广域连接的“智慧城市”和低时延、高可靠的“智慧交通”等综合区域应用。天基同步卫星骨干网能满足全球无缝覆盖、国内信关站落地的强约束，为远洋航行、高铁通信、航空运输、导航定位、应急救援、航天测控等重大应用提供空间信息服务，不但可支持星地混合网络的高动态、宽带实时传输，也可向上支持深空探测的超远程、大时延可靠传输。

但是，目前深空探测下行链路基于GEO骨干中继的多跳链路的研究大多是基于“卫星-地面站”的点对点直视链路，对未来天地一体化信息网络环境下的深空下行链路骨干中继多跳传输的相关研究较少，不仅需要考虑自由空间信道特性，还要综合考虑近地复杂环境中的大气层、遮挡、太阳闪烁、云雨衰等因素，建立准确的信道模型，推导关键性能参数的理论表达式。

在空天地一体化网络中，空间节点(例如各层轨道卫星，拉格朗日节点，空间站，月球探测器，深空航天器等)可直接与地面深空站建立通信链路，或借助天基骨干网络作为中继节点进行数据接力传输，实现多跳协作传输。天基骨干网络中的GEO卫星在太空中运行时刻受到各种摄动力(地球引力摄动、第三体引力摄动、大气摄动、太阳光压摄动等)的作用，使得GEO卫星的轨道参数随着时间发生变化、卫星的位置发生漂移，导致原本对准卫星的波束中心线被动偏离卫星、天线增益偏离理论最大值，这时卫星的仰角也会出现误差，影响指向精度，带来的传输损耗增加、链路余量的变化、接收站的信号质量和链路单位码元的信噪比E_b/N₀降低、数传系统误码率增大等。