[发明专利]数据传输方法、装置、地面终端和卫星

说明书

本发明公开了一种中低轨道卫星通信系统的数据传输方法、装置、地面终端和卫星，其中，适用于地面终端的所述数据传输方法包括：在当前没有可用的上行传输资源情况下，在获得上行传输许可之前，在飞行窗口时间内通过自主选择的至少一个上行传输资源，自主发送至少一个上行数据包，所述飞行窗口时间为从所述地面终端发送信号的时刻至所述地面终端接收到所述信号的反馈的时刻之间的时间。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种数据传输方法、装置、地面终端和卫星。

背景技术

卫星通信系统以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面终端之间通信。基于卫星轨道的类型，一种较为成熟的卫星通信系统是利用地球同步轨道卫星(GEO)，这种卫星能够在围绕赤道轨道上空3600千米左右的高度保持对地静止并提供无线接入服务。然而，由于轨道的限制，这种通信系统的系统容量受限、服务区域也无法覆盖到高维度地区。上个世纪提出过一种通过使用中低轨道(LEO/MEO)卫星组建星座的方式提供全球卫星通信覆盖的想法，如图1所示，并且在全世界范围内掀起一波建设热潮。然而，由于过于高昂的成本以及受限的数字信号处理技术，第一次尝试均以失败告终。近年来，随着商业航天技术的发展，发射成本得到了大幅度的降低。并且数字信号处理技术的成本和算力均得到了较大的进步。因此，基于中低轨道卫星的通信卫星星座计划再次被提出。尽管中低轨道卫星无法与地球保持相对静止，但是通过星座的方式能够理论上能够实现全球的覆盖。并且由于无线通信系统的容量由频率复用系数决定，离地球表面更近的中低轨道卫星能够提供相比GEO卫星更多的通信容量。

虽然利用中低轨道星座构建全球覆盖的、高容量的通信系统能够快速向欠发达地区提供无线接入能力。但是在高速移动的卫星和地面终端间建立无线链路也面临诸多技术上的挑战，并且这些挑战并不是传统地面蜂窝网络中存在的，因此在现有文献中也较少的被研究过。

其中一个问题是由于中低轨道卫星虽然相比地球同步轨道卫星相对地面轨道低了很多，但是仍然比传统地面蜂窝系统的传输距离要大得多。例如4G LTE系统中支持的最大小区半径为100Km，而中低轨道卫星的轨道多为500km到10000Km。在假设卫星轨道为500Km，与地面终端的仰角(elevation angle)为30度的情况下，卫星与地面终端的通信距离为1000Km。长传输距离会带来一系列的问题，其中一个问题是传输延迟的增加。这个增加一方面是由于信号飞行时间变长带来的，这个部分由于光速的物理限制无法进一步缩短，因为卫星轨道过低会导致与大气层摩擦最终坠毁；另一方面则是由卫星和地面终端之间信号和信令交换流程带来的。在连续传输的情况下，卫星持续为地面终端分配上行和下行的传输资源，则双向传输延迟τ为：

其中，d为轨道高度，θ为低轨卫星相对地面终端的仰角，c为真空光速。在一个500km，仰角为30度的情况下，不考虑处理时延迟的情况下实际的双向延迟为6.6ms。这个延迟相比4G LTE的双向物理层时延而言是可以接受的。