[发明专利]一种面向太赫兹网络的时空频多维度资源自适应分配方法

说明书

本发明提出了一种面向太赫兹网络的时空频多维度资源自适应分配方法。本发明通过构建太赫兹网络模型和帧结构模型，建立太赫兹网络的实现流程。该流程为首先采用Beacon广播进行节点入网，采用CAP时隙构建资源申请机制。资源申请成功后，采用太赫兹频段进行业务数据的交互。最后，进行资源释放机制与节点退网。本发明优点在于，从时间、空间和频率多维度的自适应分配资源。时间维度采用时隙划分结构，空间维度采用极窄多波束对目标节点位置定向对准，频率维度采用多频段多信道多接口，将控制消息与数据消息分离，提高资源的利用率。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种面向太赫兹网络的时空频多维度资源自适应分配方法。

背景技术

随着智能手机与设备的不断普及，无线通信的用户数量呈现爆炸式增长。复杂环境下的高速访问是现阶段无线通信技术领域面临的问题。然而，由于当前工作频段的限制，太赫兹频段作为高频段成为未来发展的方向。

太赫兹(THz)是指频率在100GHz-10THz，波长介于30μm-3mm之间的电磁波。太赫兹波段介于微波与光波之间，集微波通信和光通信的优点于一身，具有高抗噪性、高传输稳定性、瞬态性等优势。

太赫兹无线通信的应用场景包括：地面超高速太赫兹无线局域网、基于太赫兹星间链路的低轨卫星组网等。地面太赫兹无线局域网络具有较充裕的频带资源，其传输速率极高，相应也存在一些问题，极窄波束所需的波束跟踪对准问题，超高传输速率带来的协议栈不匹配问题，低效的端到端控制所导致的重传和拥塞。在低轨卫星星座使用太赫兹星间链路，可支持波束赋型，其波束可调整范围远大于激光链路，不需要精跟踪系统，且可以连续调整波束跟踪移动的通信节点，同时非常便捷的在高速运动条件下实现多址接入；太赫兹50Gbps的速率足够满足低轨卫星组网传输遥感卫星传输过来信息，带宽利用率高。针对地面站需要在低轨卫星通过星间链路转发的时候，太赫兹链路所具备的带宽比传统Ka和Ku波段波束更大，可更好的满足星地一体化网络中急剧增长的业务带宽需求。

太赫兹通信有极高的传输速率，但在太赫兹架构下使用传统的TCP/IP协议栈会出现一系列不适配问题。例如报文头部造成的额外开销，帧结构的不合理设计导致时隙的浪费和控制消息冲突，传统的多址接入方式导致的资源浪费，这些问题会导致太赫兹链路无法发挥出高速率的优势。本发明采用的方式可以将控制消息与数据消息分离，避免了控制和数据之间对于信道的抢占。

在太赫兹无线通信网络中，要实现波束的快速对准，传统的无线局域网全向穷举的扫描模式必然不满足太赫兹通信中的快速要求，并且在高速移动的情况下，精度也很难达到要求。现有较为合理的有IEEE 802.15.3c中的三阶段波束赋型方式，即使用准全向阶段、扇区阶段和波束阶段可以较快的实现波束赋型，但是最终的波束宽度还是比太赫兹的波束要宽，不适用此分层波束赋型的方法。本发明提出的极窄波束自适应对准方案能有效的满足太赫兹通信对高速传输的业务需求。

发明内容

本发明为了更好的满足无线通信网络对实时流量的需求，提出了一种面向太赫兹网络的时空频多维度资源自适应分配方法。该策略采用时空频多维度资源分配方式，提高了资源的利用率。

目前通信系统支持的多址方式主要有时分多址、空分多址和频分多址等。单独的频分、空分和时分方案都有自己的局限性，将空域、频域、时域综合利用，构建三维的资源自适应分配方法将会有效的提高信道资源的利用率和网络的灵活性，缩短太赫兹通信系统资源申请和调度周期、提高资源利用率，同时满足终端节点的业务需求，实现最佳的系统性能。