[发明专利]一种面向低轨通信卫星的数据传输速率自适应匹配方法

说明书

本发明属于低轨卫星通信技术领域，具体涉及一种面向低轨通信卫星的数据传输速率自适应匹配方法，包括：用户端周期性统计链路信噪比，根据统计的信噪比估计信道质量信息；在周期性统计链路信噪比的同时对信噪比进行预测，得到预测信道质量信息；根据时延计算权重因子，分别给基于统计与预测估计的信道质量信息动态分配权重，修正信道质量信息；用户端将修正后的信道质量信息返回低轨卫星，低轨卫星依据信道质量信息自适应选择指定速率发送数据。本发明以时延作为信道质量信息是否失效的度量对信道质量信息进行修正，减少信道质量信息失效的影响，在提高对环境状况改变的反应能力的同时提高了数据发送速率的自适应调整的准确性。

技术领域

本发明属于低轨卫星通信技术领域，具体涉及一种面向低轨通信卫星的数据传输速率自适应匹配方法。

背景技术

低轨卫星与用户端通信过程中会面临种种干扰，如最常见的气象因素干扰：降雨、降雪、云层变厚都有可能造成信道质量恶化，除各种干扰外，保持移动的用户端如飞行器与低轨卫星间信道质量会随着两者相互移动而恶化，这不但会造成数据包丢失而且会恶化数据传输吞吐率性能。高传输速率能够在单位时间内传输更多数据，但其抗干扰能力较差，在状态较差的无线信道中，高传输速率更容易发生丢包，造成数据重传，影响系统的吞吐率；低传输速率抗干扰能力较强，但若在在状态较好的无线信道中采用低传输速率，会造成宝贵的卫星链路资源的浪费。在有限的时间内尽可能多的正确传输数据是低轨卫星通信与终端进行无线通信的目标，为优化低轨卫星通信的吞吐率，提升传输稳定性，则需要根据不同的信道状况自适应选择最佳传输速率。

自适应数据传输速率由链路质量决定数据传输速率，在数据传输速率与丢包率之间找寻最佳的平衡,目的是在保证通信质量的前提下最大化传输吞吐量。若信道质量较好时，则选择较高速率，此时降低信号抗干扰能力，但能提高系统的吞吐量；在信道质量较差时，则选择较低速率发送数据，以增加数据传输时间的代价，提升抗干扰能力，减少重传并优化低轨卫星通信的吞吐率，达到平衡低轨卫星通信可靠性和数据有效性的目的。

实现低轨卫星速率自适应的核心是选取准确的信道状态信息作为描述无线链路质量的衡量标准，选取的度量物理量通常包括误码率、信噪比，信号强度等。能做出及时反馈的信道状态信息是低轨卫星速率自适应的前提。根据速率自适应实现原理的不同，将其分为两类:闭环类和开环类。通常在开环类自适应机制中通过统计收发两端分组发送信息的方法，以成功或者失败的分组数量作为判断依据选取速率。该方法仅需在发送端统计数据发送成功与否的信息，用户端无需参与，但与此同时带来的是其统计信息具有一定滞后性，对信道质量的变化不敏感,不适于信道快速变化的场景；与开环类自适应机制不同，在闭环类自适应机制中, 接收方通过直接测量信道状态信息获取信道状态，由接收方选取传输速率并将结果反馈给发送方,发送方由接收方返回的到的反馈信息及时的调整发送速率，闭环类自适应机制不仅需要发送端参与，用户端也要参与其中，适用于信道状态快速变化的网络。低轨通信卫星在与用户端组成的通信系统中，如果用户端是飞机，考虑到常见的天气干扰影响以及飞机的高速动态运动与飞行姿态的不断变化，飞机与低轨通信卫星的信道质量也会随之发生变化，可以利用飞机与低轨卫星之间的信道的信噪比信息对信道质量闭环估计，完成对系统信道质量的评估，并依据信道质量完成传输速率的自适应调整。

现有技术问题是：在低轨通信卫星与用户端组成的数据传输系统中，在信道质量变化过程中，采用固定速率传输会造成系统资源利用率低、数据包丢失的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种面向低轨通信卫星的数据传输速率自适应匹配方法，包括：

用户端周期性统计链路信噪比，将当前周期统计的信噪比与上一周期统计的信噪比进行加权平均处理，得到用于表征信道质量的统计信噪比信息；

在周期性统计链路信噪比的同时对信噪比进行预测，得到用于表征信道质量的预测信噪比信息；

以低轨卫星与用户端的硬件时间戳为度量，进行周期性时延测量获取卫星与用户端间的高精度时延信息；