一种VDES系统中基于船舶间协作的数据传输方法技术方案

本发明专利技术涉及无线通信技术领域，具体涉及一种VDES系统中基于船舶间协作的数据传输方法，该方法包括以下步骤：VDES系统参数的设置；基于船舶间协作的数据传输包括上行数据传输和下行数据传输。其中，上行数据传输的步骤有：上行中继船舶的选择；按照上行中继船舶的选择结果来进行上行数据传输。下行数据传输的步骤有：下行中继船舶的选择；按照下行中继船舶的选择结果来进行下行数据传输。与现有的针对单个信道进行性能优化的方法相比，本发明专利技术利用多信道形成发送分集的方法，来解决卫星与船舶之间通信质量差的问题。特别是在船舶到卫星的信道质量极差且船舶需要向卫星发送紧急信号时，本发明专利技术所公开的方法可以发挥重要作用。

A Data Transfer Method Based on Intership Cooperation in VDES System

【技术实现步骤摘要】
一种VDES系统中基于船舶间协作的数据传输方法
本专利技术涉及无线通信
，具体涉及一种VDES系统中基于船舶间协作的数据传输方法。
技术介绍
船舶自动识别系统(AIS)是海上甚高频广播系统，装有AIS的船舶可以及时地将自身的位置、速度、航向以及船舶的一些注册参数通过无线电向附近的船只、陆基基站以及卫星广播，使得周围的船舶能够及时避让。同时相关的海事管理单位和机构也能够迅速得到船只分布运行信息并根据这些信息对船舶进行管理。因此AIS在保证船舶航行安全和提高海事交通管理方面起到了十分重要的作用。伴随着经济的全球化以及海上贸易的繁荣，海上船舶的数量增长迅速。原有AIS系统在船舶密集的港口易出现数据链路的超载从而导致信息的丢失，且AIS系统的通信内容有限，2012年国际航标协会(IALA)提出将AIS升级成为甚高频数据交换系统(VHFDataExchangeSystem，VDES)。VDES保留了原有AIS为船舶提供的位置识别和避撞功能，还增加了特殊应用报文(ASM)和宽带甚高频数据交换(VDE)两大功能(包括VDE地面和VDE卫星两部分)。AIS采用SOTDMA通信协议，通过VHF频段进行通信，通信半径为20海里。VDES引入的VDE部分不仅增加了传信带宽还通过卫星大大提高了通信的覆盖范围，同时还能让极地地区的船舶使用VDES的服务。因此VDES在港口调度、路线导航、天气预测、船只管理、遇险搜救等方面发挥着重要作用。在VDES系统中，卫星与船舶之间的信道由于通信距离远从而存在着传播时延、能量衰落、多径效应、以及卫星运动带来的多普勒频偏等问题，而且受天气等因素的影响，信道是时变的。因此，卫星与船舶之间的数据传输普遍存在信道质量差的问题，从而使卫星与船舶之间的通信质量受到严重影响。如何减小信道对信号的种种不利影响，提高接收信号的准确度，是VDES系统亟需解决的问题，目前提出的方法有信道均衡、信源编码、信道编码等，这些方法都是针对单个信道进行性能优化。但是，上述方法对解决船舶与卫星之间通信存在的上述问题是有极限的。在这些方法提高单信道性能的基础上，可以考虑利用多信道形成的发送分集来提高接收信号质量，即利用船舶A通信半径范围内的其他船只，作为船舶A的中继，向卫星B转发船舶A发给卫星B的上行数据，或者向船舶A转发卫星B发给船舶A的下行数据，这样便形成了发射分集，接收端采用对多个接收信号的副本进行合并，就可以有效提高接收信号质量。特别是此方法在船舶A到卫星B的信道质量极差，且船舶A需要向卫星B发送紧急信号时可以发挥重要作用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种VDES系统中基于船舶间协作的数据传输方法，该方法可以提高船舶与卫星之间的通信质量，特别是在船舶需要向卫星发送紧急信号时可以发挥决定性的作用。本专利技术解决上述技术问题的方案是：一种VDES系统中基于船舶间协作的数据传输方法，该方法包括以下步骤：步骤一：VDES系统参数的设置：当船舶A与卫星B之间传输数据时，设船舶A的通信半径范围内有L只船舶，分别编号为ship1,ship2,LshipL，其中第i只船舶记为船舶shipi，i∈{1,2,L,L}；所有船舶与所述的卫星B之间上行的通信频率为f1、下行的通信频率为f2；船舶与船舶之间的通信频率为f3；船舶A到卫星B的上行信道系数为hA,B，卫星B到船舶A的下行信道系数为hB,A；船舶shipi到卫星B的上行信道系数为卫星B到船舶shipi的下行信道系数为船舶A到船舶shipi、船舶shipi到船舶A的信道系数分别为所有节点均采用半双工工作方式；步骤二：船舶A与卫星B进行基于船舶间协作的数据传输：包括从船舶A到卫星B的上行数据协作传输和从卫星B到船舶A的下行数据协作传输两种情况：21)从船舶A到卫星B的上行数据协作传输包括以下步骤：211)上行中继船舶的选择；包括以下步骤：2111)根据VDES系统参数，对于所述的船舶shipi，分别计算2112)对于所有的计算结果，进行关于i的从大到小排序，即2113)根据的排序结果，选出前M个最大值所对应的船舶序号i；对选出的前M个对应序号的船舶shipi依次重新进行编号，分别编号为ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM，其中1≤M≤L；如果后续的中继船舶不是采用放大再转发的方式，而是采用解码再转发的信号处理方式，则此时的中继船舶是选择能正确解码原信号的前M个最大值所对应的船舶序号i，也分别编号为ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM；212)按照上行中继船舶的选择结果来进行上行数据传输：将上行中继船舶的选择结果通过广播信道广播给选中的M只上行中继船舶ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM，然后在选中的中继船舶的帮助下进行从船舶A到卫星B的上行数据传输，具体包括以下步骤：2121)在第一个时隙，船舶A按照发送功率发送信号频率f1向卫星B发送数据，卫星B接收数据，与此同时船舶A按照发送功率发送信号频率f3向M只上行中继船舶ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM也发送同样的数据，M只上行中继船舶ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM接收数据；2122)在后续的M个时隙中，即在第二个时隙到第M+1个时隙中，上行中继船舶ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM先对接收的数据进行处理，然后再按照时分多址的方式将处理后的数据转发给卫星B，发送功率分别为发送信号频率均为f1，卫星B接收数据；所述的上行中继船舶ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM对接收的数据进行处理包括两种方式，一种是放大再转发方式，一种是解码再转发方式，可以根据系统需要选择其中的一种数据处理方式；所述的M只上行中继船舶ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM按照时分多址的方式转发数据，是指船舶ship_upselj占用第j+1个时隙发送数据，其中j∈{1,L,M}，ship_upselj∈{ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM}；2123)卫星B对第一个时隙到第M+1个时隙接收到的数据按照最大比合并的方法得到最终数据，完成一次从船舶A到卫星B的上行数据传输；22)从卫星B到船舶A的下行数据传输，具体包括以下步骤：221)下行中继船舶的选择；包括以下步骤：2211)根据VDES系统参数，对于船舶shipi，分别计算其中i∈{1,L,L}；2212)对于所有的计算结果，进行关于i的从大到小排序，即2213)对于的排序结果，选出前N只最大值所对应的船舶序号i，对选出的前N个对应序号的船舶依次进行编号，分别编号为ship_downsel1,ship_downsel2,Lship_downselN，其中1≤N≤L；如果后续的中继船舶shipi不是采用放大再转发的方式，而是采用解码再转发的信号处理方式，则此时的下行中继船舶ship_downsel1,ship_downsel2,Lship_do本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种VDES系统中基于船舶间协作的数据传输方法，该方法包括以下步骤：步骤一：VDES系统参数的设置：当船舶A与卫星B之间传输数据时，设船舶A的通信半径范围内有L只船舶，分别编号为ship1,ship2,L shipL，记为船舶shipi，其中i∈{1,2,L,L}；所述的船舶A和船舶shipi与所述的卫星B之间上行的通信频率为f1、下行的通信频率为f2；船舶A与船舶shipi、以及船舶shipi相互之间的通信频率为f3；船舶A到卫星B的上行信道系数为hA,B，卫星B到船舶A的下行信道系数为hB,A；船舶shipi到卫星B的上行信道系数为

【技术特征摘要】
1.一种VDES系统中基于船舶间协作的数据传输方法，该方法包括以下步骤：步骤一：VDES系统参数的设置：当船舶A与卫星B之间传输数据时，设船舶A的通信半径范围内有L只船舶，分别编号为ship1,ship2,LshipL，记为船舶shipi，其中i∈{1,2,L,L}；所述的船舶A和船舶shipi与所述的卫星B之间上行的通信频率为f1、下行的通信频率为f2；船舶A与船舶shipi、以及船舶shipi相互之间的通信频率为f3；船舶A到卫星B的上行信道系数为hA,B，卫星B到船舶A的下行信道系数为hB,A；船舶shipi到卫星B的上行信道系数为卫星B到船舶shipi的下行信道系数为船舶A到船舶shipi、船舶shipi到船舶A的信道系数分别为所有节点均采用半双工工作方式；步骤二：船舶A与卫星B进行基于船舶间协作的数据传输：包括从船舶A到卫星B的上行数据协作传输和从卫星B到船舶A的下行数据协作传输两种情况：21)从船舶A到卫星B的上行数据协作传输包括以下步骤：211)上行中继船舶的选择；包括以下步骤：2111)根据VDES系统参数，对于所述的船舶shipi，分别计算2112)对于所有的计算结果，进行关于i的从大到小排序，即2113)根据的排序结果，选出前M个最大值所对应的船舶序号i；对选出的前M个对应序号的船舶shipi依次重新进行编号，分别编号为ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM，其中1≤M≤L；如果后续的中继船舶不是采用放大再转发的方式，而是采用解码再转发的信号处理方式，则此时的中继船舶是选择能正确解码原信号的前M个最大值所对应的船舶序号i，也分别编号为ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM；212)按照上行中继船舶的选择结果来进行上行数据传输：将上行中继船舶的选择结果通过广播信道广播给选中的M只上行中继船舶ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM，然后在选中的中继船舶的帮助下进行从船舶A到卫星B的上行数据传输，具体包括以下步骤：2121)在第一个时隙，船舶A按照发送功率发送信号频率f1向卫星B发送数据，卫星B接收数据，与此同时船舶A按照发送功率发送信号频率f3向M只上行中继船舶ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM也发送同样的数据，M只上行中继船舶ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM接收数据；2122)在后续的M个时隙中，即在第二个时隙到第M+1个时隙中，上行中继船舶ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM先对接收的数据进行处理，然后再按照时分多址的方式将处理后的数据转发给卫星B，发送功率分别为发送信号频率均为f1，卫星B接收数据；所述的上行中继船舶ship_upsel1,ship_upsel2,Lship_upselM对接收的数据进行处理包括两种方式，一种是放大再转发方式，一种是解码再转发方式，可以根据系统需要选择其中的一种数据处理方式；所述的M只上行中继船舶sh...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪星，丁大为，智慧，张红伟，
申请(专利权)人：山东星通易航通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37