本发明涉及一种中心站发送通道调度方法，尤其是一种根据用户站的空间位置，逐包调度中心站发送通道，调整发送通道点波束天线指向，实现中心站与用户站之间点对点空分通信的方法，属通信技术领域。
背景技术：
随着人类社会对地面移动通信、空间通信和卫星通信需求的不断增加，无线频率资源越来越紧张。充分利用有限的频率资源，获取最大的通信容量，是无线通信技术发展的方向。
近年来，随着智能天线技术的发展，空分通信获得越来越多的研究和应用。空分通信根据应用方式的不同，分为空分复用(spacedivisionmultiplexing,sdm)和空分多址(spacedivisionmultipleaccess,sdma)。sdm是利用空间分割构成不同信道的多路复用方式。sdma是根据用户的空间位置区分每个用户的多址接入方式。sdm和sdma可以实现处于不同位置的用户在同一时间使用同一频率通信而不会相互干扰，从而显著提高通信系统的容量。
目前空分通信主要应用方式是多波束并行系统，即中心站用频率相同的多个并行窄波束覆盖整个用户区，而不是传统tdm/tdma系统(以下简称td系统)用1个宽波束覆盖整个用户区。
为发挥空分通信的最大潜能，实现频率资源的充分利用，专利201610471412.2提出一种基于点波束天线指向实时调整的sdm/sdma通信方法，特别是点波束天线指向基于用户站位置逐包调整的sdm/sdma通信方法，使无线通信系统的容量，得到极大的提升。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种sdm/sdma中心站发送通道逐包调度方法，它在每个数据包发送前，根据中心站各发送通道的工作状态、用户站的工作状态、用户站的地理位置，为数据包分配发送通道和发送时隙，调整发送通道天线指向，从而实现基于单个数据包和单个用户站的空分复用点对点通信。
本发明的特征在于该方法包括初始化和运行两个阶段，运行阶段又包括3个并行运行的进程，数据接收进程，通道分配进程和数据发送进程，所述各阶段和进程依次具有以下步骤：
a、初始化阶段：对系统运行状态进行初始化设置；
步骤a1、关闭所有发送通道，所有发送通信天线指向调整至初始位置，所有发送通道工作状态设置为“闲”，所有发送通道数据缓存单元清零，所有用户站接收时隙分配表中的所有时隙都标记为“闲”。
b、系统运行阶段：为数据包分配发送通道和发送时刻，调整天线指向至用户站所在位置，在分配的发送时刻发送数据包；
b1：数据接收进程：将需要通过中心站转发的数据包存入调度缓冲区；
步骤b1.1、中心站接收需要向用户站转发的数据包；
步骤b1.2、中心站根据预先设定的优先排队策略，将数据包插入调度缓冲区的发送队列，排队等待接入发送通道，如果缓冲区满或队列长度达到最大值，就丢弃该数据包；
b2：通道分配进程：为发送队列中的数据包逐个分配发送通道；
b2.1、查询发送通道工作状态，随机选取1个状态为“闲”的通道，如果所有通道状态都为“忙”，则继续查询，直到出现状态为“闲”的通道；
b2.2、将步骤b2.1选取的通道的状态设置为“忙”；
b2.3、查询发送队列，将队列最前端的数据包输出至步骤b2.1选取的发送通道的发送缓存单元，如果发送队列为空，则继续查询，直到队列中有数据包等待发送；
b2.5、重复步骤b2.1，b2.2，b2.3，依次将发送队列中的数据包输出至发送通道的发送缓存单元；
b3：数据发送进程：调整发送通道天线指向至用户站所在位置，将数据包发送给接收用户站；
b3.1、检测发送通道的发送缓存单元，读取要发送的数据包，如果发送缓存单元为“空”，则继续检测；
b3.2、解析从发送缓存单元调取的数据包的目的地址；
b3.3、根据数据包的目的地址，查询接收该数据包的用户站的接收时隙分配表，获取最近的空闲时隙的开始时刻t，如果t减去与当前时间值大于超时时间h，则丢弃该数据包,执行步骤b3.9；如果t减去与当前时间值大于等于p，将t设置为发送时刻，并在时隙分配表中，将该用户站t时刻开始的时隙标记为“忙”；如果t减去与当前时间值小于p，将t+kt时刻设置为发送时刻，并在时隙分配表中，将该用户站以t，t+t，…，t+kt时刻开始的时隙,都标记为“忙”；
b3.4、将数据包封装进一个突发帧，等待发送；
b3.5、根据数据包的目的地址，查询用户站地理位置信息表，获取该用户站的地理位置信息；
b3.6、根据步骤3.5获取的用户站地理位置信息，计算发送通道天线的指向参数；
b3.7、根据步骤3.6计算的天线的指向参数，调整发送通道天线指向，使其信号波束指向步骤b3.2目的地址对应的用户站所在的位置；
b3.8、在步骤b3.3设置的发送时刻，对步骤b3.4的突发帧进行调制、功率放大和发送；
b3.9、清空发送缓存单元，将发送通道工作状态设置为“闲”；
b3.10、重复步骤b3.1至3.9。
上述方法中，b3为一个发送通道的工作进程；
上述方法中，中心站有1个b1进程，1个b2进程，多个b3进程；
上述方法中，多个b3进程并行运行；
上述方法中,数据包长度为设定值；
上述方法中，p为设定值,p的值大于执行步骤b3.4至b3.7所需的时间；
上述方法中，超时时间h为设计值，h大于p；
上述方法中，时隙长度t为发送通道传输1个突发帧的时间，
上述方法中，k为使t+kt减当前时刻大于p的最小整数值；
上述方法中，中心站存储用户站地理位置信息表，该表包含所有用户站当前所处位置的经度、纬度和海拔高度；
上述方法中，中心站存储所有用户站接收时隙分配表；
上述方法中，中心站每个发送通道发射机、天线配置相同，载波中心频率、占用带宽和信息速率相同。
本发明在中国专利201610471412.2的基础上，提出一种sdm/sdma中心站发送通道的调度方法，通过调度中心站的多个发送通道，实时调整发送天线指向，实现基于单个数据包和单个用户站的空分复用点对点通信。具有以下优点：
1、由于中心站在发送每个数据包之前，都根据接收数据包的用户站的地理位置信息调整天线指向，因此天线波束只需覆盖1个用户，
2、使用覆盖1个用户所在位置的的极窄波束天线，可极大提高空分复用效率，提高系统通信容量；
3、极窄波束天线将发射功率集中在较小区域，可节省发射功率，或提高信息速率。
4、由于中心站天线指向逐包调整，因此通信信号不需要实时覆盖全部通信区域，也能实现通信区域内任意地点用户的实时通信。
附图说明
图1.sdm/sdma中心站发送通道逐包调度方法示意图。
图2.本发明突发帧结构。
图3.本发明通道分配进程流程图。
图4.本发明数据发送进程行流程图。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明sdm/sdma中心站发送通道逐包调度方法的典型应用是无线通信网络中，中心站至用户站的下行通信传输。如图1所示。图1中，中心站配备n条发送通道，每个发送通道有1个发送缓存单元，1台发射机和1个点波束天线。需要中心站转发的数据包首先进行入数据缓存与排队模块，按预先设定的优先排队策略，排队等待接入发送通道。发送通道调度模块逐个提取数据缓存与排队模块的数据包，为提取的数据包分配发送通道。发送通道调度模块将数据包调入选定的发送通道的发送缓存单元，发送时间控制模块根据用户站接时隙分配情况，为数据包分配发送时隙，并控制数据包的发送时间，天线指向控制模块根据用户站的地理位置信息，计算点波束天线指向，并在发送时刻开始前，将点波束天线指向调整至接收数据包的用户站所在的位置；发射机在分配的发送时刻，发送数据给用户站。
本发明设数据包超时时间为h，中心站完成一个通道突发帧封装、用户站地理位置查询、天线指向计算和天线指向调整的时间为p，中心站每个发送通道发送一个突发帧的时间为t,如果当前时刻为t0,用户数据包最近发送时刻为t1,发送时刻t的取值如下：
如果t1-t0≥h，丢弃数据包；
如p≤t1-t0<h,则t＝t1；
如t1-t0<p,则t＝t1+kt,k为使t-t0≥p的最小整数。
本发明中心站用突发帧向用户站传输数据，突发帧结构如图2所示，由同步字、独特字、控制字和数据包组成。数据包即用户站接收的需要向用户转发的数据包。
1.一种sdm/sdma中心站发送通道逐包调度方法，其特征在于，所述的方法为：为需要通过中心站数据包分配发送通道和发送时刻，调整天线指向至用户站所在位置，在分配的发送时刻发送数据包。
2.如权利要求1所述的sdm/sdma中心站发送通道逐包调度方法，其特征在于，所述的方法具体为：
21：将需要通过中心站转发的数据包存入调度缓冲区的发送队列；
22：为发送队列中的数据包逐个分配发送通道；
23：调整发送通道天线指向至用户站所在位置，将数据包发送给接收用户站。
3.如权利要求1所述的sdm/sdma中心站发送通道逐包调度方法，其特征在于，所述的步骤23具体为：
3.1、检测发送通道的发送缓存单元，读取要发送的数据包，如果发送缓存单元为“空”，则继续检测；
3.2、解析从发送缓存单元调取的数据包的目的地址；
3.3、根据数据包的目的地址，查询接收该数据包的用户站的接收时隙分配表，获取最近的空闲时隙的开始时刻t，如果t减去与当前时间值大于超时时间h，则丢弃该数据包,执行步骤b3.9；如果t减去与当前时间值大于等于p，将t设置为发送时刻，并在时隙分配表中，将该用户站t时刻开始的时隙标记为“忙”；如果t减去与当前时间值小于p，将t+kt时刻设置为发送时刻，并在时隙分配表中，将该用户站以t，t+t，…，t+kt时刻开始的时隙,都标记为“忙”；
3.4、将数据包封装进一个突发帧，等待发送；
3.5、根据数据包的目的地址，查询用户站地理位置信息表，获取该用户站的地理位置信息；
3.6、根据步骤3.5获取的用户站地理位置信息，计算发送通道天线的指向参数；
3.7、根据步骤3.6计算的天线的指向参数，调整发送通道天线指向，使其信号波束指向步骤b3.2目的地址对应的用户站所在的位置；
3.8、在步骤3.3设置的发送时刻，对步骤3.4的突发帧进行调制、功率放大和发送；
3.9、清空发送缓存单元，将发送通道工作状态设置为“闲”；
3.10、重复步骤3.1至3.9；
其中，所述的p为设定值,p的值大于执行步骤3.4至3.7所需的时间；所述的超时时间h为设计值，h大于p；时隙长度t为发送通道传输1个突发帧的时间；k为使t+kt减当前时刻大于p的最小整数值。
4.如权利要求1所述的sdm/sdma中心站发送通道逐包调度方法，其特征在于，所述的步骤21具体为：
步骤b1.1、中心站接收需要向用户站转发的数据包；
步骤b1.2、中心站根据预先设定的优先排队策略，将数据包插入调度缓冲区的发送队列，排队等待接入发送通道，如果缓冲区满或队列长度达到最大值，就丢弃该数据包。
5.如权利要求1所述的sdm/sdma中心站发送通道逐包调度方法，其特征在于，所述的步骤22具体为：
b2.1、查询发送通道工作状态，随机选取1个状态为“闲”的通道，如果所有通道状态都为“忙”，则继续查询，直到出现状态为“闲”的通道；
b2.2、将步骤b2.1选取的通道的状态设置为“忙”；
b2.3、查询发送队列，将队列最前端的数据包输出至步骤b2.1选取的发送通道的发送缓存单元，如果发送队列为空，则继续查询，直到队列中有数据包等待发送；
b2.4、重复步骤b2.1，b2.2，b2.3，依次将发送队列中的数据包输出至发送通道的发送缓存单元。
6.如权利要求2所述的sdm/sdma中心站发送通道逐包调度方法，其特征在于，步骤23所述的进程为多进程并行运行。
7.如权利要求1所述的sdm/sdma中心站发送通道逐包调度方法，其特征在于，所述的中心站存储用户站地理位置信息表，该表包含所有用户站当前所处位置的经度、纬度和海拔高度。
8.如权利要求1所述的sdm/sdma中心站发送通道逐包调度方法，其特征在于，所述的中心站存储所有用户站接收时隙分配表。
9.如权利要求1所述的sdm/sdma中心站发送通道逐包调度方法，其特征在于，所述的中心站每个发送通道发射机、天线配置相同，载波中心频率、占用带宽和信息速率相同。
技术总结