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UAT2数据链状态位图时隙分配与监视性能研究

汤新民 汤盛家 文旌宇 顾俊伟

汤新民, 汤盛家, 文旌宇, 顾俊伟. UAT2数据链状态位图时隙分配与监视性能研究[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT250251
引用本文: 汤新民, 汤盛家, 文旌宇, 顾俊伟. UAT2数据链状态位图时隙分配与监视性能研究[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT250251
TANG Xinmin, TANG Shengjia, WEN Jingyu, GU Junwei. Study on Time Slot Allocation and Monitoring Performance of UAT2 Data Link Status Bitmap[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT250251
Citation: TANG Xinmin, TANG Shengjia, WEN Jingyu, GU Junwei. Study on Time Slot Allocation and Monitoring Performance of UAT2 Data Link Status Bitmap[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT250251

UAT2数据链状态位图时隙分配与监视性能研究

doi: 10.11999/JEIT250251 cstr: 32379.14.JEIT250251
基金项目: 国家自然科学基金(52072174), 高端外国专家引进计划(G2023202003L), 天津市科技计划项目(24JCZDJC00090)
详细信息
    作者简介:

    汤新民:男,教授,研究方向为智能网联交通控制工程、空地协同航空监视、先进场面引导与控制、无人机自主感知与避让

    汤盛家:男,硕士生,研究方向为无人机通信链路

    文旌宇:男,硕士生,研究方向为空管智能化技术

    顾俊伟:男,博士生,研究方向为先进场面活动引导与控制系统

    通讯作者:

    汤新民 tangxinmin@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: V355.1; TN919

Study on Time Slot Allocation and Monitoring Performance of UAT2 Data Link Status Bitmap

Funds: The National Natural Science Foundation of China (5207217), The High-level Foreign Expert Introduction Program(G2023202003L), Tianjin Science and Technology Plan Project (24JCZDJC00090)
  • 摘要: 随着城市空中交通(UAM)概念的提出,为应对可预见的未来该场景下飞行器数量激增,迫切需要研究第2代通用接入收发器(UAT2)数据链的时隙分配算法以获得更大的监视容量。该文以UAT2数据链为研究对象,围绕下行报文的时隙分配管理,分析原始时隙分配算法及局限性。根据报文特性,提出基于状态位图并引入随机漂移机制的改进时隙分配算法。此外,研究提出3种时隙数目扩充传输方案并建立监视容量计算模型,最后对各传输方案在不同时隙分配情况下的性能表现进行仿真分析。结果表明所提优化时隙分配算法在各传输方案达到最大监视容量时,较原始算法报文时隙碰撞概率减小16.14%,时隙使用率提升16.13%,较固定时间窗实时动态时隙分配算法报文时隙碰撞概率减小9.36%,时隙使用率提高10.48%,使得监视容量均有显著提升。
  • 图  1  UAT帧结构图

    图  2  随机算法下飞行器数量与时隙碰撞概率关系曲线

    图  3  基于状态位图的时隙分配算法工作原理示意

    图  4  隐藏站示意图

    图  5  基于状态位图的时隙分配算法仿真流程

    图  6  未扩容时隙分配仿真结果

    图  7  载波频差/调制指数恒定方案时隙分配仿真结果

    图  9  8CPFSK方案时隙分配仿真结果

    图  8  4CPFSK方案时隙分配仿真结果

    图  10  各算法用时对比图

    图  11  各时隙扩充方案误码性能仿真图

    图  12  各传输方案在不同时隙利用情况下的监视容量值

    表  1  3种时隙数量扩充方案参数

    方案MCPFSK扩充调制指数恒定载波频差恒定
    原理将码元信号增大为M进制,
    携带更多信息
    调制指数不变的情况下适当
    增加调制速率
    载波频差不变的情况下
    适当增加调制速率
    消息速率(Mbps)2.08(M=4)/ 3.125(M=8)1.251.25
    时隙大小(μs)140(4)/90(8)230230
    时隙总数5714(4)/8880(8)34783478
    下载: 导出CSV

    表  2  各扩充方案等效时隙数量

    方案4CPFSK8CPFSK调制指数恒定载波频差恒定
    “等效时隙”数3170493019301930
    下载: 导出CSV

    表  3  各方案在两种算法下的监视容量和时隙利用情况

    方案 理想监视
    容量值
    基于位置的伪随机原始
    时隙分配算法
    基于固定时间窗和实时
    动态时隙分配算法
    基于状态位图的优化
    时隙分配算法
    时隙碰撞
    概率(%)
    监视
    容量
    时隙使用
    率(%)
    时隙碰撞
    概率(%)
    监视容量 时隙使用
    率(%)
    时隙碰撞
    概率(%)
    监视容量 时隙使用
    率(%)
    原始传输方案 1639 35.75 1053 61.88 29.77 1151 67.52 18.97 1328 78.00
    调制指数恒定方案
    (Rb=1.25 Mbps)
    1916 36.53 1216 62.95 29.80 1345 68.59 20.35 1526 79.07
    载波频差恒定方案(h=0.5) 1917 36.57 1216 62.95 29.84 1345 68.59 20.34 1527 79.07
    4CPFSK扩充方案 3168 36.80 2002 63.22 30.02 2217 68.86 20.61 2515 79.34
    8CPFSK扩充方案 4937 36.88% 3116 63.24% 30.10% 3451 68.89% 20.74% 3913 79.37%
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-04-09
  • 修回日期:  2025-07-30
  • 网络出版日期:  2025-08-27

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