T/ZGCSC 001-2025 低轨卫星高性能混合自动重传技术要求

以下是对团体标准《T/ZGCSC 001-2025 低轨卫星高性能混合自动重传技术要求》主要内容的详细总结：

​​一、核心目标​​

规范适用于​​低轨卫星（200-2000km轨道高度）​​ 的高性能混合自动重传（HARQ）技术，通过结合前向纠错（FEC）和自动重传请求（ARQ），在链路拥塞、高误码率等复杂场景下实现​​低丢包率​​和​​高效资源利用​​。

​​二、关键技术架构​​

​​1. 总体架构​​

• ​​单链路模式​​：卫星与地面单链路传输。
• ​​多链路模式​​：卫星通过多条链路并行传输（提升可靠性与效率）。
• ​​核心创新​​：
  • ​​缓解拥塞的调度控制​​：动态调节HARQ进程数或切换链路。
  • ​​分层重传技术​​：按数据优先级/链路质量分层传输。

​​2. 处理流程​​

1. ​​拥塞调度​​：监测网络状态，动态调整HARQ进程数（单链路）或切换优质链路（多链路）。
2. ​​信道编码​​：采用LDPC码（遵循3GPP TS 38.212）。
3. ​​调制​​：16QAM调制 + OFDM多载波调制。
4. ​​信道模拟​​：NTN TDL信道（遵循3GPP TR 38.811）。
5. ​​多普勒补偿​​：消除卫星高速运动的频移（公式计算频偏并相位校正）。
6. ​​接收端处理​​：
   • OFDM解调 → 信道估计与补偿 → 16QAM解调 → LDPC译码（归一化最小和算法）。
7. ​​反馈与重传​​：
   • 成功解码：返回ACK；失败：返回NACK。
   • 分层重传：优先重传高优先级数据包，多链路下优先选择低丢包率链路。

​​三、具体技术要求​​

​​1. HARQ核心技术​​

• ​​机制​​：FEC（LDPC） + ARQ（CRC检错 + 增量冗余重传）。
• ​​进程管理​​：支持最多16个并行HARQ进程，动态分配资源。
• ​​缓冲管理​​：接收端缓存未成功数据，等待冗余版本合并解码。

​​2. 信道编码与译码​​

• ​​编码​​：
  • 数据包分割为4个传输块（含有效载荷 + CRC）。
  • CRC长度：有效载荷 > 3824时用24位，否则16位。
  • LDPC基图选择（BG#1/BG#2） + 速率匹配。
• ​​译码​​：归一化最小和算法。

​​3. 调制与解调​​

• ​​调制方式​​：16QAM（4比特→1复符号） + OFDM多载波调制。
• ​​解调​​：
  • OFDM解调生成资源网格矩阵。
  • 16QAM解调通过星座图实时监测信号质量（见图4）。

​​4. 多普勒频移补偿​​

• ​​计算时间向量​​：基于采样数和频率（公式：t_1 = n / f_s）。
• ​​频偏估计​​：卫星速度、仰角、载波频率等参数计算（公式：f_{dsat} = /frac{v_{sat}}{c} /cdot /frac{R}{R+h} /cos(/alpha) /cdot f_c）。
• ​​相位校正​​：/text{outwave} = /text{inwave} /cdot e^{j /cdot 2/pi /cdot (-f_{dsat}) /cdot t_1}。
• ​​动态触发​​：频偏移超过阈值时自动补偿。

​​5. 信道估计与补偿​​

• ​​预编码矩阵​​：根据信道估计动态调整，优化信号传输。
• ​​DMRS配置​​：
  • 增加额外DMRS位置提升估计精度。
  • 类型1（长度2符号）实现更精确估计。
• ​​信道补偿​​：基于估计结果均衡信号（示例见图5，子载波增益可视化）。

​​6. 拥塞控制​​

• ​​单链路策略​​：
  • ​​乘性减量​​：拥塞时HARQ进程数减半（最低至1）。
  • ​​加性增量​​：拥塞解除后逐步增加进程数（<5时倍增，≥5时线性增）。
  • ​​优先级调度​​：数据包分4级优先级，同级内轮转调度。
• ​​多链路策略​​：
  • 初始选择丢包率最低链路；拥塞时切换至次优且无拥塞链路。

​​7. 分层重传​​

• ​​数据包分层​​：按业务重要性分为4级优先级（高优先级优先重传）。
• ​​链路分层​​：多链路下按丢包率排序，优质链路传重要数据。
• ​​多链路选择算法​​：
  1. 周期内用N个检测包测试各链路丢包率（/text{PLR} = N_{/text{loss}} / N_{/text{total}}）。
  2. 选PLR最低链路重传丢失包 + 传输新数据包（M个）。

​​四、测试规范​​

​​1. 测试环境​​

• ​​工具​​：MATLAB R2023a（5G工具箱、卫星通信工具箱）。
• ​​天线配置​​：发端2天线，收端4天线。
• ​​通用参数​​：
  • 载波频率：2 GHz
  • 卫星高度：600 km
  • 终端移动速度：3000 m/h

​​2. 信道参数​​

• 信道模型：NTN-TDL-A（时延扩展30ns，瑞利衰落）。
• MIMO相关性：低相关性 + 同极化。

​​3. 信噪比要求​​

• ​​单链路​​：
  • 固定SNR > 8 dB可保证丢包率 < 10%。
  • 动态范围：3–20 dB（不同传输时长要求见图6）。
• ​​多链路​​：
  • 4链路方案（示例SNR：6.8–7.7 dB）。
  • 动态调整下SNR > 6.79 dB可满足丢包率 < 10%（见图7）。

​​五、创新点总结​​

1. ​​高性能定义​​：
   • 拥塞控制 + 分层重传显著降低丢包率。
   • 多链路协同提升资源利用率。
2. ​​技术融合​​：
   • 5G NR标准（LDPC/OFDM）适配卫星场景。
   • 多普勒/信道补偿增强抗干扰能力。
3. ​​实用算法​​：
   • 动态HARQ进程调整（乘性减/加性增）。
   • 数据包/链路双维度分层优化重传效率。

​​附件​​：

• 图1（卫星通信架构）、图2（HARQ流程）、图4（16QAM星座图）、图5（信道增益）、图6-7（SNR-丢包率关系）为关键图示支撑。
• 公式(1)-(5)为多普勒补偿、丢包率计算等核心数学依据。