通信时间和数据吞吐量-海洋智能无人系统技术

通信系统另一个很重要的考量是可用数据带宽。在本文，数据带宽指的是在一个给定的时长内，可通过系统传输的数据量（包括上行链路和下行链路）。通信系统必须满足有效载荷的数据带宽需求，否则有效载荷产生的数据量将超过下行链路的容量。轨道高度，最小可用仰角以及比特传输率都会影响数据带宽。表19.1给出了几个最小可用仰角和数据传输率下的平均每日可用通信时间和数据带宽。它是针对ION的指定轨道和UIUC地面站，采用STK卫星仿真软件生成的。地面站位于海拔高度715 m的地方，且有清晰的视野。它给出了在链路效率为100%（没有丢包，也没有协议开销）的假设下，平均每天的数据带宽。表格显示了一个半双工系统一天内上行链路和下行链路传输的数据总量。

表19.1　吞吐率与仰角的关系

(www.xing528.com)

仿真结果表明，在大于20°最小仰角，并采用1 200 bps传输率的情况下，ION的数据带宽下降至有效载荷和遥测数据所要求的低于75 kbpd的要求。采用10°的最小仰角将在每日带宽中产生58%的余量，这一余量可以用于数据丢包和通信协议开销。数据带宽随着角度在0°和10°范围之间以大约62%的比例急速下降，每超过该范围10°将以大约50%的比例急速下降。这似乎令人惊讶，但这是因为，从地面站看到的LEO卫星大部分都以低仰角通过。此外，有些卫星可能以不超过卫星最小仰角的角度通过从而完全消失。因此，在最小可用仰角和数据传输率之间存在一个平衡，以获得每天所需的数据带宽。仰角随时间变化的图19.1显示了ION在过顶的过程中有89%的时间处在60°以下的仰角，有69%的时间处在30°以下的仰角。卫星过顶也意味着可能有最长的通信窗口，对ION轨道而言，过顶总共持续了716 s。