面向用户传输差异的低轨道地球卫星资源分配策略

低轨道地球卫星（LEO）上行链路通信场景下，针对不同用户对于高容量传输（HCT）和高可靠性传输（HRT）需求的差异性，对2种不同需求的用户进行频谱共享，建立HRT用户需求受限下的HCT用户总和容量最大化的资源分配模型，并联合用户功率和信道资源进行优化。基于信道衰减统计特性进行功率分配，以应对信道衰减的随机性带来的不确定性挑战，在功率分配的基础上，应用匈牙利算法对用户进行两两配对，共用同一信道。为了提升HCT用户的公平性，将最小遍历容量的最大化纳入优化目标，并在已有算法基础上引入一个平衡矩阵进行求解。仿真结果表明，相较于其他几种算法，所提算法在相同HRT用户中断概率下，HCT用户的总和容量最高，改进后算法在提升HCT用户公平性和鲁棒性上也有显著效果。     

MIMO场景下的低轨卫星选星算法

低轨(LEO)宽带星座卫星通信作为地面5G无线通信系统的重要补充,始终面临地面可视卫星数量大、传统选星算法计算复杂度高等难题。为实现高效的卫星分组选择算法,基于多输入多输出(MIMO)系统原理,以大尺度路径损耗模型为基础,结合递减卫星选择算法,从而以较低计算复杂度、更快收敛速度有效逼近最优容量性能。该算法在典型LEO星座系统构型下通过数值仿真得到了验证,为未来5G低轨卫星星座通信传输方案设计提供了一种参考思路。     

静止通信卫星的发展趋向

要降低卫星手机发射信道EIRP和接收信道G／T值,势必增大卫星的接收信道G／T和发射信道EIRP值,如要实现卫星通信手机与地面通信手机“无差异”目标,据粗略分析需成倍提高卫星的G／T和发射信道EIRP,也就是要大幅度增大卫星天线口径和发射功率。这就需要更大的卫星来实现。     

一种低轨卫星通信的定时提前计算方法

低轨(LEO)卫星网络作为地面网络的重要补充,是未来天地一体化网络的重要组成部分。由于LEO卫星的高移动速度以及星地通信的大传播距离造成了高传播时延,因此需要新的针对LEO卫星星地通信背景的上行链路的定时提前量(TA)的计算策略。本文基于LEO卫星的星地通信场景,介绍了TA及其在协议中的规定,并针对LEO卫星的特点,提出一种LEO卫星通信的定时提前计算方法。通过仿真分析验证了所提方案的有效性,为LEO卫星星地通信系统的设计提供了参考。     

RIS辅助卫星物联网中基于压缩感知的SCMA信号重构

卫星物联网是未来6G网络重要组成部分,在地面部署可重构智能反射面（Reconfigurable Intelligence Surface, RIS）则能进一步增强天地之间信号的传输能力;然而海量设备的接入和检测,以及RIS的引入带来的较高复杂度,给系统设计与实现带来挑战。针对卫星物联网设备和业务稀疏特性,本文提出了一种基于压缩感知的信号重构算法,旨在提高系统的接入用户数和检测成功率,同时降低检测的复杂度。首先,介绍了RIS辅助的卫星物联网系统架构,构建了天地信道模型和星上接收信号模型。然后考虑到卫星物联网地面终端的稀疏性和业务的稀疏性,结合稀疏码分多址（Sparse Code Multiple Access,SCMA）和压缩感知的信号处理方法,通过合理设计SCMA中的稀疏码字,将多用户检测转化为压缩感知理论中的信号重构。最后提出了一种演进的近似消息传播算法（Evolved Approximate Message-Passing,EAMP）来实现压缩感知中的信号重构。仿真结果表明,RIS辅助的SCMA系统与功率域的非正交多址接入技术相比可以提高系统的吞吐量性能,同时EAMP算法相比传统的SIC算法具有更高的正确检测概率和更低的算法复杂度。      

面向低轨卫星的星地信道特性研究与仿真

随着5G的应用与6G的研究,构建空天地一体化网络已经成为未来通信系统的发展方向。低轨(Low Earth Orbit,LEO)卫星网络可以提供大容量、低时延、广覆盖的通信能力,是未来天基网络的重要组成部分。然而星地信道传播距离长,电磁环境复杂,其传播特性与地面蜂窝网络有着很大不同。介绍了目前低轨卫星关于星地链路信道的标准化进展,分析了影响星地链路信道特性的因素及计算方法。在仿真平台上利用Starlink卫星数据对星地链路传播中的各种损耗进行了仿真,为低轨卫星星地链路设计提供了参考。     

基于能量效率的分布式星群下行链路功率分配方法研究

针对多波束卫星通信系统星上资源稀缺和能量利用效率不高的问题,本文提出了分布式星群网络下行链路中兼顾系统功耗和数据速率的功率分配方法,通过合理的资源分配来优化系统的能量效率.首先建立分布式星群功率分配模型,将复杂的分式问题转化为易于求解的减法形式问题,然后基于凸优化理论,提出功耗-数据速率权衡功率分配算法,并讨论了能量效率（energy efficiency）与频谱效率（spectral efficiency）之间的权衡关系.仿真结果验证了提出算法的有效性和EE-SE权衡关系,并分析了电路功耗对系统性能的影响.     

国产嵌入式系统在卫星通信设备中的应用

近年来,随着我国在卫星通信系统领域的研究越发深化,有效促使了天通一号卫星的成功发射,这意味着我国拥有了属于自己的商用卫星移动通信系统。随着社会的持续创新发展,卫星通信和人们生活的关联性越来越强,对于将来的6G通信系统而言,卫星通信更是有着无可替代的作用。卫星通信系统主要由通信终端和信道设备以及运控系统等诸多设备构成。其中,信道设备是最为核心的设备之一,而嵌入式系统便是信道设备中的重要构成。基于此,针对国产嵌入式系统在卫星通信设备中的应用展开探究极为必要,不仅能够提升国产嵌入式系统的应用效率,同时对相关领域的探究也有着积极的促进作用。     

LEO星地Wi-Fi方案设计与验证

低轨(LEO)卫星到地面之间的无线保真(Wi-Fi)通信系统当前已经获得了广泛关注.针对LEO卫星信道的高误码、长时延等特点,采用导频插入、选择重传、帧聚合等方法对IEEE802.11 g进行改进,并在开放式无线接入研究平台(WARP)v3上完成了改进方案的设计.对改进后方案的多普勒频偏性能、远距离传输速率以及高速移动条件下的传输速率等系统性能进行测试的结果表明,改进后方案在复杂信道环境下可以获得比商业Wi-Fi更好的系统性能.通过模拟验证改进方案的系统性能,证明了基于LEO卫星的Wi-Fi卫星通信系统的可实现性.     

多无人机辅助通信中用户匹配与频谱资源联合优化方法

针对多无人机作为空中基站为地面设备提供临时服务的动态频谱分配问题，主要考虑无人机与地面用户匹配、子信道分配和功率分配三个方面。为了保证用户通信的公平性，在考虑频谱复用和共信道干扰的情况下，以最大化地面用户最小传输速率为目标，提出了一种用户匹配与频谱资源联合优化算法来解决上述混合整数非线性优化问题，通过聚类算法优化无人机与地面用户的最佳匹配，通过块坐标下降法迭代优化子信道分配和功率分配。仿真实验分析表明，提出的求解方法可以有效提升用户的传输速率，保证用户通信公平性。     

可重构全息超表面辅助卫星通信关键技术

超密集低地球轨道卫星通信网络能弥补传统地面网络频谱资源稀缺、覆盖范围有限的不足,有潜力提供全球大规模接入的高速率服务。由于卫星的高速移动性,卫星通信对天线性能,如波束控制能力和天线增益等,也提出了更为严苛的要求。因此,对一种新型的超材料天线——可重构全息超表面（reconfigurable holographic surface,RHS）辅助卫星通信展开了研究。RHS采用全息原理对超材料单元进行电控,从而实现波束成形。基于 RHS 的硬件结构和全息工作原理,提出了一种 RHS 辅助多卫星通信方案,该方案同时考虑卫星跟踪和数据传输。同时,设计了全息波束成形优化算法以最大化和速率。仿真结果验证了所提方案的有效性并表明了相较于传统相控阵天线,RHS提供了一种成本效益更高的卫星通信支持方式。     

面向手机直连的低轨卫星通信：关键技术、发展现状与未来展望全文替换

为满足全时、全域通信需求,低轨卫星通信将成为6G的重要组成部分。通过对地面移动通信协议体制进行适应性改进,低轨卫星可为地面移动手机终端提供直连服务。介绍了面向手机直连的低轨卫星通信关键技术和商业项目发展现状,探讨了未来需解决的关键问题和潜在技术途径。     

基于5G技术的低轨卫星物联网技术

基于5G技术的低轨卫星物联网融合了地面5G技术灵活有效与低轨卫星网络广域覆盖的优势,是实现全球海量物联终端广域连续性泛在接入的必然选择。针对地面5G技术与低轨卫星物联网的融合,对低轨卫星物联网的组成和演进进行了全面概述,论述了技术体制的发展方向;针对低轨卫星物联网信道特性,对多普勒频移补偿技术、低轨卫星长时延信道补偿、卫星物联网随机接入等保证传输时效性和可靠性必须要解决的关键技术进行了适应性分析和设计,为未来低轨卫星物联网的发展提供支撑。     

Q-Win – A New Admission and Handoff Management Scheme for Multimedia LEO Satellite Networks

Low Earth Orbit (LEO) satellite networks are deployed as an enhancement to terrestrial wireless networks in order to provide broadband services to users regardless of their location. In addition to global coverage, these satellite systems support communications with hand-held devices and offer low cost-per-minute access cost, making them promising platform for Personal Communication Services (PCS). LEO satellites are expected to support multimedia traffic and to provide their users with the negotiated Quality of Service (QoS). However, the limited bandwidth of the satellite channel, satellite rotation around the Earth and mobility of end-users makes QoS provisioning and mobility management a challenging task. One important mobility problem is the intra-satellite handoff management. The main contribution of this work is to propose Q-Win, a novel call admission and handoff management scheme for LEO satellite networks. A key ingredient in our scheme is a companion predictive bandwidth allocation strategy that exploits the topology of the network and contributes to maintaining high bandwidth utilization. Our bandwidth allocation scheme is specifically tailored to meet the QoS needs of multimedia connections. The performance of Q-Win is compared to that of two recent schemes proposed in the literature. Simulation results show that our scheme offers low call dropping probability, providing for reliable handoff of on-going calls, good call blocking probability for new call requests, while maintaining bandwidth utilization high.     

面向低轨通信星座的导航定位方法比对研究

当前基于低轨卫星的导航定位方法研究成为国内外热点,其中基于低轨通信卫星的导航定位技术更是当前研究的重点方向。然而低轨通信星座较低的时空基准精度给导航定位带来了较大的挑战,针对弱时空基准约束的低轨卫星导航定位体制设计还处在研究的初级阶段。本文针对低轨通信星座的导航定位服务需求,基于LEO通信卫星的伪码测距信号与多普勒测频信号,开展精度因子（Dilution of Precision,DOP）及定位精度均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）分析,并对两类测量体制下的低轨通信星座导航定位服务性能进行分析论证。理论分析与仿真结果表明,在设定低轨通信卫星10 m～30 m弱时空基准误差的约束下,多普勒测频体制具有更优的导航定位精度,其周期平滑后的三维RMSE值为1.28 m,相比伪码测距体制下的三维RMSE值优化了86.8%;二维RMSE值为0.99 m,相比于伪码测距体制提升了52.9%。本文提出了一种较为可靠的低轨通信星座多普勒定位方案,为未来低轨通信卫星用于导航定位服务提供了有益参考。     

A model for the handover traffic in low earth-orbiting (LEO) satellite networks for personal communications

The spectacular growth of cellular telephone networks has demonstrated the demand for personal communications. Communication systems based on low earth orbit (LEO) constellations of satellites seem to be an adequate approach to achieve a world-wide network. When defining the capacity in terms of satellite circuits, the network designer has to take into account the handover traffic. Unfortunately, in a LEO communication network where handover is most often due to the network nodes motion, handover traffic models for terrestrial cellular networks cannot be used. Hence specific models must be developed. This paper proposes an analytical model for the handover in LEO satellite networks. This model is applied to different network configurations and compared to discrete-time simulations. Simulation results agree with those obtained from the analytical model.     

Development of Wi-Fi Based Home Energy Monitoring System for Green Internet of Things

Green Internet of things (IoT) has been heralded as the next big thing waiting to be realized in energy-efficient ubiquitous computing. Green IoT revolves around increased machine-to-machine communications and encompasses energy-efficient wireless embedded sensors and actuators that assist in monitoring and controlling home appliances. Energy efficiency in home applications can be achieved by better monitoring of the specific energy consumption by the appliances. There are many wireless standards that can be adopted for the design of such embedded devices in IoT. These communication technologies cater to different requirements and are classified as the short-range and long-range ones. To select the best communication method, this paper surveys various IoT communication technologies and discusses the advantages and disadvantages to develop an energy monitoring system. An IoT device based on the Wi-Fi technology system is developed and tested for usage in the home energy monitoring environment. The performance of this system is then evaluated by the measurement of power consumption metrics. In the efficient deep-sleep mode, the system saves up to 0.3 W per cycle with an average power dissipation of less than 0.1 W/s.     

Interference considerations in frequency sharing between low earth orbit satellites and the geostationary fixed satellite and terrestrial service

Recently many companies and consortia have considered launching LEO satellites for such projects as remote sensing, transportation and mining operations. When the multiple low Earth orbit (LEO) satellites are transmitting they can interfere with existing terrestrial microwave and satellite earth-stations in the fixed and mobile service. The interference problem is related to the number of proposed LEOs and the altitude and consequently the time to orbit the earth. These systems usually consist of many small satellites, and each satellite stays in the beam of a terrestrial station for up to 72 seconds in each 222 minute orbit. Earth coverage could be obtained by 48 (LEO) satellites 1500 km above the earth in polar orbit, and hence at least one LEO would always be interfering with terrestrial networks. A technical evaluation would then be required to determine the resultant BER (bit error rate) effecting existing terrestrial services. A determination can then be made to support such a LEO system or object via official channels such as the ITU.