中继卫星与用户航天器之间星间链路的研究

中继卫星在地球同步静止轨道上运行,既能直视中低轨道用户航天器,又能直视地面站,是沟通用户航天器与地面站的桥梁。如果考虑中继卫星星座,则中低轨道用户航天器基本上在中继卫星星座的覆盖范围内,因此只考虑单颗中继卫星与用户航天器之间的星间链路情形。中继卫星与中低轨道用户航天器之间的星间链路可以用中继卫星与用户航天器之间的时间窗口个数、平均时间窗口长度、最大和最小的时间窗口长度等参数描述。利用STK,采用模拟仿真的方法,分析了中继卫星与用户航天器之间的星间链路特性。     

星间链路天线指向建模与仿真分析

星间链路天线指向的分析在卫星通信中非常重要.为了深入研究天线指向特性从而改善星间链路以及轨道构型的设计,通过仿真方法实现了星间天线指向的建模与分析.在介绍天线参数基础上,分析了天线方向图和天线指向模型.根据卫星是否同轨道面或同轨道高度,区别描述了4种不同情况下的天线指向特性.基于HLA/RTI构建了卫星网络仿真环境,通过建立由MEO、LEO卫星和地面站构成的仿真场景,对MEO卫星间链路和LEo/地面站与MEO卫星间链路的天线指向特性进行仿真,得出轨内和轨间星间链路在天线指向特性方面的差异,并提出对星间链路设计的建议.     

星间链路监控的建模与仿真

卫星将是现代战场获取情报的主要来源.通过与数据中继卫星构建星间链路转发信息的方式,卫星可以实时传递战场情况.根据卫星轨道递推、卫星通信和实施链路监视的可行性原理,提出了一种星间链路监视模型,该模型通过对卫星轨道递推的仿真以及星间链路监视的几何构型要求,能够对可监视的目标卫星之间的星间链路进行时间预报和角度预报,为干扰和控制星间链路提供数据支持.还进一步论述了两种不同方式的轨道递推方法之间的结果差异,并就轨道递推精度对监视时间和卫星高低角方位角的影响进行了讨论.     

基于三层卫星网络的星间链路性能分析

星间链路性能分析是建立星间通信的基础。以包含GEO卫星、IGSO卫星和MEO卫星的三层卫星网络为例,仿真了三层卫星网络层间卫星星间距离的变化范围。在设定星间传输体制、链路参数、传输损耗等条件下,分别分析了该三层卫星网络的GEO-IGSO、GEO-MEO和IGSO-MEO三种链路在Ka频段和激光频段的性能。结果表明,在Ka频段,0.5m天线仅需5W的发射功率,可以满足2Mb/s以上的星间数据传输率;激光频段仅需0.5W的发射功率,直径0.25m的天线,可以达到2Gb/s以上的星间数据传输率,激光链路更有利于星间链路性能的提高。研究结果在未来三层卫星网络建立星间链路时,为卫星的发射功率、天线直径和星间链路数据传输速率等方面的选择提供了参考。     

基于改进遗传算法的多天线地面站硬件资源分配方法

多天线卫星地面站硬件设备资源分配问题是一个基于约束满足的复杂资源组合优化问题。在考虑任务执行时间、地面站可见时间窗口、地面站设备接收能力和设备链路约束的情况下,对多天线地面站硬件资源分配问题建立了高可用模型。以加权任务执行总时间为目标,以经典遗传算法为基础,根据问题特点改进了相关遗传算子,在进行遗传变异的过程中,通过深度优先搜索算法确定单个染色体对应的最佳资源分配方案,同时利用启发式信息优化搜索过程。最后通过高可用算例仿真表明,所建模型和算法是合理有效的。     

OFDMA系统的一种资源分配方法

针对OFDMA下行链路发送端只能获得部分信道信息的情况,提出了一种基于部分信道信息的资源分配算法.该算法通过建立部分信道信息模型,考虑传输的中断概率,保证分配的数据速率、子载波等资源与真实的信道条件匹配.仿真结果表明,该方法实现了较好的多用户分集增益和实际吞吐量性能.     

低轨层内星际链路的一种新的链路重构算法

在空间网络中,为了解决与故障卫星节点相连的星间链路失效而导致的传输延时大幅增加问题,提出了一种新的链路重构算法.该算法在对节点连接度上限约束的同时,保障了链路延时最小,进而完成了受故障卫星节点影响的链路的重建.利用STK仿真软件构建了网络拓扑及链路重构过程,进而利用OPNET仿真软件完成了算法的性能仿真验证.仿真结果表...     

基于朴素贝叶斯的室内VLC网络天线选择方法

在室内多天线多用户可见光通信(VLC)网络中,为了改善在发射天线和用户数量增多的情况下,最优天线选择算法存在时间复杂度过高问题,将朴素贝叶斯(NB)方法应用于室内多用户VLC网络下行链路发光二极管(LED)选择问题中.首先,将该LED选择任务建模为多分类问题,利用用户已知信道状态信息生成训练样本集,并通过VLC网络多用户通信和速率最大生成对应类标签;其次,利用生成的训练样本集,通过NB方法得到分类器模型;最后,将训练得到的分类器模型应用于新用户的LED选择.仿真分析表明,与最优多用户VLC网络LED选择算法相比,所提出的基于NB的LED选择方案可以有效地降低时间复杂度,在算法复杂度和用户传输和速率之间实现了较好的平衡.     

基于STK的侦察平台-卫星通信链路建模仿真

为研究侦察平台高速运动、姿态变化剧烈条件下卫星-空中侦察平台通信链路的连通性和误码率性能,在理论分析信道模型、天线模型和信号调制方式的基础上,提出利用STK进行仿真分析的方法.通过对平台轨迹和发射机/接收机的建模,建立精确的仿真场景并进行仿真分析.仿真结果表明,利用上述建模仿真方法,可以实时得到精确的平台-卫星链路连通时间、链路误码率等重要链路性能数据,并较大程度提高了卫星-平台链路的精度,为空中侦察平台-卫星通信链路的设计提供了重要的参考依据.     

基于QoE感知的中继卫星带宽资源分配方法研究

为改善数据中继卫星的带宽分配对负载传输效率的影响，提出了一种基于用户体验质量QoE感知的中继卫星带宽资源分配方法。考虑到空间信息网络高动态链路情况下传输的可靠性，建立基于多个静止同步轨道卫星协同接入模型，研究了低轨道用户卫星进行多路数据上传的优势特点。通过设置链路效能函数，其将用户QoE满意度量化为链路反馈和链路成本，并用库恩塔克方法求解，实现最大化系统效能和带宽公平分配。研究结果表明，与Load-Balancing和Best-SNR-First方法相比，该方法不仅保证了用户QoE满意度，还提升了网络的接入性能。     

箭载共形相控阵卫星数据链通信仿真研究

利用中继星作为通信中继,在运载火箭发射的全程中火箭与中继星都视线可见,不存在遮挡,可以实现对运载火箭的不间断测控。文章对运载火箭共形相控阵卫星数据链传输过程中的自由空间衰减、大气衰减、火焰衰减、极化衰减、天线指向误差损耗、雨衰等进行了分析,并对火箭飞行过程中,S波段箭载共形相控阵卫星数据链的安全裕度进行了仿真。     

基于星间链路技术的GEO卫星定轨精度分析

地球静止轨道(GEO)卫星具有对地静止的特性,GEO 卫星应用日益增多,在高分辨率对地观测、气象、通信等领域都发挥着越来越重要的作用,对其轨道确定的需求也越来越高,研究GEO卫星的高精度定轨技术迫在眉睫。传统方法中利用地面站对GEO卫星实现实时自主定轨存在系统误差大、观测几何差等问题,导致星地测量的误差在定轨过程中被放大的倍数急剧增加,影响了GEO卫星定轨精度的提高。利用GPS卫星实现对GEO卫星的定轨时存在可见GPS卫星数量少,接收到的信号微弱,测量精度不够的问题。星间链路具有对GEO卫星观测几何好、测量精度高的优点,为GEO卫星定轨开辟了新思路。针对在星间链路资源有限情况下如何选择MEO卫星组合与GEO卫星进行建链的问题,以星间链路构型的PDOP值为优化指标,对MEO卫星对PDOP值的影响进行了分析,提出了遍历选星、直接选星、迭代选星三种链路资源配置策略,确定与GEO卫星进行建链观测的MEO卫星组合,并用仿真方法对三种算法进行验证,结果表明,提出的迭代选星的链路资源配置策略,能将GEO卫星的定轨精度维持在7~40m以内,同时将星间链路的使用效率提高5~120倍。     

基于北斗卫星的航天器监控系统数据通信技术

传统的通信技术在航天器监控系统上通信信号接收清晰率差,监控系统数据通信效率低,针对上述问题,基于北斗卫星研究了一种新的航天器监控系统数据通信技术,通过数据参数收集、数据指令查找、数据通信收集实现航天器监控系统通信数据收集,采取基于信息语言表述方式,进行航天器运行时间实时数据传输控制,利用矢量计算和精度分析确定航天器监控系统通信数据。对比实验结果表明,基于北斗卫星的航天器监控系统数据通信技术通信信号接收清晰率高,监控系统数据通信效率好。     

小型卫星电视地面无线转播系统

目前,农村和山区卫星电视的接收大多采用小功率无线转播。本文分析了无线转播方案、卫星接收天线和转播发射天线的选择以及天线的架设、站址的确定等,并给出了我国部分城市接收中星五号、亚洲一号、东方红二号甲卫星电视时,天线的方位角和仰角,具有一定的参考价值。     

Nakagami-[m]信道的TSR非可信中继网络安全性能分析

针对中继可能窃听转发的私密信号，研究了Nakagami-[m]信道中时间切换中继协议的非可信中继网络安全传输性能，该网络中源节点与目的节点均配置了多根天线，而能量受限的非可信中继仅有一根天线。为分析网络的安全传输，考虑了两种安全传输方案，即发送天线选择/最大比合并方案和最大比传输/最大比合并方案。为研究非可信中继网络的安全性和可靠性，依次推导出两种方案安全中断概率、连接中断概率、安全吞吐量的闭式表达式，并分析了高信噪比下安全吞吐量的渐进性能。利用蒙特卡洛仿真验证了理论分析的正确性，仿真结果揭示了信噪比、发送功率分配因子、时间切换系数、天线数对安全吞吐量的影响。     

一种基于叠加编码的协作传输协议

针对传统三节点协作通信模型虽简单易行,但其中两阶段协作传输过程中中继节点通常无偿为源节点转发数据,存在频谱效率低的缺点,基于解码转发（decode and forward,DF）协作协议,以提高系统传输速率为目标,利用链路层控制信息的交换获得链路状态信息（channel statue information,CSI）,提出一种基于叠加编码的协作通信机制。协作中,允许中继节点在转发源节点数据的同时,利用叠加编码进行自身数据的发送,通过灵活调整叠加编码时的功率分配,保证系统的传输速率。仿真结果表明,该机制能有效提高系统的传输速率。     

基于离散粒子群算法的航天器在轨服务任务分配问题研究

航天器任务分配对于提高多颗服务航天器之间的协同工作效率具有十分重要的意义;针对服务航天器协同目标分配问题特点,提出了一种基于离散粒子群算法的协同目标分配方法,设计了新的离散粒子群位置和速度更新公式,综合分析影响目标卫星价值、服务航天器损耗以及距离消耗等3项关键指标因素,建立了在轨服务任务分配问题的数学模型;仿真结果表明:离散粒子群算法具有收敛速度快、寻优能力强等优点,能够有效地解决多约束条件下的服务航天器协同任务分配问题,特别是在大规模的任务分配中,该方法具有很强的优越性。     

Multi-user rate and power analysis in a cognitive radio network with massive multi-input multi-output

This paper discusses transmission performance and power allocation strategies in an underlay cognitive radio (CR) network that contains relay and massive multi-input multi-output (MIMO). The downlink transmission performance of a relay-aided massive MIMO network without CR is derived. By using the power distribution criteria, the k^th user’s asymptotic signal to interference and noise ratio (SINR) is independent of fast fading. When the ratio between the base station (BS) antennas and the relay antennas becomes large enough, the transmission performance of the whole system is independent of BS-to-relay channel parameters and relates only to the relay-to-users stage. Then cognitive transmission performances of primary users (PUs) and secondary users (SUs) in an underlay CR network with massive MIMO are derived under perfect and imperfect channel state information (CSI), including the end-to-end SINR and achievable sum rate. When the numbers of primary base station (PBS) antennas, secondary base station (SBS) antennas, and relay antennas become infinite, the asymptotic SINR of the k^th PU and SU is independent of fast fading. The interference between the primary network and secondary network can be canceled asymptotically. Transmission performance does not include the interference temperature. The secondary network can use its peak power to transmit signals without causing any interference to the primary network. Interestingly, when the antenna ratio becomes large enough, the asymptotic sum rate equals half of the rate of a single-hop single-antenna K-user system without fast fading. Next, the PUs’ utility function is defined. The optimal relay power is derived to maximize the utility function. The numerical results verify our analysis. The relationships between the transmission rate and the antenna number, relay power, and antenna ratio are simulated. We show that the massive MIMO with linear pre-coding can mitigate asymptotically the interference in a multi-user underlay CR network. The primary and secondary networks can operate independently.