一种基于多普勒频移的卫星通信多址协议

卫星的高速运动引起的大的载波频率偏移是LEO卫星通信中的典型问题,并且传输允许控制也很重要,因为通信请求数超过系统容量将会影响系统的正常工作,造成通信质量的下降。这里介绍了一种根据终端观察到的多普勒频移进行流控制的方法,该方法利用了终端观测到的多普勒频移是终端到卫星的最大仰角和时间的函数的特性,卫星通过调整这两个参数来控制允许传输范围来实现流控制,仿真表明该方法能很有效地进行流量控制。     

基于LTE的卫星移动通信随机接入技术研究

针对基于LTE体制的卫星移动通信系统,对随机接入问题进行了分析讨论。针对GEO卫星通信中传播距离远、时延差大以及小区半径大等特点,分析了影响GEO卫星的LTE随机接入前导序列信号格式设计的因素。针对LEO卫星通信中存在大多普勒频移现象,分析了多普勒频移对随机接入信号检测的影响。最后,提出了一种消除多普勒频移为整数倍子载波间隔的解决方案。     

星间激光时频传递系统中的多普勒频移补偿技术

为了减少星间激光时频传输过程中的多普勒频移并提高星间通信的可靠性,提出了一种多普勒频移补偿技术。首先,对多普勒频移进行了理论分析和仿真,得到了两卫星在24 h通信中断前传输激光光学频率所产生的多普勒频移;然后,设计了一个多普勒频移补偿系统用于星间激光多普勒频移补偿。仿真结果表明：该系统能在约15个控制周期内完成多普勒频移补偿,使得补偿后的多普勒频移小于8 kHz,比未补偿的情况改善了6个数量级。     

低轨卫星物联网星地距离时间同步及多普勒频偏补偿技术

针对低轨卫星（LEO）围绕地球做高速运动造成的传播距离远、多普勒频移大的特点，分析多普勒频移对星地同步和通信质量造成的影响，采用基于星历信息和网络规划等态势预测手段实现多普勒频移计算和预补偿技术，对星地多普勒频移进行粗补偿，并结合物理层波形采用的直接扩频序列特点，通过延迟锁定完成频移跟踪修正，保证卫星链路的高质量可靠连接，确保卫星物联网的高效可靠安全运行。     

原子滤光器可调谐特性在卫星光链路捕捉系统中应用探讨

在卫星激光通信捕捉系统中使用法拉第滤光器（ＦＡＤＯＦ）可以抑制背景辐射、展宽接收视场角减小捕捉时间．但ＦＡＤＯＦ的带宽要受到卫星间多普勒频移的制约,本文以赤道面圆形低轨道（ＬＥＯ）对同步轨道卫星（ＧＥＯ）光链路为实例,分析了ＬＥＯ轨道顶点和切点两个不同捕捉点的多普勒颇移特性．若采用切点作为捕捉点,卫星间多普勒频移较大,但频率变化量不大;若采用顶点作为捕捉点,卫星间多普勒频移值较小,但频率变化量大．对于不同情况的捕捉点,如何调整原子滤光器频移特性与之相适应,使带宽尽可能减小,是本文的研究目的．本文…     

LEO卫星信道多普勒频移估计与补偿

为削弱LEO卫星信道的时间选择性衰落,提出了一种多普勒频移估计与补偿方法。基于差分相关检测器,从中频信号提取下行信号中的多普勒频移信息,然后利用A/D和DSP进行相应地采集与处理。用得到的多普勒频移估计实时调节接收机本振频率,实现对下行信号的多普勒频移补偿,同时计算出上行多普勒频移并进行补偿。该方法无需符号同步,特别适合于超过符号速率的多普勒频移估计。     

用DDS+PLL实现多普勒频移补偿

在低轨道卫星(LEO)通信链路中,由于星地之间相对运动速度较快而存在较大的多普勒频移,为了保证通信质量,必须对多普勒频移进行补偿。基于DDS+PLL技术实现对多普勒频移补偿的方法是一种开环控制方式,这种方法结合了DDS的频率分辨率高和频率捷变速率快等优点,以及PLL具有的窄带滤波跟踪特性。分析了DDS频率阶跃对于PLL输出响应的瞬态影响,并且给出了相应的改善方法。该技术已经在工程中得到应用和验证。     

一种机载卫星通信终端频率捕获跟踪算法

作为一种特殊的卫星通信设备,机载卫星通信终端在工作环境上和普通通信终端有很大的区别。在终端通信过程中,多普勒频移变化给频率捕获和跟踪带来了很大的困难。针对机载终端通信过程中多普勒频移变化快的问题,提出一种多波束载波频偏估计算法。详细描述了频率捕获和同步跟踪的过程,通过利用相邻波束的频率校正信道,在每一个TDMA帧中搜索频率校正信息,可以在较短时间内锁定频率和定时信息。通过MATLAB对算法进行了仿真,结果表明该算法能有效地解决载波快速捕获与精确跟踪的问题。     

多层卫星网络激光星间链路空间特性仿真

多层卫星网络结构由于其鲁棒性强,可实现无缝覆盖等特点而成为研究热点。针对 高轨/中轨/低轨(GEO/MEO/LEO)多层卫星网络结构,研究了各个节点间的激光链路,推导出 了 不同轨道间两个卫星位置关系的坐标转换公式。对同层间激光链路(OISL)、异层间激光链路 ( OIOL) 俯仰角、方位角以及距离参数和GEO对LEO覆盖特性进行了仿真。结果表明,卫 星光学终端俯仰指瞄范围完全可以满足目标星的移动要求,但水平指瞄范围和扫描速度是影 响星间激光链路性能的主要因素。     

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。     

Adaptive Compensation Method Using the Prediction Algorithm for the Doppler Frequency Shift in the LEO Mobile Satellite Communication System

In low earth orbit (LEO) satellite communication systems, more severe phase distortion due to Doppler shift is frequently detected in the received signal than in cases of geostationary earth orbit (GEO) satellite systems or terrestrial mobile systems. Therefore, an estimation of Doppler shift would be one of the most important factors to enhance performance of LEO satellite communication system. In this paper, a new adaptive Doppler compensation scheme using location information of a user terminal and satellite, as well as a weighting factor for the reduction of prediction error is proposed. The prediction performance of the proposed scheme is simulated in terms of the prediction accuracy and the cumulative density function of the prediction error, with considering the offset variation range of the initial input parameters in LEO satellite system. The simulation results showed that the proposed adaptive compensation algorithm has the better performance accuracy than Ali's method. From the simulation results, it is concluded the adaptive compensation algorithm is the most applicable method that can be applied to LEO satellite systems of a range of altitude between 1,000 km and 2,000 km for the general error tolerance level, M = 250 Hz.     

卫星通信中多普勒频偏的预校正

在低轨道卫星通信中，由于多普勒效应,无线电信号会产生频率偏移现象，这为接收机设计带来了一定的困难。一种新方法可用于消除多普勒频偏的影响：根据卫星与地面接收站之间的相对位置和速度，可预先计算出信号的多普勒频偏。据此实时地修正接收机中数字频率合成器输出的本振频率,以达到消除多普勒频偏的目的。     

基于EPFD分析的高低轨卫星角度间隔研究

随着低轨(LEO)通信卫星业务需求的增加，低轨卫星需要使用Ka频段进行通信。本文针对低轨卫星采用Ka频段可能与在轨的高轨卫星发生同频干扰问题，采用基于链路分离角的空域分隔方法进行干扰规避的角度间隔分析。分别从不同干扰场景、地面站分布情况来分析对干扰角度间隔的影响，并在此基础上提出该角度间隔范围内，低轨卫星需采取的干扰规避措施。     

低轨LTE卫星随机接入前导设计及检测算法研究

针对低轨卫星环境中的较广波束覆盖范围和较大多普勒频移的特点,研究了能够应用于低轨LTE（Long Term Evolution）卫星移动通信中的随机接入前导及其检测算法。首先,提出多根长序列（MRLS）,该序列通过级联多个根序列号不同的短ZC（Zadoff-Chu）根序列构建,可以支持一步定时提前估计;其次,提出一种基于MRLS的随机接入前导检测算法,该算法通过相邻短ZC根序列的共轭相乘产生多个检测序列,再与多个待检序列进行联合差分相关检测,克服了整数倍和小数倍子载波间隔的多普勒频移的影响。仿真结果表明,利用MRLS序列,所提算法对载波频率偏移具有很好的鲁棒性,适用于基于LTE的低轨卫星移动通信系统。     

无信标星间激光通信系统粗精复合扫描方法

无信标星间激光通信系统无需额外设置信标光组件,直接采用小束散角的信号光进行瞄准捕获跟踪,有利于降低终端的质量、体积、功耗和制造成本等重要指标,满足商业航天和低轨卫星空间激光网络的发展要求。为了克服现有无信标激光通信系统扫描时间长、捕获难度大的问题,综合考虑星上姿态变化、测量精度和终端安装定位误差等因素,对扫描不确定域进行了数值计算,设计了无信标扫描捕获流程,定量分析了粗精扫描机构控制带宽、扫描步长、规划路径与光束覆盖面积的耦合关系,提出了一种简单可靠的无信标粗精复合螺旋扫描方法。典型环境仿真结果表明,采用所提方法平均扫描捕获时长小于20 s,捕获概率大于95%,有效提升了无信标系统的扫描效率,可满足未来低轨卫星空间激光网络的快速建链要求。     

Doppler characterization for LEO satellites

Mobile ground-based terminals observe significant Doppler on the forward channel when communicating through low Earth orbit (LEO) satellites. This paper deals with the analytic derivation of the Doppler shift measured by a user on the surface of Earth on a signal transmitted by a circular orbit LEO satellite. Two simplifications are performed to obtain the analytical expression of the Doppler shift as a function of time. First, during the visibility duration of the satellite at a terminal, the trajectory of the satellite with respect to the Earth is approximated by a great circle arc. Second, the angular velocity of the satellite with respect to the user is assumed to be constant. Numerical results validate the approximations. Another result of our analysis is an expression for the visibility window duration of a satellite at a terminal as a function of the maximum elevation angle. An algorithm for estimating the parameters of the Doppler curve based on a couple of Doppler and Doppler-rate measurements is also presented     

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.     

Terminal location method with NLOS exclusion based on unsupervised learning in 5G‐LEO satellite communication systems

We investigate the terminal location method in 5G‐Low Earth Orbit (5G‐LEO) satellite communication systems. To overcome the dependence on the external Global Navigation Satellite System (GNSS), we propose to use a single LEO satellite in 5G‐LEO satellite communication systems for terminal location and utilize the downlink synchronization detection for pseudorange differential measurement. Then, a data clustering method of unsupervised machine learning is proposed to classify the measured data into line‐of‐sight (LOS) and non‐line‐of‐sight (NLOS) signals. Furthermore, the NLOS data are excluded, and the Taylor series expansion iteration method is used to calculate the terminal coordinates. Simulation results show that the proposed method can effectively reduce the influence of NLOS error on measurement results and improve the accuracy of terminal location. In simulated urban scenario, the average location accuracy is improved from 10 km by traditional methods to 0.7 km and the convergence time is reduced from 400 to 250s.