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。     

低轨遥感卫星数传链路兼容性分析对比研究(下)

(接第4期) 3系统保护门限 3.1电联建议书 与遥感卫星相关的建议书是SA(space applications)系列.其中,研究对象是低轨遥感卫星数传链路且包含频段8025MHz ～ 8400MHz的建议书主要有《SA.609有人和无人操纵的近地科学卫星的无线电通信链路的保护准则》、《SA.1 026低轨卫星地球探测业务和卫星气象业务数据传输系统(空对地)的集总干扰保护标准》、《SA.514卫星地球探测业务及卫星气象业务系统遥令及数传链路的保护标准》、《SA.1 022卫星地球探测业务及卫星气象业务系统干扰保护标准的确立方法》,上述建议书着重于干扰保护标准的确立.     

低轨遥感卫星Ka频段捕获跟踪的设计及应用

随着对地观测技术的快速发展,遥感卫星空间分辨力的不断提高,星地链路传输的信息量越来越大,码速率越来越高,数据传输频段已经由传统的X频段扩展到Ka频段,以满足海量遥感数据传输的需求。但Ka频段低轨遥感卫星波束非常窄,遥感卫星地面接收系统需要具备良好的跟踪性能,才能实现系统稳定的捕获跟踪,保证接收数据的质量。文中通过对跟踪方式和跟踪精确度方面进行分析和论证,优化捕获跟踪流程,实现对低轨遥感卫星Ka频段的捕获跟踪。文中提出利用S频段跟踪引导Ka频段跟踪的方式,高低仰角采用不同的优化流程设计,结合高分辨力对地观测系统重大专项的先期研究内容和某地面接收站进行了设计验证,结果表明,可实现低轨遥感卫星Ka频段的捕获跟踪,待时机成熟,可进行工程应用。     

面向确定性传输的新型虚拟卫星编队方案

卫星编队飞行队形相对稳定,可有效支撑确定性传输,但其队形控制需要较大的实时计算开销,且不支持多业务的灵活部署。为此,基于广泛部署的低轨星座,提出了虚拟卫星编队方案,通过选取合适的卫星构建编队来实现时敏业务的确定性传输。首先,阐述了虚拟卫星编队的设计理念,分析了基于低轨星座设计编队的挑战和性能需求。然后,通过刻画星间链路的生存时间与距离变化率属性,构建编队节点选择模型,针对时敏业务需求设计虚拟卫星编队选择算法。最后,基于STK和Exata搭建卫星网络场景进行仿真验证,实验结果表明,所提方案能为时敏业务提供与卫星编队飞行相同的性能指标,且具有更灵活的业务部署能力。     

Ka频段遥感卫星数据接收系统ACM与VCM性能比较

对Ka频段遥感卫星数据接收系统的自适应编码调制（Adaptive Coding and Modulation,ACM）与可变编码调制（Variable Coding and Modulation,VCM）的传输性能进行了分析比较。根据ITU标准，建立低轨遥感卫星轨道与多个地面接收站之间的链路衰落时间序列。在多轨长时间统计维度的基础上，仿真对比了ACM与VCM的数据传输吞吐量和可用度性能，并对ACM测站环与中心环两种反馈延时环路的性能进行了比较。结果表明，以最大化传输吞吐量为原则，合理设定VCM的链路余量并结合自动重传请求(Automatic Repeat Request,ARQ)技术，可确保VCM比ACM系统传输效率性能下降不大于3〖WT《Times New Roman》〗%〖WTBZ〗；以最大化链路可用度为原则，ACM体制传输效率优于VCM体制；ACM中心环和测站环两种信道状态反馈的方式对系统性能影响差别较小。     

一种低轨卫星星地链路评估系统的设计

低轨卫星移动通信是无线通信未来的主要发展方向之一。对低轨卫星星地链路特性的研究,可有效提高系统容量和组网应用效率,也迫切需要建立真实可信的实验验证平台。文章以低轨卫星通信系统星地链路验证及评估为目标,从低轨卫星星地链路特点出发,分析星地链路评估中关键指标,设计低轨卫星星地链路实验验证平台,可满足低轨卫星通信系统星地链路质量的评估要求,为低轨卫星移动通信系统的体制、组网协议等各类设计提供支撑。     

应用于Wi-Fi卫星通信系统的验证平台实现

自从Space X公司提出建设基于低轨小卫星的Wi-Fi卫星通信系统,引起一场研究热潮,主要关注可实现性,实现复杂度,卫星建设成本等问题。文中讨论了低轨卫星实现Wi-Fi卫星通信存在的问题,提出基于高轨卫星的Wi-Fi卫星通信系统。为验证其可行性,设计一个地面卫星链路验证系统,采用内嵌ARM核的Zed Board开发平台模拟地面站,分别通过Gbit网口连接以太网传输数据,两个模拟地面站使用SPI接口连接,SPI接口模拟地面与卫星的上下行链路。通过理论分析及验证系统模拟实现,证明基于高轨卫星的Wi-Fi卫星通信系统的可实现性。     

低轨卫星星座快速响应链路损毁路由算法

设计高效弹性的卫星路由算法是未来低轨(Low Earth Orbit, LEO)卫星通信技术的一个重要发展方向。为解决低轨卫星星座网络中星间链路发生故障后存在的传输中断和数据安全问题,提出了一种低轨卫星星座快速响应链路损毁路由算法(Quick-response Link Destruction Routing Algorithm for LEO Satellite Constellation, QRLDRA)。QRLDRA以星座可预测拓扑作为星间路由计算基础,增加星地回传路由设计,快速将星间链路异常回传至地面计算中心处理;引入多优先级动态队列,根据节点链路状态调整星间链路不同数据传输的优先级;综合路由计算、路由上注、链路检测等功能,完成对拓扑变化的及时响应。通过仿真实验与传统算法的比较发现,所提算法有效提高了数据端到端传输的成功率,为用户业务服务质量(Quality of Service, QoS)提供了可靠保障。     

低轨道卫星CDMA传输系统的射频和中频设计

本文在分析了低轨道卫星传输信道特性的基础上，分析了系统性能指标的要求以及CDMA方式下链路传输方程，提出了一种适合于CDMA低轨卫星传输系统的射频和中频模块的实现方案，并给出了接收机关键参数和有关模块的设计和实现方法。     

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。     

Adaptive coding modulation selection optimisation scheme for Ka-band LEO mobile satellites

To address the problem that Ka-band satellite communication signal transmission is easily affected by rainfall and terminal environment, combining the characteristics of high-speed movement of LEO satellites and the wave propagation characteristics of satellite-ground links, this paper establishes a Markov synthesis model of four-state satellite channels based on Ka-band that integrates rainfall attenuation and terminal shadow attenuation, and a scheme for adaptive coding and modulation selection based on the DVB-S2 standard is proposed. Based on this, a rainfall fading probability density function (PDF) based on the satellite elevation angle variation is derived, and a more efficient and streamlined set of modulation and coding(MODCOD) is obtained through simulations and calculations. The simulation results show that the proposed scheme not only effectively solves the problem of severe fading of the transmission signal due to rainfall, ground movement environment and satellite mobility but also significantly reduces the system complexity of the original DVB-S2 standard scheme with little loss of efficiency.     

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。     

Transmit permission control on spread ALOHA packets in LEOsatellite systems

A transmit permission control method for improving the throughput characteristics of a low Earth orbit (LEO) satellite communication system employing spread-slotted ALOHA multiple-access scheme is proposed. Both nonfading and fading satellite links are considered. The basic idea of the proposed scheme is to decrease the level of interference at each satellite and, hence, to increase the probability of packet success, by prohibiting the packet transmission from the users with relatively high propagation loss to their connecting satellites. It is shown that the method has the ability to improve the throughput performance in heavy traffic loads and the peak value of the throughput, significantly. It is also shown that the average delay performance of the system employing the proposed scheme is superior to that of the conventional system at heavy traffic loads     

Performance of DS/CDMA systems with differential M-ary orthogonal modulation and RS-coding for LEO satellite communications

This paper presents a coded modulation scheme based on M-ary orthogonal modulation by means of Walsh–Hadamard (WH) sequences, suitable for low-earth-orbit (LEO) direct sequence/code division multiple access (DS/CDMA) satellite communication systems. Based on the IS-95 scheme, we consider Reed–Solomon (RS)-coded M-ary orthogonal modulation with error or erasures decoding, which presents good performance enhancement with low complexity. LEO satellite links are characterized by large Doppler frequency shifts caused by the difference in velocity between the satellite and the earth mobile terminal, which make conventional non-coherent detection ineffective. In order to overcome the phase shift variations during the symbol period, which result in orthogonality loss of the WH sequences, we applied a differential encoding process to the spreading sequences or the WH chips prior to transmission. A special diversity process suitable for the environment under consideration is also applied. Simulation results show that the proposed diversity/coding/modulation scheme attains very good performance at low transmitter/receiver complexity. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

国外激光链路中继卫星系统的发展与启示

激光链路中继卫星系统是指以激光波束为媒介,为低轨信息获取类卫星提供高速数据传输服务的卫星系统。国外已开展了多次星间、星地激光通信实验,已由强度调制/直接探测通信体制过渡到相位调制/相干解调通信体制,通信速率可达5.6 Gbps。卫星激光通信正向更高通信速率、组网应用、终端小型化、轻量化方向发展。在系统分析欧洲、日本、美国等国家典型星间、星地激光通信实验和中继卫星发展计划的基础上,讨论了激光链路中继卫星系统的发展趋势,总结得到对发展我国激光链路中继卫星系统的若干启示。     

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。     

Satellite selection scheme for reducing handover attempts in LEO satellite communication systems

Low earth orbit (LEO) satellite communication systems perform frequent intersatellite handovers for both fixed and mobile users. This paper proposes a satellite selection scheme for new/handover call requests when two or more satellites can be seen simultaneously. Each satellite in this scheme has a non-uniform transmitter antenna gain according to its relative position inside the coverage area. The antenna gain is proportional to the residual distance in the satellite's direction of movement and it compensates for the difference in path losses between satellite links. The residual distance distribution of the selected satellite and the mean number of intersatellite handovers during a call connection are calculated and compared with the results based on conventional methods. The proposed scheme can reduce the intersatellite handover call attempt rate without increasing system load and terminal complexity. Furthermore, this scheme can be extended to reduce both intersatellite and interbeam handover call attempt rates in a multiple spot beam environment. Especially, the average number of intersatellite and interbeam handovers during a call can be significantly reduced by using a hybrid algorithm with the proposed non-uniform power transmission scheme. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于STK的双层卫星星座设计及仿真

轨道与星座的设计是整个卫星通信系统设计的基础,合理的轨道设计与星座配置方案可以显著提高系统的整体性能。结合GEO卫星处理能力强,LEO卫星星地时延小的特点,以提供全球实时接入为目标,提出了一种由LEO卫星提供全球覆盖的GEO/LEO双层卫星网络星座设计方案。运用卫星覆盖带分析方法,确定由48颗LEO卫星完成全球覆盖。通过在STK仿真环境下进行计算机仿真验证,得到所设计的卫星星座可完成全天时全球覆盖。     

中低轨卫星跨层激光链路二次同步切换方法

中低轨卫星之间跨层激光链路的无缝切换直接决定了双层卫星光网络的稳定性.异步切换方法会导致网络拓扑频繁重构,而集中同步切换将造成两层间连接中断,网络运行状态失控.为此,本文提出了中低轨卫星星座激光链路的二次同步切换方法,在保证中低轨道卫星连通的基础上,可降低网络拓扑重构频率.研究了整数周期比的中轨道和低轨道卫星空间位置特性,建立了中低轨卫星星座构形二阶非球摄动模型,确定了中低轨道之间轨道周期比为3的双层卫星星座构形.按连接和切换顺序将该星座构形中跨层激光链路分为两组,以相对周期的1/4为基准,每次令其中一组同步切换,通过交替完成切换.研究结果表明,二次同步切换方法使得网络拓扑重构频率降低到链路切换频率的1/7,比集中切换方法在网络平均时延方面降低了30ms.