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。     

基于随机几何的低轨星座下行通信链路仿真与分析

低轨卫星网络具有低成本、大容量、广覆盖的特性,是未来空天地海一体化网络中的重要支柱和6G网络的关键组成部分,开展链路分析对于低轨星座链路设计与优化具有重要意义。由于低轨卫星移动性强、星地电磁环境复杂、链路较长等特点,星地信息传输与传统地面移动通信有着显著差异。根据低轨星座的特性构建星座网络的随机几何BPP模型,并针对低轨星座空间分布及移动特征,分析了单星及多星场景下的损耗、干扰等对星地通信链路的影响。通过给出星座系统干扰期望计算方法,并基于所构建BPP网络对星地通信链路特性进行仿真。仿真结果表明,构建随机几何的基于BPP分布的星座模型可以很好地模拟卫星网络的状态,采用随机几何对低轨星座下行通信链路进行仿真分析,能够得到更具泛化的星座构型下低轨星座对地面站的干扰情况,为巨型低轨星座网络分析及星地链路设计提供了参考。     

低轨卫星与5G-R融合网络架构设计

由于地面网络覆盖不均匀,信号质量不够稳定,无法实现铁路交通网络的全程、快速、实时监测,阻碍了我国铁路交通网络的快速发展。同时,低轨卫星通信与地面5G的融合成为热点,二者的融合能够使卫星网络作为地面网络的有效补充。当前星地融合较少用于5G-R技术场景中。本文梳理了铁路卫星通信以及星地融合网络的研究现状与发展趋势;分析了铁路通信系统中各业务的通信需求。在此基础上,提出低轨卫星与5G-R融合网络架构。在弥补铁路通信网络覆盖盲区的同时,提供大容量的信息回传,有效保障铁路交通的安全运行,实现铁路交通的信息化、智能化管理。     

面向星地融合的6G云雾化自组网

低轨星座朝支持星上处理、功能可重构、星地协作和通信遥感导航控制等多任务一体化的方向演进,受限于星上信号处理和计算能力不足、星间链路容量不宽等瓶颈,迫切需要和具有强大云化处理与计算能力的陆地移动通信网络深度融合。为此,提出了面向星地融合的6G云雾化自组网的体系架构和协议体系,实现了低轨雾化卫星网络和陆地云化通信网络的协同融合,研究了基于星上雾化处理的通信遥感导航控制一体化波形和资源管理,以及云雾化协同的移动性管理和智能信息处理等关键技术,展望了未来的标准化工作和硬件试验。     

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。     

通信导航一体化波形关键技术及研究进展

蜂窝移动通信有望进一步整合低轨卫星实现星地融合网络(Integrated Satellite-Terrestrial Networks,ISTNs),可以极大地扩展卫星和通信的覆盖范围,减少对地面基础设施的依赖以及重复建设,从而满足海上、空中、偏远地区等通信场景需求并完善密集建筑、室内、隧道等区域的定位功能。通信导航一体化(Integrated Communication and Navigation,ICAN)是星地融合的核心技术,从通信导航互相补充覆盖的角度将通导一体化分为通信覆盖增强和导航覆盖增强两个层面,基于此总结了一体化波形的研究进展,包括通导一体化波形设计、通导一体化信号处理技术以及通导一体化性能度量指标等。重点阐述了基于毫米波频段的研究,提出了通信覆盖增强的毫米波通导一体化系统,并展望了通导一体化未来发展和面临的挑战。     

面向星地协同网络的联邦边缘学习方法研究

目前地面蜂窝网络无法实现全球广域覆盖,同时抗毁性不高。低轨卫星网络的加入,弥补了地面蜂窝网络的不足。二者协同成为星地协同网络后可以打破两种网络之间互相独立的现状并结合它们的优点,是未来的发展趋势。在对星地协同网络中海量设备产生的大量数据进行分析处理时,易出现隐私信息泄露和数据孤岛问题。为解决上述问题,提出一种包含分层聚合和用户关联策略的联邦边缘学习算法。该算法通过分层聚合来适配星地协同网络,并通过用户关联策略实现时延和模型精度的联合优化。仿真表明,所提出的算法可以使协同网络中进行联邦边缘学习的全过程时延较低,同时可以得到较高的模型测试精度。     

星地一体化通信系统同频干扰统计分析

星地一体化通信系统中,卫星网络与辅助地面网络共用一段频率,这有利于提高系统频谱效率,但也带来了系统内同频干扰。为了更加准确地计算同频干扰,利用Wilkinson方法将大量干扰源等效为单一干扰源,建立了等效干扰源的统计模型计算同频干扰概率。     

一种星地一体的高速星载标签交换机流量控制机制的设计与仿真

为了优化大容量星载交换机的设计,提出了一种星载标签交换技术体制,针对该体制建立了星地一体化卫星网络的队列模型和流量控制机制,根据星载交换机存储资源使用状态调整地面网络设备队列调度权重,降低星载交换机存储资源使用量和丢包率.使用NS2软件仿真分析了长延迟条件下星上缓存队列阈值、星上缓存区容量、地面设备队列调度权重之间的关系.为星载标签交换机和星地一体化网络的设计提供了参考依据.     

关于低轨卫星通信网络中HARQ技术的分析

卫星技术的发展推动低轨卫星星群化的不断加深,低轨卫星网络可以为全球数据传输提供支持。当前卫星通信水平不断提升,数字化与低成本化是卫星通信需要达到的理想目标,采用LEO卫星等非地球同步轨道卫星具有较小的传播时延,通过对地面移动通信协议体制改进可以使卫星为地面移动终端服务。文章研究了低轨卫星通信网络结构与算法,介绍了HARQ技术类型,分析了基于低密度奇偶校验码的HARQ方案,探讨了如何将HARQ技术拓展以适用于低轨卫星通信网络。