利用低轨卫星星座的移动通信系统

本文介绍两种利用低轨地理卫星星座进行移动通信的系统。一种是英法联合研究提出的利用24颗低轨卫星组成的移动通信；另一种是美国研究提出的利用192颗低轨卫星组成的移动通信系统。最后将低轨卫星移动通信系统与同步卫星移动通信系统及高轨卫星移动通信系统进行了比较。     

低轨卫星星座网的切换研究

提出了一种适用于装备有星际链路的低轨卫星星座网的切换策略——最小跳数切换策略。该策略以端到端连接的跳数为基础,充分利用了低轨星座网的特点,将切换过程与路由有机地结合为一体,有效解决了不同卫星之间的切换问题。仿真结果表明,同已有的切换策略相比,该策略能够提供一定程度的QoS保障,获得较好的系统性能,如较低的传播延时和较小的切换频率,具有很好的实用价值。     

低轨通信星座星间链路特点研究

随着全球宽带通信需求的增长,世界各国提出并建设了多种低轨通信星座,我国的卫星互联网系统也在紧张建设中,星间链路将是通信星座系统的重要组成部分。为研究星间链路特点和建链需求,以极轨通信星座为例,从几何角度给出了星间链路指向角和距离的数值计算公式,分析了顺行轨道星间链路的变化规律,并进一步研究了异轨星间反向缝建链的特点。研究结果表明,选取合适的星座参数,可以实现卫星跨反向缝的接续建链,从而保证反向缝两侧卫星之间始终存在可用的通信链路。     

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。     

低轨航空安全监视星座路由规划算法设计与仿真

针对基于低轨星间链路网络的航空安全信息传输的路由规划需求开展了路由规划算法设计,分别设计了多站就近落地、高可靠备份传输以及分区负载均衡等3种算法,并基于星间链路网络仿真平台进行了试验验证,试验结果表明所提出的算法能够满足低轨航空安全监视网络的高效、高可靠传输需求,可以为我国低轨航空安全监视系统建设提供一定的参考。     

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。     

低轨卫星星座物联网业务量建模

随着物联网(IoT)规模的不断发展,其业务需求呈现出多样化、全球化的趋势.针对地面物联网无法覆盖全球的缺点,卫星物联网尤其是低轨卫星星座(LEOSC)物联网可以有效地为地面物联网提供覆盖性能上的补充和延伸.由于低轨卫星星座物联网系统广覆盖、高动态的特点,其业务量统计特性需要考虑到环境因素造成的影响,这导致其业务量分布与地面物联网存在显著差异.从合理高效利用星上有限资源角度出发,该文研究基于低轨卫星星座的全球物联网业务模型.结合多样化的业务特点以及卫星通信系统特性,采用统计建模理论,得出了全球物联网业务模型框架.并且初步提出了一种基于最高优先级的接入策略,以供设备节点实时选择接入的卫星.仿真结果表明:泊松过程可以用于近似模拟低轨卫星物联网中大量存在的异步流量的叠加过程;由于低轨卫星具有高动态性,其业务源高速变化,导致了卫星业务忙闲不均,峰均比(PAR)较高.     

低轨卫星星座物联网业务量建模

随着物联网(IoT)规模的不断发展,其业务需求呈现出多样化、全球化的趋势。针对地面物联网无法覆盖全球的缺点,卫星物联网尤其是低轨卫星星座(LEOSC)物联网可以有效地为地面物联网提供覆盖性能上的补充和延伸。由于低轨卫星星座物联网系统广覆盖、高动态的特点,其业务量统计特性需要考虑到环境因素造成的影响,这导致其业务量分布与...     

低轨卫星星座动态波束关闭算法

针对低轨多波束卫星星座网络中空间段卫星对地覆盖不均匀导致某些区域相对密集,造成严重的波束间干扰与不必要的波束资源开销等问题,提出了在满足覆盖等要求下的波束关闭算法。以多波束低轨星座网络为研究对象,分析并建立了低轨星座网络波束关闭的最优化问题,进而分析并论证了该问题的NP完全属性,给出了探索式求解方法。以共计3 168个波束的铱星星座网络为仿真场景,仿真分析了所提出的探索式波束关闭算法。仿真结果表明,所提算法仅需要1 913个波束即可实现对全球区域的连续覆盖,降低了39.61%的波束资源开销。     

低轨高通量星座系统波束设计方案研究

基于中国联通“空天地一体化”网络演进计划,低轨高通量星座系统及空地一体技术将是未来移动通信的重要研究方向。面向低轨高通量星座系统建设,首先对低轨高通量星座用户需求、波束特点、波束种类进行了分析,然后针对业务点波束进行设计,主要包括用户接入方案设计、频率选择、带宽选择,并通过链路预算验证了波束设计的可行性。     

双层卫星星座层间链路几何参数特性研究

LEO/MEO双层卫星星座是现代卫星通信系统星座研究的热点。运用理论分析的方法,对LEO/MEO双层卫星星座层间链路的链路距离、仰角、方位角等几何参数进行了研究,给出了各自的计算公式,并进行仿真分析。通过仿真发现,层间链路几何参数变化的突出特点是变化范围大、变化剧烈且周期性不明显。     

一种间隔重访的低轨星座设计方法

在低轨电子侦察、遥感卫星领域,针对非连续覆盖条件下的星座优化设计问题,提出了一种间隔重访的低轨星座设计方法。通过改进极轨覆盖带设计方法,将对地覆盖区域等效为矩形;以对地目标的平均重访间隔时间为输入,从同轨卫星间和相邻轨道面间两方面分析,得到近似最优的星座参数。通过STK仿真验证,设计的星座可满足重访间隔时间要求。     

Packet routing algorithm for LEO satellite constellation network

A novel distributed packet routing algorithm for Low Earth Orbit (LEO) satellite networks based on spiderweb topology is presented. The algorithm gives the shortest path with very low computational complexity and without on-board routing tables, which is suitable and practical for on-board processing. Simulation results show its practicability and feasibility.     

天地一体化信息网络低轨移动及宽带通信星座发展设想

随着全球互联网和物联网服务的延伸,可以实现包括南北两极在内全球无缝覆盖的低轨通信星座又一次进入了发展机遇期。通过分析国外典型星座的特点,结合我国“科技创新2030—重大项目”：天地一体化信息网络重大工程的发展背景,提出了一种创新的低轨移动及宽带通信星座方案构想,并给出了发展建议,希望能够为相关系统研制提供参考。     

低轨星座的跳波束资源调度策略

跳波束技术作为一种高通量卫星资源分配方法,能够根据地面业务需求灵活配置星上资源,提高星上资源利用率。本文将跳波束技术应用到低轨星座场景中,针对用户业务先验未知和先验已知两种情况,考虑波束间的共信道干扰,基于迭代算法和凸优化制定了适用于低轨星座的两种跳波束资源调度策略。与传统策略对比,能达到更高的系统吞吐量,同时具有较好的时延性能,且适应用户业务的不均分布。     

全球覆盖稳定拓扑LEO/MEO双层卫星激光网络设计

利用覆盖带法,设计了全球连续覆盖低轨道(LEO,lowearth orbit)/中轨道(MEO,mediumearth orbit)双层卫星光网络结构。LEO层是一个零相位因子walkerdelta星座,系统具准静态的Mesh逻辑结构。MEO层由赤道和极地轨道两个轨道组成,补充了LEO层对赤道地区覆盖的不足。覆盖性能结果表明,该网络上升轨道卫星对全球提供99.9%的平均覆盖,对我国提供100%的覆盖。链路性能仿真表明,双层卫星网络结构网络拓扑稳定,相邻节点仰角变化范围小,非常适合激光链路,与国外同类型星座相比所需卫星数少。     

采用遗传算法的低轨区域通信星座优化设计

给出一种利用改进遗传算法实现低轨区域通信星座优化设计的方法,有效克服了上述困难。首先建立通用的区域覆盖星座模型,确定优化控制参数,并结合低轨星座应用背景对其进行约束。然后给出一种基于网格点统计的星座性能评价准则。为了提高遗传算法对局部最优解的搜索能力,文章提出一种混合遗传算法,该方法在基本遗传算法中加入复形调优算法,并根据优秀个体的分布对参数区间进行调整。将该算法应用于星座模型,建立一套完整的星座优化设计方案。最后对具体实例进行优化仿真,结果表明该方法取得良好的优化结果。     

一种新的GEO/LEO双层星座路由算法

针对多层卫星星座网络的复杂通信环境和特殊应用背景,提出一种新的基于优先级的星上分布式路由算法( PDRA)。 PDRA算法采用新的分层管理策略,根据信息重要程度设置优先级,在拓扑快照起始时刻进行路由计算与更新,信息传输过程中采用拥塞回避策略。理论分析和仿真验证表明,PDRA算法与现有典型卫星星座网络路由算法相比性能优越,能够很好地利用GEO/LEO双层星座特点,有较低的数据丢包率和较高的吞吐量,可有效避免链路拥塞,并能保证重要信息实时可靠传输。