面向LTE的静止轨道卫星通信系统随机接入方式

针对长期演进计划(LTE)系统和卫星移动通信系统融合中接入方式存在的问题,提出了一种面向 LTE的静止轨道(GEO)卫星移动通信的随机接入方式。该方式参考了卫星通用通信系统(S-UMTS)和长期演进计划系统的随机接入方式设计,对接入前导和接入时隙作适应性修改,并提出了一种新的用户随机接入流程。通过随机接入时隙长度的扩展,将控制信息加入到接入前导中,解决了 GEO卫星环境下用户接入时间长和用户之间时延差大的问题;提出的用户随机接入流程,有效改善了用户的接入时间性能。仿真结果表明,提出的随机接入方式适用于面向 LTE的 GEO卫星通信系统。     

基于业务请求数据包长度的机会频谱接入算法

针对非时隙主用户网络,研究了单个次用户在周期性感知框架下的机会频谱接入问题。通过建立次用户信道感知和接入模型,提出了一种基于次用户请求业务数据包长度的机会频谱接入算法。该算法根据每个时隙分配给次用户业务数据包长度,自适应调整机会频谱接入策略。仿真结果表明,所提算法能够在干扰水平要求较高情况下,提高次用户平均有效传输吞吐量的同时,实现有效吞吐量与碰撞概率的折中;同时当外部环境发生变化时算法具有较强的鲁棒性。     

WCDMA移动通信系统抗时隙屏蔽式干扰研究

针对时隙屏蔽式干扰对WCDMA移动通信系统的干扰问题，理论分析了不同条件下干扰对用户平均接入概率和系统归一化吞吐量的影响，提出了两种方法以改善系统抗干扰性，即选择子信道使得两相邻接入时隙间距大于前导码和消息部分发送间距，干扰对系统和用户不产生影响；缩短前导码和消息部分发送间距可以提高系统的抗干扰能力。实验仿真验证了分析的准确性和系统抗干扰的有效性。     

MIMO链路Ad Hoc网络中线程化的拓扑未知多址接入协议

针对MIMO链路Ad Hoc网络,提出了支持MIMO的线程化拓扑未知多址接入协议(MIMO-T-TTMA).MIMO-T-TTMA将时间扩展多址接入(TSMA)协议和时分多址接入(TDMA)协议以时间交替的方式相结合,进而为网络中节点分配时隙.在MIMO-T-TTMA中,每个节点被分配了若干时隙,每个分配时隙中,节点通过交互请求发送/允许发送(RTS/CTS)分组来确定发送使用的数据流数,而当RTS/CTS交互失败或者当前时隙为未分配时隙时,节点仍依一定的概率发送一个数据流,以提高网络的吞吐量.为了评估协议的性能,推导了MIMO-T-TTMA的吞吐量.数值结果表明,与已有的协议相比,MIMO-T-TTMA在节点度较大时具有较高的吞吐量,并且,吞吐量随节点度的变化比较平稳,因此,MIMO-T-TTMA适用于拓扑常发生剧烈变化的Ad Hoc网络.     

宽带GEO卫星网络媒体接入控制协议

宽带地球同步轨道（GEO）卫星通信网络中对媒体接入控制协议设计的目的就是在保障用户服务质量的同时提高系统资源利用率。概述了宽带GEO卫星网络的特点,总结了影响媒体接入控制协议性能的主要因素,重点对两种多址接入方案进行分析：基于混合式自适应分配机制的媒体接入控制协议和基于地面请求策略的动态分配多址接入协议。结果表明,提高网络性能的最佳方法是将有效的地面请求策略与合理的资源分配方式相结合。最后,对下一步的研究方向提出了建议。     

GEO多波束卫星移动通信系统多址方式选择的研究

简要介绍了卫星移动通信系统的发展及分类,对影响静止轨道（GEO）卫星通信系统用户共享有限通信资源和有效利用卫星链路资源的多址接入方式进行了分析。主要从有效容量、实际应用和具体实现角度考虑分析比较,得到在GEO卫星通信系统中采用TDMA多址方式优于CDMA多址方式的结论。最后探讨了我国GEO卫星移动通信系统的现状和发展方向。     

感知不确定下卫星认知无线网络多频谱接入优化策略

针对卫星认知无线网络频谱感知不确定性较大导致传统频谱接入机制效率降低的问题,该文提出一种基于动态多频谱感知的信道接入优化策略。认知LEO卫星根据频谱检测概率与授权用户干扰门限之间的关系,实时调整不同频谱感知结果下的信道接入概率。在此基础上以系统吞吐量最大化为目标,设计了一种基于频谱检测概率和虚警概率联合优化的判决门限选取策略,并推导了最佳感知频谱数量。仿真结果表明,认知用户能够在不大于授权用户最大干扰门限的前提下,根据授权信道空闲状态动态选择最佳频谱感知策略,且在检测信号信噪比较低时以更加积极的方式接入授权频谱,降低了频谱感知不确定性对信道接入效率的影响,提高了认知系统吞吐量。     

动态时隙控制的双概率随机多址接入ad hoc网络MAC协议分析

提出了一种动态时隙控制的双概率随机多址接入MAC(DSTPMA)协议,用户终端以P1概率侦测空闲信道,以P2概率检测忙信道,并在发送状态调整时隙定位后接入信道发送信息分组.通过对多通道的DSTPMA协议的建模分析,得到了控制协议的系统吞吐量.仿真实验结果表明,理论分析与仿真结果相一致.     

基于非正交多址接入的网络切片联合用户关联和功率分配算法

为了满足网络切片多样化需求,实现无线虚拟资源的动态分配,该文提出在C-RAN架构中基于非正交多址接入的联合用户关联和功率资源分配算法。首先,该算法考虑在不完美信道条件下,以切片和用户最小速率需求及时延QoS要求、系统中断概率、前传容量为约束,建立在C-RAN场景中最大化长时平均网络切片总吞吐量的联合用户关联和功率分配模型。其次,将概率混合优化问题转换为非概率优化问题,并利用Lyapunov优化理论设计一种基于当前时隙的联合用户调度和功率分配的算法。最后采用贪婪算法求得用户关联问题次优解;基于用户关联的策略,将功率分配的问题利用连续凸逼近方法将其转换为凸优化问题并采用拉格朗日对偶分解方法获得功率分配策略。仿真结果表明,该算法能满足各网络切片和用户需求的同时有效提升系统时间平均切片总吞吐量。     

基于IEEE802.11的星间链路最短接入时延退避算法

为满足空间信息网络低轨卫星用户多址接入骨干中继卫星的访问需求,基于IEEE 802.11机制,提出最短接入时延退避算法（Delay-Optimal Backoff,DOB）,可解决大时空尺度条件下,传统二进制退避算法（Binary Exponential Backoff,BEB）造成的网络平均接入时延高和吞吐量低的问题.根据用户卫星与中继卫星的相对位置特性,设定中继卫星通信窗口,利用通信窗口内不同用户卫星数量时用户接入时延与平均接入请求概率的变化关系,确定最短接入时延条件下用户平均接入请求概率,实现动态调整碰撞窗口大小.研究结果表明,该算法使网络接入时延较BEB算法平均降低了10s,饱和吞吐量提升一倍,归一化业务量阈值比BEB算法增加至0.6,网络多址接入性能显著提高.     

一种星地一体化路由设计的卫星IP网络

现有大部分支持IP的卫星系统只是提供一个连接地面路由器的物理通道,难以满足宽带接入、多媒体服务以及星地网络一体化等新的需求.为此,提出了一个分组传输和交换均基于IP的GEO卫星系统,并从传输网络和路由结构两方面进行了描述.并针对星上资源紧张的现状,采用了一种地面路由星上交换的新设计思路.通过星上IP交换可实现大量终端间的单跳通信,一个可扩展的集中式IP路由结构可有效减少通过卫星的路由流量,使得通信效率提高的同时,能实现卫星网络与Internet的无缝兼容.     

一种基于GEO卫星网络的IP组网方案的设计及仿真

当前,大部分支持IP的卫星系统只是提供了一个连接地面路由器的物理通道,难以满足带宽接入、多媒体服务以及星地网络一体化等新的需求.为此,提出了一个分组传输和交换均基于IP的GEO卫星系统,采用三层路由交换的组网方案,实现了同一交换域内用户信息的链路层快速转发,以及不同交换域间用户IP信息的网络层路由交换处理.最后,研究了最简单的RIP路由协议在此GEO卫星网络中的适应性,利用OPNET仿真软件对其进行了建模仿真及结果分析.     

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。     

基于LMS估计的卫星移动通信定时同步优化

针对采用长期演进(LTE)通信标准的地球静止轨道(GEO)卫星移动通信系统上行定时误差会影响单载波频分多址技术正交性的问题,在LMS线性估计算法的基础上提出了一种适用于大时延环境下单载波频分多址定时同步优化方法。该方法对用户与卫星之间传输时延的变化进行估计,通过闭环控制补偿减小上行定时误差。仿真表明:该方法在使用LTE标准帧结构时,能保护用户上行信号正交性,避免符号间干扰,且传输速率损失约为9%,远低于传统拓展帧结构方法带来的损失,验证了方法的优越性。     

On the fairness of return channel capacity allocation in DVB‐RCS‐based satellite networks

Broadband satellite access (BSA) systems can form an alternative path for the provision of Internet access in areas with poor network infrastructure. The DVB‐RCS standard introduced the specifications of an interaction channel for two‐way BSA networks. In this study, a new dynamic scheduling strategy for the interaction channel of GEO satellite networks is proposed, evaluated and compared with a typical Round Robin scheme. The main idea of the proposed strategy is to change, prior to each allocation, the sequence according to which bandwidth is assigned to the satellite terminals. The new sequence is fully specified by a set of fairness indices, each one related to a unique terminal and updated after each allocation. Along with the examined scheduling strategies, two capacity request calculation techniques found in the literature are also evaluated and compared through a series of simulations. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

GEO与LEO间激光通信轨道特性仿真

为了优化GEO与LEO间激光通信系统的性能,建立了卫星通信轨道特性仿真模型。通过对一年内卫星数据的分析可知,卫星通信终端间的多普勒频移变化范围约为5109 Hz,可以使用多普勒频移补偿方法减少GEO与LEO之间的多普勒频移影响。对于相干通信,终端必须进行频移补偿;提前量角的范围大于激光束散角,因此终端需要进行提前量补偿,激光通信系统可根据提前量角对视轴进行提前修正,以减少相对速度对激光通信的影响;太阳干扰和地球遮挡的时间较长,应该进行卫星组网以改善可通率,在通信过程中应根据通信终端时间,优化两个通信终端的工作流程;GEO和LEO终端的视轴变化情况不同,因此应该为卫星设计不同结构。     

Combined Random/Reservation Access for Packet Switched Transmission Over a Satellite with On-Board Processing: Part I--Global Beam Satellite

A combined random/reservation multiple access (CRRMA) scheme for packet-switched communication over a global beam satellite with on-board processing is proposed and analyzed. Channel time is divided into contiguous slots; each slot containsNminislots for transmission of request packets andN'minislots for data. WithNsubstantially smaller than the number of earth stations, collisions will occur in request packet transmissions. Two channel access algorithms for the CRRMA model are proposed: uncontrolled channel access (UCA) and controlled channel access (CCA). UCA is simpler but has an inherent stability problem particularly when the number of minislotsNis small. The CCA algorithm restricts the transmission of request packets for new arrivals to take place only when the slot is in the FREE state. WithN = 3, the CCA algorithm exhibits good delay-throughput characteristics. AsNincreases, the UCA algorithm offers stable operation. ForN geq 5the simpler UCA algorithm is preferred over CCA.     

卫星通信系统两步随机接入技术研究

为了实现卫星通信系统低延迟高可靠接入,研究了两步随机接入技术中的信道设计及接收端检测算法.针对卫星场景提出了一种两步随机接入信道设计方案,对两步随机接入信道中数据部分的信道结构以及前导和数据之间的映射方式进行了设计.针对传统最小均方串行干扰消除(Minimum Mean Squared Error-Successive Interference Cancellation,MMSE-SIC)算法中存在误差传播问题导致解码性能降低的问题,提出了一种多判决排序串行干扰消除(Multi-decision Ordered Successive Interference Cancellation,MD-OSIC)算法,以提升多用户发起接入时数据部分检测的可靠性.仿真结果验证了所设计信道及检测算法在典型卫星通信场景下应用的可行性.