手机直连低轨卫星通信:架构、关键技术和未来展望

借助低轨卫星星座全时全域覆盖优势,手机直连卫星通信预期成为6G重要特征之一。首先介绍了手机直连卫星的测试验证、标准化与商业项目发展现状。其次,介绍了基于透明转发、部分可再生处理、完全可再生处理、集成接入和回传的四种手机直连低轨卫星网络架构及组网方式。通过分析手机直连低轨卫星网络场景下高移动性与大传输时延等带来的接入与传输问题,提出对地面移动通信体制进行适应性改进的关键技术方案。最后,探讨了未来手机直连低轨卫星发展发向和潜在思路。通过上述阐述与分析,提供未来发展手机直连低轨卫星通信的可行路径。

基于不完美CSI的低轨卫星通信系统鲁棒资源分配算法

为了解决低轨卫星通信系统因资源受限导致的能量与速率不平衡的问题,同时考虑信道不确定性对实际卫星通信系统性能衰退的影响,该文提出一种基于最大化最小能效的鲁棒资源分配算法。首先,考虑每个用户中断速率约束、功率分配系数约束和最大发射功率约束,基于高斯信道不确定性,构建了联合优化卫星波束成形向量与功率分配因子的鲁棒资源分配模型。所描述的问题是一个含参数摄动的非凸、非确定性多项式难问题,很难直接求解。为此,基于丁克尔巴赫、伯恩斯坦不等式、半正定松弛和交替优化等方法将其转化为等价的凸优化问题,并提出一种基于迭代的混合鲁棒波束成形与功率分配算法。仿真结果表明,该文算法具有较好的能效和较强的鲁棒性。

机载低轨卫星通信发展及关键技术综述

卫星通信是保障机载平台远程飞行的主要通信手段。低轨卫星通信具有传输损耗小、传输时延短、卫星发射灵活、能全球覆盖等优点,已成为机载卫星通信领域的研究热点。梳理了国内外机载低轨卫星通信技术发展历程,开展了机载低轨卫星通信应用分析,重点从相控阵天线、信号同步、编码调制、接入与切换等方面阐述了机载低轨卫星通信需要解决的关键技术,探讨了机载低轨卫星通信发展趋势,可为机载低轨卫星通信系统建设应用提供借鉴。

基于最优邻域搜索粒子群的低轨卫星通信任务规划方法

针对低轨卫星通信中的任务规划问题,提出了一种基于最优邻域搜索粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)群算法的任务规划方法。引入最优近邻搜索,通过最优粒子间的差分值来促进局部搜索,设计了惯性权值、社会和自我学习因子的优化方式,最终能够高效求解低轨卫星通信星座中多转发器与多任务的组合优化问题,用以应对低轨卫星过境时间限制和链路切换导致的时间段离散问题,并使得算法前期具有更强探索全局最优和后期快速收敛的能力。实验验证结果表明,该方法能够在低轨卫星中的约束条件下,有效提高卫星平均资源占用率(Average Occupancy Percentage,AOP)的同时减少算法收敛的迭代次数,显著降低运行时间开销。

面向低轨卫星通信的低复杂度CA-SCL译码优化算法

基于硬件资源有限的低轨卫星通信环境,以极化码作为信道编码方式,将循环冗余校验(CRC)辅助连续取消列表(SCL)译码器(CRC aided SCL,CA-SCL)结合关键集以及自适应算法,提出一种优化的CA-SCL译码器(optimized CA-SCL,OCASCL),该译码器的译码性能优于经典CA-SCL译码器,运算复杂度可降低65%~70%。

智能超表面辅助低轨卫星通信技术综述

卫星通信能够提供超视距、大容量的通信服务,但在城市区域、峡谷森林等视线受遮蔽严重的区域,会出现视距衰落严重、多径效应显著等问题,影响通信质量。近年来出现的智能超表面(RIS)可以通过动态控制反射单元的电磁性质,构建可控电磁环境,为改善低轨(LEO)卫星通信质量提供新的思路。本文基于RIS基本原理与优势,对RIS用于LEO卫星通信中信道建模、信道估计、波束成形等关键技术进行探讨,最后分析了目前RIS在实际应用中面临的主要挑战,以期为LEO卫星场景下的RIS研究提供参考。

低轨卫星通信网络星间链路几何参数动态特性

为了建立稳定的LEO网络星间链路 ,在星间链路及星载设备设计过程中必须考虑由于LEO网络中卫星处于不断运动中 ,在卫星处于不同位置时 ,星间链路几何参数随时间变化率等动态指标的变化规律 ,包括星间链路距离时间变化率 ,链路指向方位角时间变化率 ,链路指向仰角的时间变化率 .这些参数对分析星间链路的整体性能和星间链路设备设计是很重要 ,因此 ,详细阐述了星间链路几何参数的动态特性变化规律 。

国外新兴商业低轨卫星通信星座发展述评

近年来,在商业投资的推动下低轨卫星通信星座网络快速发展,不断有新的商业低轨卫星通信星座计划涌现。实际上20世纪90年代也曾掀起过低轨通信卫星星座浪潮,但结果却未能达到最初的设想。总结了20世纪90年代提出的低轨通信卫星计划的经验教训,概述了目前典型的新兴低轨商业卫星通信星座特性及发展现状,根据之前星座的经验教训提出了对当前商业低轨卫星通信星座发展的思考。

低轨卫星通信干扰效果评估

低轨卫星通信具有广阔的应用前景,研究对低轨卫星通信系统的干扰具有很重要的战略意义。本文通过对误码率和呼叫被清除概率两个评估准则的分析仿真,从理论上对干扰效果作了验证。

多普勒频移对低轨卫星通信抗干扰的影响

低轨卫星具有多普勒频移大的特点。对存在同频段干扰情况下 ,卫星信号和干扰信号的多普勒频移的规律及其对抗干扰性能的影响进行了分析。结果表明 ,当卫星运行至地面终端和干扰源之间时 ,卫星有用信号和干扰信号的相对频移尤其大 。

基于正交时频空技术的低轨卫星通信的安全分析

为了提高低轨卫星下行通信系统的安全性能,引入协作无人机干扰机向窃听者发送干扰信号。为了弥补现有频偏补偿方法的不足,下行传输基于正交时频空技术,将时变频选信道转换为时延多普勒域中近似非衰落的信道,以应对低轨卫星高移动性带来的严重多普勒效应。采用阶矩匹配的方法,求得阴影莱斯分布星地信道叠加和的概率分布函数,进而推导出合法接收端安全中断概率的闭式解。仿真结果验证了相对于正交频分复用方案,采用无人机干扰机可以有效增强保密传输能力,以及应用正交时频空方案对提高下行低轨卫星通信的安全性能的优势。

混合扩频技术在低轨卫星通信中的仿真研究

低轨卫星通信系统是未来卫星通信的一个发展方向,其抗干扰技术是目前国内外研究的热点课题。首先描述了低轨卫星通信的主要传播环境,确定了对应的信道模型及其典型仿真值,然后提出了一种混合直扩/跳频扩谱方案,基于系统级动态仿真软件SystemVue2006建立了方案的仿真模型,并在不同环境、不同干扰样式下对方案的抗干扰性能进行了仿真与分析。仿真结果表明提出的方案适合低轨卫星信道环境,具有较强的抗多音干扰能力,对改善低轨卫星通信的抗干扰性能具有一定的参考价值。

低轨卫星通信网络中改进的综合加权接入算法

针对用户终端有效与可靠接入低轨卫星通信网络的需求,基于现有的接入算法,综合考虑了卫星对用户终端的覆盖时间、卫星空闲信道数以及卫星接收信号的信噪比因素,提出了一种改进的综合加权接入算法,对该算法的目标函数和参数进行了设计与计算。仿真结果表明,采用改进的综合加权接入算法,新呼叫阻塞率和强制中断率等性能都得到了明显的改善。

低轨卫星通信技术与应用专题导读

随着卫星互联网技术的迅速发展,低轨卫星通信技术与应用已成为全球通信领域的研究热点之一。通过一定数量的低轨通信卫星与地面网络的融合组网,可以构建具备实时信息处理与传输的大规模星座网络,从而为地面和空中等用户终端提供全球覆盖的宽带互联网接入等通信服务。随着对空间资源利用的逐步深入,全球各国纷纷对低轨通信卫星星座展开部署。低轨卫星通信技术的研究,在空间信息基础设施的建设及轨道频率等资源的利用方面起到了重要的作用。

低轨卫星通信系统信道分配策略综述

卫星通信是全球无缝通信系统的重要组成部分,能够为多种数据传输建立安全可靠的全球性通信链路。其中,低轨卫星通信是当前的研究热点之一。信道资源的有限性制约卫星通信发展,进行卫星通信系统无线资源管理研究,建立高效、合理的信道资源分配模型,对提高卫星通信系统服务质量具有重要意义。对低轨卫星通信系统无线资源管理中信道分配的典型策略进行了分析和总结,并展望了这一领域的发展方向。最后,就进一步研究提出建议。

低轨卫星通信终端微带天线设计与实现

针对低轨卫星通信系统中微带天线的特性要求,首先利用高频结构仿真软件HFSS建立微带天线模型,并对该模型运用电磁理论和优化理论进行仿真优化,得到了最佳的微带天线结构和电参数。然后根据设计参数研制了符合要求的中心频率为398 MHz的微带天线,并且缩减尺寸至可以植入卫星通信中的便携式终端设备。利用矢量网络分析仪对该天线各参数实测结果表明,研制的微带天线的性能与实际要求的指标吻合,证明了设计的有效性。

一种低轨卫星通信天线多工作模式波束实现技术

在分析低轨卫星通信系统中不同链路所需波束类型的基础上,将所需波束类型归纳为宽波束和可切换点波束两大类,进而提出了用一副相控阵天线来实现这两种波束的方式。以16×16单元顺次旋转切角阵为研究对象,采用最小二乘优化方法综合阵列方向图,得到对地等通量覆盖的宽波束;合理设计波束分布,采用相控阵常规的波束切换功能,得到点波束覆盖图。仿真结果表明,宽波束和可切换点波束均能实现对星下±55°范围的覆盖。相比常规的多天线方式,这种多工作模式波束实现技术大大降低了卫星系统的复杂度,降低了设计、集成、测试和维护卫星天线系统的时间和成本,降低了卫星平台天线布局的难度,因此具有重要意义。

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。

低轨卫星通信网络领域国际竞争:态势、动因及参与策略

低轨卫星通信网络包括“天星天网”和“天星地网”两种架构,相较于地面通信具有覆盖广、成本低、部署快等优势;较于传统高轨卫星通信则在整体布设、传输模式、覆盖特性、拓扑结构上独具特点,在全球通信和互联网接入,5G、物联网和航天产业带动,以及太空军事能力应用方面极具潜力;不仅是商业航天技术的“竞技场”,更是主要大国太空和军事战略博弈的新“杠杆”,引发了更多航天国家和企业在这一领域积极参与布局、力图抢占先机。当前,各航天国家在低轨卫星通信网络领域竞争激烈,呈现出“美国主导、其他航天国家加速跟进”的竞争态势,其更深层次的动因在于抢占频轨资源、争夺先发优势以及着眼国家安全考量。为应对和参与当前激烈的国际竞争,我国可以从布局中低轨道频段资源、发展低成本的航天技术、优化商业航天发展模式、加强国际社会多方合作四方面入手,和平开发和利用低轨空间,争取提供一流的中国产品和服务。

面向智能高铁的低轨卫星通信发展综述

低轨卫星具备大带宽、低时延、广覆盖等优点,非常适合作为地面网络的补充,实现智能高铁全线路覆盖、无缝连接的要求,有助于构建空天地一体化通信网络。针对现行铁路移动通信网络存在的不足,研究低轨卫星在智能高铁中的应用以及关键技术,首先分析智能高铁的通信需求,然后介绍国内外铁路卫星通信的发展现状,最后从传播特性、物理层参数、波束切换、资源管理等几个方面对低轨卫星应用在智能高铁领域的关键技术与挑战进行探讨。