星间链路通信收发一体化系统设计

随着卫星制造发射成本的降低以及全球通信需求的增加,低轨星间链路技术成为研究热点;星间链路可将多颗卫星互联,建立具有导航和通信功能的自主运行系统,可靠的通信技术是当前的研究重点;为了适应外太空具有较大多普勒频移的高动态环境,设计了星间链路通信收发一体化系统;发射端采用UQPSK直接序列扩频技术,双通道架构可同时完成不同速率的导航与通信数据的发射,再运用LDPC编码技术提升数据发射速率与稳定性;接收端采用改进的PMF-FFT分段捕获算法与归一化最小和LDPC译码算法,以快速准确捕获星间信息;在FPGA硬件平台经过多次测试,该系统均可在高动态环境下,正确快速捕获到多普勒频移高达±341 kHz的信号,捕获算法时间均可保持在200 ms以内,符合实际应用中的性能需求。

空天信息网络中通导融合技术综述

空天信息网络是推动社会经济发展和保障国家安全的重要基础设施。空天信息网络将陆基网络、卫星网络及航空网络构成一体化网络架构,深度耦合通信、导航、遥感等功能,实现信息的高效传输和高精度位置服务。文章分析卫星网络、移动通信网络、局域通信网等多种无线网络通信导航融合定位技术的发展现状,并阐述其面临的挑战,提出多网融合方法可以提升室内外广域无缝高精度位置服务的可靠性。利用5G移动通信网络,与北斗/GNSS卫星导航系统结合,实现相互增强。最后,从天地一体定位导航与授时体系和仿生通信定位导航两方面探讨空天信息网络中通信导航融合定位技术的未来发展趋势。

业务驱动的低轨卫星物联网终端模态切换方法

针对低轨卫星物联网场景下基于窄带物联网(narrow band Internet of Things,NB-IoT)体制的物联终端大尺度地理范围内多场景应用业务时延和终端功耗需求动态变化问题,提出一种利用马尔可夫链模型评估NB-IoT终端在扩展不连续接收(extended discontinuous reception,eDRX)和节能模式(power saving mode,PSM)下的时延功耗的方法,建立了以下行业务延迟和终端功耗为优化目标的多目标优化问题。在信关站利用终端历史业务数据信息离线训练基于支持向量机(support vector machine,SVM)的时延功耗的回归预测模型,以回归预测模型作为非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithms-II,NSGA-II)的目标函数,得到多目标优化问题的Pareto前沿解集,进一步从Pareto前沿解集中选择满足当前应用时延功耗需求的工作状态定时器参数值,在线配置终端。仿真结果表明,相比于传统的地面物联网终端固定式定时器参数配置方法,所提出的业务驱动的定时器参数配置方法在终端动态多场景应用下能够更好地满足业务时延和终端功耗需求。

智能天地一体化网络的卫星跟踪测控技术综述

随着卫星互联网和我国航天测控技术的不断进步,航天测控网络朝着智能化、一体化的方向发展,在自主测控、资源分配等方面进展良好。因此,建立智能天地一体化的航天测控网是我国航天未来发展的重要目标。针对智能航天测控网中的跟踪测轨、遥测和遥控三个方面,分别介绍了相关原理与技术。同时,结合CCSDS提出的空间数据链路标准协议详细介绍了TM、TC、AOS、Proximity-1以及USLP标准,分析了不同标准所使用的技术与实际应用。本文从数据链路层和物理层的角度介绍了智能航天测控系统的工作原理及技术要求,为我国智能天地一体化卫星测控通信网的研究提供参考并予以展望。

M-DRL的低轨道卫星网络计算卸载和任务迁移

针对无人机网络高时延、低性能、有限带宽、难以解决复杂计算任务问题,提出了一种将低地球轨道卫星和移动边缘计算技术结合形成的MEC辅助LEO卫星网络计算卸载和任务迁移方法。首先通过建立本地计算模型、卸载模型和迁移模型,确定目标优化成本函数。然后为降低模型复杂度,引入多智能体深度强化学习模型,利用多智能体双延迟深度确定性策略梯度(MATD3)算法求解优化问题,降低系统总时延。仿真结果表明,与本地计算及随机迁移算法相比,MATD3算法的任务处理时延分别降低94.55%和83.02%,证明了MATD3算法在计算卸载和任务迁移方面的有效性和可靠性。

卫星互联网现状与发展展望

1概述。卫星互联网是能够向用户提供互联网接入服务的卫星通信系统。美国卫讯公司(Viasat)等发射运营的地球静止轨道(GEO)高通量卫星(HTS)通信系统,欧洲卫星公司(SES)的“另外三亿人”(O3b)中地球轨道(MEO)卫星通信系统,欧洲通信卫星公司(Eutelsat)的“一网”(OneWeb)低地球轨道(LEO)卫星通信系统、太空探索技术公司(SpaceX)的“星链”(Starlink)LEO卫星通信系统等,都是支持卫星互联网应用的典型卫星通信系统。

基于可靠性的卫星服务功能链保护方法

在基于SDN架构的混合卫星网络上讨论了服务功能链(Service Function Chain,SFC)的可靠性部署问题,首先对SFC可靠性保护的问题进行描述,建立了底层网络与SFC请求模型,然后建立了网络服务功能的可靠性需求模型与低轨卫星链路的可靠性需求模型,明确了优化目标与约束条件。接着提出基于可靠性的卫星服务功能链保护方法,包括基于深度强化学习的可靠性保护算法和基于低轨卫星节点与链路可靠性备份算法。实验表明,提出的基于可靠性的卫星服务功能链保护方法能在SDN架构的混合卫星网络上提高SFC请求接受率,减少平均时延,在不同的SFC可靠性需求的条件下也保持较高的请求接受率。

油气管道VSAT卫星链路计算方法研究

为了解决VSAT卫星链路完全依靠卫星厂家进行计算且无法核对厂家提供的数据是否正确的问题,针对VSAT卫星链路计算的可靠性和健壮性,提出了一种油气管道VSAT卫星链路计算方法。该方法采用“功带平衡”算法,将VSAT卫星链路的带宽占用比等同于功率占用比,计算出卫星转发器最大输出功率,进而计算等效功率密度,根据每载波占用卫星的ERIP值公式,计算出饱和通量密度,匹配出卫星天线尺寸及功放矩阵,根据匹配的卫星天线及功放计算VSAT卫星链路总载噪比,将VSAT卫星链路总载噪比和系统最低载噪比进行对比,VSAT卫星链路总载噪比大者为合适的卫星天线及功放,反之为不合适选项,用推算出的卫星天线及功放推算出功率占用比,功率占用比与带宽占用比差别较大时,需调整卫星天线及功放的选择,计算功率占用比,直到卫星天线及功放达到功率占用比等于带宽占用比,即为最优的卫星天线和功放。通过最终的计算可得出卫星天线与功放的匹配矩阵,在实际工程中需从中选取合适的卫星天线与功放中的最小值达到最经济、可靠的匹配。该计算方法通过软件编程进行了界面可视化显示,并在诸多工程中进行了详细验证,结果表明此方法准确可靠,很好地提升了VSAT卫星链路计算的可靠性和健壮性。

面向卫星互联网信号的监测处理平台设计

在低轨卫星互联网迅猛发展的背景下,我国卫星监管机构围绕新型目标开展针对性监测的效果不佳,技术水平亟待提升。基于卫星互联网信号传输架构的研究结果,提出一种面向卫星互联网信号的针对性监测技术框架,设计并实现高速监测处理平台。典型卫星信号经过信号检测、识别、解调译码后,支持比特流级信号分析。实验结果表明,该平台能够实现典型卫星互联网信号监测处理流程并得到相关特征参数,对研制监测设备具有实用意义。

成对载波多址技术在靶场卫星通信系统中的应用

卫星通信具有覆盖范围广、部署方便和不受地理环境限制等优点,是靶场信息通信系统的重要组成部分,但由于卫星转发器资源有限、通信保障难等原因,致使卫星通信系统应用存在一定的限制。采用将基于相关函数的成对载波多址(Paired Carrier Multiple Access, PCMA)技术应用于靶场卫星通信系统的方式,通过PCMA设备使通信双方工作在同一频段,从而节约近一半卫星转发器资源,同时实现卫星通信保障需求,具有较好的自干扰抑制能力,有效提升了靶场卫星通信系统性能。

高通量卫星有效载荷新技术研究与展望

全球通信卫星领域正处于蓬勃发展之中,卫星技术持续创新、卫星系统快速更迭、应用服务不断深化、普及范围大大拓展,卫星通信进入与地面网络融合发展的天地一体卫星互联网时代。高通量卫星(HTS)凭借超越传统通信卫星的高吞吐量和逐渐成熟的运营服务模式,成为未来卫星产业发展的重要趋势。

基于改进粒子群算法的卫星星座优化设计

面向区域覆盖的卫星星座设计是一个多约束的优化问题,提出一种基于改进粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法的中轨(Medium Earth Orbit,MEO)卫星星座优化设计方法。以最大化卫星星座对中国区域的平均覆盖率为目标,基于3+4P星座构型进行卫星星座优化设计,并采用改进PSO算法对卫星的轨道参数进行优化。通过仿真软件和卫星仿真工具包(Satellite Tool Kit,STK)互联进行算法验证,并将改进PSO算法、标准PSO算法和遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的优化结果进行对比。仿真结果表明,改进PSO算法优化后的卫星星座对中国区域的覆盖率均值为95.34%,分别比标准PSO算法和GA算法高0.68%和9.55%,同时具有更高的平均覆盖重数和总覆盖时长。因此,基于改进PSO算法的卫星星座优化设计方法可以实现较好的覆盖性能。

一种基于深度Q网络改进的低轨卫星路由算法

针对卫星节点高速移动,导致节点之间链路状态变化过快的问题,对基于深度强化学习的卫星路由算法进行了研究,由此提出一种基于深度Q网络改进的卫星路由算法。算法采用虚拟节点的思想,以最小跳数为原则,将跳数和距离设置为奖励函数相关参数。同时设置优先经验回放机制,使得算法训练中学习价值最高的样本;最后对网络进行参数的设置并且进行训练。仿真结果表明,从网络传输时延、系统吞吐量、丢包率方面有明显的提升,能有效地适应卫星节点之间链路状态高动态变化。

面向低轨卫星的星地信道模型综述

低轨卫星(LEO)具备通信时延低、部署成本低、覆盖范围广的特点,已经成为了建设未来空天地一体化网络的重要组成部分。然而卫星通信中端到端传播距离长、经历衰落复杂、终端移动速度快,其信道特性与地面蜂窝网络信道具有很大差异。基于此,为了对低轨卫星星地信道特性以及信道模型有较为全面的认识,该文总结了目前国际标准组织对星地信道的标准化进展,讨论了星地信道在不同传播位置处的衰落特性,根据建模方法对已有的重要信道模型进行了划分与阐述,最后对未来的工作提出了展望。

基于LEO卫星通信的拥塞预测方案

为解决路由算法对卫星通信拥塞情况处理不及时导致卫星系统的吞吐量、时延和丢包率等性能的影响,提出一种基于LEO卫星通信的拥塞预测方案。该方案是利用卫星进行区域判断,识别自己是否处于拥塞区域。处于拥塞区域时可获取相关区域的信息,并分享其位置信息,实现相邻卫星针对拥塞区域信息的实时交互以达到预测拥塞,减少拥塞区域的交通负荷的集中。实验结果表明,利用该方案的路由算法相较于利用之前的方案或策略的路由算法,对整个卫星通信系统在吞吐量、时延和丢包率方面的性能有所提高。

巨型星座路由技术综述

针对当前卫星星座巨型化趋势,分析巨型星座的特点,从组网传输和业务需求两方面总结巨型星座路由的能力要求,包含信令开销、负载均衡、故障处理、QoS保障等4个方面,并针对性地分析适用于巨型星座的路由方法、典型算法及其表现。展望软件定义网络、区域划分、人工智能、算力路由等4种支撑巨型星座路由的相关技术方向,以期对6G卫星互联网建设提供参考。

面向6G的星地融合标准化研究进展

星地融合被视为6G的标志性发展方向,ITU和3GPP等国际标准化组织或其它机构正有序推进面向6G的星地融合标准研发。对具有全球代表性的面向6G的星地融合标准化研究机构进行了简单介绍,重点分析ITU和3GPP在5G-Advanced及6G标准化过程中关于星地融合的主要研究和标准化成果。ITU在对卫星在IMT-2020网络的用例、场景、能力、系统、无线电接口,以及性能参数等方面进行了规范的同时,在IMT-2030未来技术趋势有关建议书突显了卫星的地位与作用。3GPP在冻结全球首个5G非陆地网络标准Rel-17、确立NR-NTN规范之后,于Rel-18版本中优化NR-NTN的同时,推出E-UTRA-NTN,并已启动Rel-19研发工作,有望在2026年启动6G标准研发。对中国IMT-2030(6G)推进组在推动6G星地融合标准化方面所做出的积极贡献一并进行了介绍,并对6G星地融合标准化工作进行了总结和展望。

面向用户多样化业务需求的多波束卫星系统动态资源分配算法

多波束卫星通信系统由于其高吞吐量和高资源利用率而受到广泛关注.已有研究主要考虑多波束卫星通信系统的信道或功率分配问题,但较少考虑用户分组和动态资源分配策略的联合优化设计,导致系统性能受限.此外,现有研究往往假设固定的波束覆盖半径,忽略了波束覆盖半径可变性对波束覆盖性能提升的影响.本文研究了多波束卫星通信系统中的用户分组和资源分配问题,提出了一种两阶段资源管理方案.针对动态和多样化的用户服务需求,首先设计一种基于Voronoi图的迭代用户分组算法以实现分组之间的负载均衡,然后将子信道和功率分配问题建模为系统平均效用函数最大化问题.为解决该问题,将每个波束视为一个智能体,采用一种基于多智能体深度Q网络(Deep Q Network,DQN)的算法来确定子信道和功率分配策略.仿真结果表明,与K-均值用户分组方案相比,本文所提出的基于Voronoi图的迭代用户分组算法对应的用户组负载差异值可降低49.2%,体现了本文所提算法在实现用户组间负载均衡方面的优势.此外,本文所提两阶段资源管理方案与现有文献中所提算法相比,系统所提供容量与用户需求差值可降低83.43%,体现了本文所提算法在实现系统资源高效利用及用户服务需求保障方面的性能优势.

一种基于信息检测的卫星处理载荷健壮性提升策略

为了以尽量小的代价提升处理载荷的在轨健壮性,提出了一种不增加硬件且工程易实现的策略。该策略引入一种新的信息流设计,在单机间信息传输时插入特殊设计的测量帧,通过该测量帧在处理载荷之间的信息闭环检测实现在轨故障判断与定位,以很小的代价实现单机间完好性监视以便故障快速恢复,提升了在轨处理载荷的可用度和健壮性。仿真结果表明,针对单粒子事件引起的在轨故障,所提策略理论上相比传统方式的检测概率能够提升3~4倍,故障恢复时间能够缩短至1/6以下,配合其他在轨故障处理与快速恢复方法,还可进一步降低单粒子事件对业务的影响。

低轨卫星激光载荷配置及快速建链方法的研究

为了适应未来低轨卫星轻量化和低成本的发展趋势,满足星间激光快速建链的使用需求,对星间激光配置原则进行了分析,采用转台式激光载荷和固定式激光载荷相结合的载荷配置方式,分别用于异轨道面间和同轨道面内的星间建链,设计了基于在轨恒星标校、信标光辅助建链和光轴一致性的激光载荷快速星间建链方案,并介绍了全流程。结果表明,星间激光载荷建链时间小于30 s,可实现长时间的星间激光稳定跟踪通信。该研究结果有助于推动星间激光通信的发展和大规模在轨应用。