基于中断概率的星地网络鲁棒功率控制算法

相较于传统的地面认知网络,星地认知网络链路传输时延较长,因此基于实时信道感知的认知用户中断概率较高。以离散时间马尔科夫链描述授权用户的动态及衰落信道,同时考虑信道转移概率的不确定性,建立基于似然不确定性模型的信道状态马尔科夫链,利用鲁棒的向后递归方法得到离线存储的功率分配矩阵,并对网络中多个用户采用博弈论的方法,进而提出基于中断概率的功率控制算法。仿真结果表明,与RRAP和TS-RS-PA算法相比,该算法在网络延迟存在的情况下能够更有效地降低中断概率并节约能耗。

一种适用于星地网络的流量负载均衡算法

在星地网络的背景下,为了降低由于地面网络链路负载过高导致的传播时延,提出了一种适用于星地网络的负载均衡算法。算法基于网络的链路容量设置一个链路资源利用率作为阈值,当发现路径出现过载的时候分成两步进行路径的预规划:第一步,运用蚁群算法为链路过载的数据流选择其他的路径,以满足地面网内部的负载均衡;第二步,如果仍出现链路超阈值的情况,通过卸载延迟容忍数据流来执行地面与卫星网络之间的负载均衡。仿真结果表明,设定自适应的过载阈值可以有效降低链路的拥塞,与现有算法相比该算法不仅可以更加均匀地分配地面网络中的流量,而且借助卫星网络使地面网络的平均时延降低了18.3%,提高了网络的服务质量。

星地网络中基于感知的频谱共享方法

针对星地网络中卫星上行链路与地面网络频率共享问题,挖掘频率共享空间可能性,搭建基于周期感知的机会频谱接入模型;研究感知时长与卫星上行链路吞吐量权衡问题,证明吞吐量是关于感知时长的凹函数;对时变信道引入多时隙感知和协作感知方法,分析两种方法对感知性能的提升。仿真结果表明,设计卫星网络的感知时长可以最大化上行链路吞吐量,多时隙感知和协作感知策略可以进一步提升卫星网络吞吐量。

移动边缘计算使能的星地网络D2D辅助任务卸载

针对地面设备计算资源未得到有效利用的问题,研究了移动边缘计算使能的星地网络中设备到设备(D2D)辅助任务卸载。建模了最大化所有用户设备、服务设备和低轨道地球卫星的效用的问题,并将其分解为任务卸载比例优化子问题和任务卸载决策子问题。通过理论推导分别得到了D2D卸载和移动边缘计算卸载的最优任务卸载比例的解析解,并设计了一种基于匹配博弈的任务卸载决策算法,提出了一种任务卸载比例和任务卸载决策联合优化方案。仿真结果证明,与参考方案相比,所提方案具有更好的性能。

6G星地融合网络资源管理关键技术

卫星网络因具备弥补地面网络覆盖盲区的特性,成为6G网络实现泛在连接应用场景的关键技术之一。为了实现卫星网络和地面网络间高效的资源融合管理,首先简要介绍了星地融合网络的发展现状,总结了星地融合网络资源管理技术的研究现状以及面临的挑战。其次,对6G星地融合网络下的移动性管理、跨域多维资源管理和统一的空口协议设计等关键技术进行分析,并基于对现有研究的探讨给出解决方案。最后,对未来面向6G的星地融合网络资源管理的发展提出了新的展望。

星地融合网络管控架构设计

星地融合网络的运行管控需要面向巨型星座和天地大尺度网络,实现对异构基础设施、分层立体网络、跨域多维资源、定制化业务服务的综合调度管理,管控对象多样,关系错综复杂,管控的协同性和高效性直接影响网络的服务能力。针对以上问题,基于网络为本、星网协同的理念,探索星座、网络、业务的协同管控机制,提出星地融合网络运行管控的总体架构,并详细设计管控中心功能,规划典型运行管理流程,分析其在巨型星座在轨管理和大尺度跨域网络管理等方面的适用性,为星地融合网络运行管控系统建设和系统运行管理提供技术支撑。

不同解码方案下的星地融合网络混合多址接入性能分析

该文针对地面中继辅助的星地融合网络(ISTNs),分析了卫星采用不同解码方案时系统性能的差异。首先,提出一种新颖的用户配对方案,通过位置信息将卫星波束覆盖范围内的多个用户分为若干个组。接着,为了提高传输可靠性以及频谱利用率,用户采用混合多址接入技术与卫星进行通信。进一步,在考虑用户-地面中继链路服从Nakagami-m分布,地面中继-卫星链路服从相关阴影莱斯分布的情况下,分别推导出基于连续干扰消除(SIC)和联合解码(JD)两种解码方案的系统中断概率和吞吐量的闭合表达式。最后,计算机仿真验证了理论分析的正确性和所提方案相比正交多址(OMA)方案的优越性,并揭示了JD解码技术在ISTNs中的可行性。

智能反射面辅助的星地认知网络多播传输鲁棒优化设计

针对智能反射面(Intelligent reflecting surface,IRS)辅助的星地认知网络(Cognitive satellite and terrestrial networks,CSTN),提出了一种基于用户非完美信道状态信息的鲁棒多播传输算法,进一步提高了系统频谱效率。卫星采用多播技术服务多个主用户,同时共享频谱资源的地面基站(Base station,BS)通过空分多址和智能反射面分别服务直达用户和遮挡用户。然后,以地面网络发射功率最小化为优化目标,同时将地面用户的中断概率和主用户所受的最大干扰功率作为约束条件,提出联合优化问题。针对此非凸问题,首先借助指数分布的累积分布函数将非凸的中断概率约束转化为可解形式。接着,提出了一种结合交替优化与半正定松弛的鲁棒波束成形算法,以获得较优性能的解。计算机仿真结果证明了所提算法的鲁棒性和优越性。

面向6G的星地融合网络频谱共享技术

卫星网络被公认为是下一代移动通信系统的重要组成部分,其与现有的地面蜂窝网络实现优势互补形成星地融合网络,可以为全球范围内的海量用户提供无处不在的宽带接入服务。而两网如何高效共享有限的频谱资源、缓解同频共存干扰成为当前的技术难点与热点问题之一。分析了星地融合网络频谱共享时存在的典型干扰类型,并对星地频谱共享场景中系统间干扰进行了仿真。介绍了星地频谱共享需要进一步研究的关键技术,并总结了星地融合网络频谱共享面临的挑战。

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。

面向星地融合网络的统一编排架构和关键技术

面向6G的星地融合网络将实现地面通信和卫星通信的系统级深度融合。为了应对星地融合网络的高动态、分层分布等特征带来的多维多域异构资源的管理和编排挑战,提出一种面向星地融合网络的统一编排架构,实现星地融合网络中多层多域网络的资源、功能、服务等多要素的统一编排。基于该架构,提出分布式自治技术用于多层多域网络的按需部署和灵活组网,以及提出算网协同技术用于多维资源的云边协作从而提升用户体验质量。最后,通过自研的实验平台完成了对星上新型编排管理系统的可行性验证。

星地融合网络中基于无监督图学习的卫星切换方法研究

随着未来6G移动通信研究的快速发展,星地融合通信将是满足全域覆盖、泛在接入的重要技术。在星地融合网络中切换决策直接影响网络性能与服务持续性,现有切换算法主要通过实时监测候选卫星状态,计算权重进行切换判决,难以适应高动态星地网络中时空周期异步的切换决策。提出一种基于无监督图学习的卫星切换方法,引入卫星覆盖时空图表征网络连接关系,设计前向蚂蚁和后向蚂蚁发现并反馈的信息素感知机制,建立图学习模型,挖掘卫星覆盖时空图中卫星节点、用户节点与连接关系之间的隐式特征信息和拓扑信息,将切换决策问题转化为求解节点和边之间的连接关系概率,同步切换决策周期。仿真结果验证了所提卫星切换方法具有较快的收敛速度,切换时延降低20%。

基于随机几何的星地融合无线网络上行覆盖性能分析

星地融合无线网络(STIN)是实现全球无缝立体覆盖的重要途径。为指导星地融合无线网络实际部署,对上行覆盖性能成因规律进行分析。利用随机几何对星地异频部署场景进行了建模,其中,卫星在轨道上服从一维泊松点过程(PPP)分布,地面基站和用户服从二维PPP分布。基于此,推导了星地融合无线网络上行覆盖概率关于基站密度、轨道倾角等参数的表达式。实验仿真验证了理论推导结果的正确性,并分析了网络设计参数对上行覆盖概率的影响。

面向星地一体化网络的频谱共享方法研究

星地一体化网络是B5G/6G网络发展的重要趋势,业界正积极推动星地一体化网络的发展。随着卫星业务广泛进入消费市场,L、S等频段的频谱短缺问题日益严重。星、地网络间频谱共享是解决该问题的有效方案之一,但会导致系统间严重干扰。为此,提出一种基于干扰感知的频率资源共享分组方法,该方法在约束地面网络干扰功率的前提下,最大化星地一体化网络的系统效用,并通过局部搜索算法求解非线性整数规划问题。仿真结果表明,所提方案能够有效降低来自地面网络的干扰,并提升频率资源利用率。

星地融合网络的组网关键技术探讨

面向未来,移动通信网络将具备“连接+”的通信服务能力,以及实现卫星通信和地面通信的系统级融合,因此提出一种集连接、智能、感知、计算、数据等多个要素于一体的星地融合网络架构。基于所提的网络架构,首先,探讨星地融合网络的组网关键技术,包括星地协同的智能管控技术、面向星地融合的高动态网络切片技术,针对用户业务对星地融合网络提出的差异化网络服务需求,对网络切片技术以及分布式自治技术的潜在发展形态展开讨论。然后,分析星载轻量化核心网技术。最后,通过自研的移动通信网络平台验证星地融合组网下的多业务网络切片共存以及轻量化核心网上星的可行性。

面向星地融合网络的星上管控节点动态部署方法

针对低地球轨道卫星网络节点高动态性的问题,提出一种面向星地融合网络的星上管控节点动态部署方法。首先,基于星地融合网络结构复杂多变和星上节点处理能力受限的特点设计主从协同管控的星地融合组网架构;其次,提出星上管控节点部署模型,该模型以星上管控节点部署成本作为优化目标函数,综合考虑业务QoS和网络负载等约束条件,旨在通过优化控制器的数量和位置来改善卫星组网响应时延;最后,采用强化学习方法快速求解不同网络拓扑状态下的星上管控节点数量和部署位置。仿真实验分析了所提算法、加速粒子群算法(ASPO)及最优搜索算法(OptSearch)在星上管控节点动态部署数量和平均组网响应时延上的对比结果,从而验证所提算法在星上管控节点部署中具有一定的优越性。

基于用户协作PDMA的星地融合网络性能分析

将用户协作PDMA技术引入到星地融合网络下行链路系统的通信中,目的是当卫星向用户发送PDMA叠加信号时,其中最佳信道用户能够作为半双工中继节点解码和转发其他用户的信息,以提高弱用户的通信性能。文章推导出三用户处于不同程度衰落情况下系统的中断概率和遍历容量表达式,并通过仿真验证了理论分析的正确性,而且证实了与传统的正交多址接入及非协作PDMA系统相比,用户协作PDMA方案可以获得更高的中断性能和遍历容量。

基于效用优化的星地融合网络联合用户关联及资源块调度算法

星地融合网络通过实现卫星网络与地面蜂窝网络的有机融合,可为用户提供灵活的网络接入服务,满足多场景用户应用需求.然而,卫星网络拓扑结构的动态变化、星地链路的复杂特性、多网和多用户资源调度粒度的显著差异性,以及资源共享模式的多样性,均对星地融合网络用户关联及资源调度问题带来困难及挑战.本文针对星地融合网络下行链路增强型移动宽带用户(Enhanced mobile broadband User,EU)及高可靠低延迟通信用户(ultra-Reliable and low latency communications User,RU)数据传输场景,研究用户关联及资源调度问题.在满足用户传输需求、网络可用资源、资源共享模式等约束条件下,将联合用户关联及资源块调度问题建模为系统效用函数最大化问题.由于该优化问题为强耦合问题,不易直接求解,本文将原优化问题分解功率分配子问题、用户关联及资源调度子问题.针对功率分配子问题,利用拉格朗日部分松弛法对离散变量进行连续化,进而将功率分配子问题转换为凸优化问题,采用拉格朗日对偶算法进行求解.基于得到的功率分配策略,本文提出一种启发式算法确定用户关联模式及资源块分配策略,在对蜂窝网络可用时频资源状态进行评估的基础上,分别针对时频资源充足及时频资源不充足的情况设计用户关联及资源块调度策略.针对时频资源充足情况,根据用户资源调度模式,分别定义RU及EU的时空资源调度粒度,进而针对采用正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)模式的RU及EU,基于KM匹配算法优化确定时频资源块调度策略;进而,针对采用穿孔模式的RU与EU,提出一种基于贪婪算法的EU资源块重调度策略,以满足用户最小传输速率;针对占用相邻子信道的EU优化确定OFDMA模式及非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)模式,以实现效用函数的提升.针对蜂窝网络时频资源不充足的情况,为无法接入蜂窝网络的用户分配卫星关联模式,并设计基于Kuhn-Munkres匹配算法的资源块调度策略.最后,通过仿真验证本文所提算法的有效性.

IRS辅助的星地融合认知网络中断性能分析

分析了智能反射面(IRS)辅助的星地融合认知网络系统的中断性能。首先,针对卫星采用点波束技术服务地球站,而基站通过智能反射面扩大通信范围,并采用非正交多址接入(NOMA)技术服务多用户场景,在系统采用认知无线电技术来实现卫星主网络与地面次级网络之间频谱共享的情况下,建立以地面用户平均信干噪比最大化为目标的优化问题;其次,基于角度域的信道状态信息提出了一种低复杂度的IRS相移设计方案,从而得到智能反射面相移矩阵;接着,分别推导出地面用户在固定和移动2种情况下的中断概率闭合表达式。为了进一步分析系统性能,推导了高信噪比条件下系统的中断概率近似表达式。最后,计算机仿真验证了中断概率表达式的正确性,并分析了主要参数对系统性能的影响。

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。