GEO多波束卫星移动通信系统多址方式选择的研究

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多波束卫星通信系统中的动态波束调度技术研究

多波束卫星通信系统中的动态波束调度技术研究卫星通信系统作为对地面通信网络基础结构的一种补充,以其全球覆盖能力强、通信距离远、系统容量高、抗重大自然灾害、可提供固定及移动通信业务等优点,受到了研究人员的重视及国家的支持。

随着对其容量需求的不断增加及频谱资源的持续消耗,提出了多波束卫星通信系统,它采用多个高增益窄波束共同覆盖较大区域,能有效提高频谱资源利用率与系统性能。

然而,一颗卫星提供的点波束越多,所需的发射机越多,但星载设备十分有限且昂贵。

基于动态波束调度技术利用少量波束通过时分复用覆盖多个小区可以有效解决该问题,但不同的波束调度策略会直接影响数据包的传输时延与吞吐量等。

因此,如何通过动态波束调度技术提高系统性能是当前亟需解决的问题。

对此,本文进行了以下两点研究。

第一,研究了基于稳态时间平均值的波束调度技术。

在少量波束覆盖多个小区时,针对如何设置每个小区的流量退避参数以减小系统拥塞并提高吞吐量的问题,通过将表示小区是否获得波束的二元变量替换为稳态时间平均值,将波束调度问题建模为受平均等待时延、信道容量、流量大小、波束个数及用户公平性约束的双重嵌套的线性规划问题,以最大化系统吞吐量。

仿真结果表明,与现有算法相比,在保证用户公平性不变的同时,系统吞吐量得到显著提高。

第二,研究了基于深度强化学习的动态波束调度技术。

在基于稳态时间平均值的波束调度技术中,用线性规划得到的结果仅仅适用当前状态,一旦环境略有变化则需重新计算,且未考虑时延优化。

针对上述问题,本文结合了深度学习提取信道容量、用户业务量、时延等特征的能力与强化学习进行波束调度决策的特点,提出了基于深度强化学习的动态波束调度算法,旨在最小化所有小区传输数据包的平均时延,并提高系统吞吐量。

首先,将动态波束调度问题建模为马尔可夫决策过程,准确表征每个时刻采取决策之间的相关性,然后将环境状态重构为多维张量,表征业务量的时空特征,再通过卷积神经网络提取相关特征并进行波束调度决策。

多波束卫星通信系统资源的动态分配研究

在于从高斯保障的情况下，为使ＳＩＮＲ最小化且避免信号受其他因素干扰，应对用户发射信号，功率逐渐减少。
工作过程中需以基带信号代替信源进行编码，利用调制器控制中频载波，通过上变频器的作用下将其成为射频信号，最后利用天线与功率放大器向通信卫星中完成发送。尽管卫星通信在覆盖区域、传输质量等方面具有一定的优势，也存在一定
的实际状况进行分析，确保子载波的数量以及资源的分配能够实现最优化。由于用户信道信息在多波束卫星通信系统中各有不同，因此实际向用户分配时还需对用户间信道特征作出具体分析。另外，在分配功率过程中，主要将子载波分配为基础，将数据传输的速率在总功率限制下实现最大化，其实质
整，从而使信道容量实现最大化。目前所采用的方式主要为优化目标函数、容量最大化算法、最小容量最大化算法以及基于比例数据传输速率限制的容量最大化算法等。但实际计算过程中，容量最大化的方式很可能产生子载波与功率分配不
均的情况，最小容量最大化的方式又忽视了数据传输速率方
用户可使用所有信道资源，而且还将信道增益信息融入其中，使信道的利用率及信道资源的灵活分配得以保障。特别在通信业务的未来逐渐呈多样性特征，且无线信道在具有时变特性影响下，动态分配方式更能满足其发展需求。
ｌ多波束卫星移动通信系统的基本原理及相关技术

GEO卫星移动通信系统信道分配策略研究

在上述几种信道分配方案中，预留信道方案通过预留信道降低切换呼损率，但却导致初始呼损率上升; 排队方案通过排队机制降低切换呼损率，却使切换呼叫产生一定的延迟。如果将预留信道方案与排队方案相结合，即预留少量的信道同时又引入排队机制，这样就不会导致初始呼叫呼损率过大，并可以通过排队进一步降低切换呼损率。
GEO卫星移动通信系统信道分配策略研究
移动通信分为地面移动通信和卫星移动通信,卫星移动通信又可分为星座移动通信和静止轨道卫星移动通信。人们对地面移动通信系统用户越区切换时信道分配策略的研究已经比较成熟，而卫星移动通信系统信道分配策略的研究相对较少。GEO系统星地位置相对静止，因而成为区域性通信的首选。针对GEO 系统终端运行速度快、波束覆盖面积大等特点，将移动通信的几种信道分配技术应用于该系统，通过仿真来分析系统的性能。
驻留时间是描述一个移动终端在一个波束内时间量的随机变量。驻留时间分为初始呼叫驻留时间Tns和切换呼叫驻留时间Ths。Tns是一个终端呼叫从发起到离开波束的时间长度，T hs表示一个从相邻波束切换过来的终端在该波束的驻留时间。假设终端在每个波束的平均驻留时间为Ts，Ts 服从负指数分布，均值为1/ us，us= 0. 7182 × v / R，v 代表速度,R 代表波束半径。
预留不同的信道数对系统性能有很大影响，，预留信道越多，系统性能越差，因为预留信道不能被初始呼叫所使用，降低了信道的利用率，进而ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ低了系统容量。由图3( b) 可见，对于不同的队列长度，初始呼叫的阻塞率几乎没有改变。
因为初始呼叫不参与排队，队列的大小和初始呼叫没有任何关系，排队只是针对切换呼叫。对于切换呼叫，当呼叫强度较低，每小时少于20 次时，队列大小对系统性能影响不明显，因为排队混合方案为切换呼叫预留了信道; 当呼叫强度增大，预留信道被全部占用，切换呼叫开始参加排队。但并不是队列值越大，系统可容纳的呼叫强度就越大，当呼叫强度达到55 次/ h 以上时，队列大小对系统性能的影响同样不明显。当呼叫强度为30 次/ h，预留2 条信道,队列大小为10 的排队混合方案的切换呼损率和初始呼叫呼损率分别约为0. 001 和0. 02，而预留信道方案在保证切换呼损率为0. 001 时，至少要预留5条信道，而预留5 条信道时的初始呼损率高达0. 1,显然排队混合方案比预留信道方案有更好的性能。

卫星通信中的多址接入技术

卫星通信中的多址接入技术在当今高度互联的世界中，卫星通信作为一种重要的通信手段，发挥着不可或缺的作用。

无论是在偏远地区的通信覆盖，还是在紧急救援、航空航天等领域，卫星通信都展现出了其独特的优势。

而在卫星通信系统中，多址接入技术则是实现多个用户同时有效通信的关键所在。

多址接入技术，简单来说，就是要解决如何在有限的卫星通信资源下，让众多用户能够有序、高效地进行通信。

想象一下，卫星就像是一个繁忙的交通枢纽，而多址接入技术就是负责指挥交通的规则和系统，确保每一辆车（用户）都能顺利通行，且不会发生混乱和碰撞。

常见的卫星通信多址接入技术主要包括频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。

频分多址（FDMA）是最早被应用的多址接入技术之一。

它的工作原理就像是在一个宽敞的大厅里划分出不同的区域，每个区域分配给不同的用户使用。

在卫星通信中，就是将卫星的可用频段划分成若干个互不重叠的子频段，每个用户被分配到一个特定的子频段进行通信。

这种方式的优点是技术相对简单，容易实现。

但它也存在一些缺点，比如频谱利用率不高，因为为了防止相邻频段之间的干扰，需要在子频段之间留出一定的保护频带。

时分多址（TDMA）则像是在时间轴上进行划分。

将时间分割成周期性的帧，每一帧再分成若干个时隙，每个用户在指定的时隙内进行通信。

这样一来，不同用户按照时间顺序轮流使用卫星资源。

TDMA的优点是频谱利用率相对较高，因为不需要留出保护频带。

但它对系统的同步要求比较严格，如果同步出现偏差，就可能导致通信错误。

码分多址（CDMA）是一种基于扩频技术的多址接入方式。

每个用户被分配一个独特的码序列，通过扩频技术将用户的信号扩展到较宽的频带上。

在接收端，只有使用相同码序列的用户才能正确解调出自己的信号。

CDMA 的优点是抗干扰能力强，容量大，可以实现多个用户同时通信而相互之间的干扰较小。

但它的实现相对复杂，需要较高的处理能力。

基于GEO卫星的“动中通”系统设计与关键技术研究的开题报告

基于GEO卫星的“动中通”系统设计与关键技术研
究的开题报告
一、选题背景及研究意义
随着全球定位系统和卫星通信等技术的发展，基于GEO（地球同步
轨道）卫星的数据通信和位置服务为现代交通运输行业提供了更多的便
利和更高的效率，但是现有的GEO卫星通信和定位服务存在诸多局限性，比如网络不稳定、响应时延长、精度不高等问题。

针对这些问题，本研
究拟设计并开发一个基于GEO卫星的“动中通”系统，该系统将可为现
代交通运输行业提供更高效、更稳定、更准确的位置服务和数据通信，
具有重要的实用价值和应用前景。

二、研究内容及方法
本研究将分为三个主要部分来实现系统设计和关键技术研究。

首先，我们将研究与开发新型的卫星通信系统和卫星导航技术，实现卫星信号
的高速传输和精确定位。

其次，结合车辆通信网络和智能交通技术，开
发应用于交通运输行业的高效地面通信系统，实现车辆之间的信息交换
和位置共享。

最后，我们将整合上述技术和系统，设计出一个综合的
“动中通”系统，提高交通流量的管理和调度效率，提高运输的安全性
和稳定性。

三、预期成果和贡献
本研究预计能够实现基于GEO卫星的“动中通”系统的设计和开发，解决现有车辆位置信息不准确、交通通信网络不稳定等问题，提高现代
交通运输行业的运输效率和安全性。

同时，本研究的成果将对相关领域
的卫星通信技术和智能交通技术的发展和应用产生积极的推动作用。

GEO多波束卫星通信网络关键技术研究

2009年第05期，第42卷通信技术 Vol.42，No.05,2009 总第209期Communications Technology No.209,TotallyGEO多波束卫星通信网络关键技术研究杨巧丽①②，陆锐敏②，马刈非①（①解放军理工大学通信工程学院，江苏南京 210007；②总参第63研究所，江苏南京 210007）【摘要】文章对GEO多波束卫星通信网络的体系结构进行了分析研究；提出了一种集中式与分布式相结合的天地一体化无线资源管理模式；针对QoS保证和特殊的抗干扰应用需求，对其呼叫准入控制、波束切换管理、分组调度策略等关键技术给出了初步的研究建议。

【关键词】GEO卫星通信网络；服务质量（QoS）；无线资源管理（RRM）【中图分类号】TN927.23【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(2009)05-0158-03Key Technologies of GEO Multi-beam Satellite Communications NetworkYANG Qiao-li①②， LU Rui-min②， MA Yi-fei①（①Institute of Communication Engineering, PLA University of Science & Technology, Nanjing Jiangsu 210007, China;②No.63 Research Institute of PLA General Staff Headquarters, Nanjing Jiangsu 210007, China）【Abstract】The network structure of GEO Multi-beam satellite communications network is analyzed. The model of integrated space-ground radio resource management in combination of centralized mode and distributed mode is proposed. For the quality of service (QoS) support and the special requirement of anti-jamming, some research suggestions on call admission control, beam handoff management and packet scheduling are given.【Key words】GEO satellite communications network；quality of Service (QoS)；radio resource management (RRM)0 引言GEO多波束卫星通信系统以其覆盖范围广、星座和网络控制简单等诸多优点一直都是军事领域研究和应用的重点[1]。

GEO卫星移动通信系统的动态切换算法

GEO卫星移动通信系统的动态切换算法
宋莉;刘爱军;田晓钟;奚国中
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2009()11
【摘要】与地面蜂窝系统相比,GEO卫星移动通信系统具有波束覆盖大、信号传输时延长、星上资源受限和终端移动速度分布跨度大的特点。

为此,从GEO卫星移动通信系统的特点出发,提出一种根据导频信号接收强度和移动终端速度估计,对平均窗口长度和滞后余量取值进行自适应调整,且易于实现的动态切换算法。

系统建模仿真结果表明,与传统算法相比,该切换算法降低了链路衰落率和切换时延,避免了不必要的切换,对高速终端具有较好的适应性。

【总页数】5页(P3411-3415)
【作者】宋莉;刘爱军;田晓钟;奚国中
【作者单位】解放军68026部队;解放军理工大学通信工程学院卫星实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN927.23
【相关文献】
1.基于模糊逻辑的GEO多波束卫星移动通信系统切换策略研究
2.GEO卫星移动通信系统的体系结构特征研究
3.GEO卫星与地面移动通信网络多覆盖下切换研究
4.GEO卫星移动通信系统的多信关站同步技术
5.GEO卫星移动通信系统的体系结构特征
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GEO卫星与地面移动通信网络多覆盖下切换研究

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｒｅｃｅｉｖｉｎｇｓｉｇｎａｌｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｍｏｂｉｌｉｔｙｏｆｔｅｒｍｉｎａｌｓｉｎＧＥＯｓａｔｅｌｌｉｔｅａｎｄｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｎｅｔｗｏｒｋｓ，ａｍｅｔｈ —
ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９０，Ｃｈｉｎａ；２．ＡｃａｄｅｍｙｏｆＩｎｆｏｍａｒｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ）
ｈａｎｄｏｖｅｒｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｂｉｌｅｔｅｒｍｉｎａｌｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔｔｈｅｓｔｒａｔｅｇｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌｒｅｄｕｃｅｓｈａｎｄｏｖｅｒ
张一杰，陈建州，刘立祥
（１．中国科学院软件研究所天基综合信息系统重点实验室，北京１００１９０；
２．中国科学院大学信息工程与技术学院，北京１０００４９）

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ｓａｔｅｌｌｉｔｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｒｏｍｈｅｔａｓｐｅｃｔｓｏｆ
由于非静止轨道卫星系统具有地面控制系统复杂、卫星数量多、对地面的单星覆盖区域小和通信过程中需要频繁的切换等因素，研究ＧＥＯ卫星系统更具有实际意义。典型的静止轨道卫星系统组成如图１所示。在ＧＥＯ卫星系统中，采用什么样的多址接人方式，不仅是有效保
统。卫星移动通信系统最大的特点是利用卫星通信的多址传输方式，为全球用户提供大跨度、大范围、远距离的漫游和机动、灵活的移动通信服务，在偏远的地区、山区、海岛、受灾区、远洋船只以及远航飞机等通信方面更具独
特的优越性【 ” 。
ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒ啦ｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｎ
ｕｔｉｉｌｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓａｔｅｌｌｉｔｅｌｉｎｋｒｅｓｏｕｒｃｅｓｆｏｒＧＥＯ
ｓａｔｅｌｌｉｔｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔｉｓｃｏｎｅｌｕｄｅｄｔｈａｔ印ｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＴＤＭＡｍｕｌｔｉｐｌｅａｃｃｅｓｓ，ｍｏｄｅｉｓｂｅｔｔｅｒｈａｔｎｔｈａｔｏｆＣＤＭＡｍｕｌｔｉｐｌｅａｃｃｅｓｓｍｏｄｅｉｎＧＥＯ
ｔｉｏｎａｒｙＥａｒｔｈＯｒｂｉｔ，ｍｕｌｔｉｐｌｅａｃｃｅｓｓｍｏｄｅｓ
国家科技重大专项基金资助项目（Ｎｏ．２Ｏ１２Ｚｘ０３ｏｏ１Ｏ１２）。
ｍｕｌｔｉｐｌｅａｃｃｅｓｓｍｏｄｅｗｈｉｃｈ — ｈａｖｅｅｆｆｅｃｔｓｆｏｒｕｓｅｒｓｔｏｓｈａｒｅｌｉｍｉｔｅｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｉｔｏｎｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅ
等特点，卫星移动通信系统越来越受到人们的高度重视。
卫星通系统按照轨道高度的不同分为静止轨道（ＧＥＯ）卫星系统，低轨道（ＬＥ０）卫星系统按，中轨道（ＭＥＯ）－ＩＪ－＿静止轨道卫星，多址接入
通信系统中采用ＴＤＭＡ多址方式优于ＣＤＭＡ多址
信的要求越来越高。而要想实现全球的个人通信，单靠陆
地蜂窝移动通信系统的基站覆盖是远远不够的。由于卫
方式的结论。最后探讨了我国ＧＥ０卫星移动通信
系统的现状和发展方向。
星移动通信系统具有覆盖范围广、费用与通信距离无关
类，对影响静止轨道（ＧＥＯ）卫星通信系统用户共
１引言
随着社会的进步和经济的快速发展，人们对个人通
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ＧＥ０卫星
ｅｆｅｃｔｉｖｅｃａｐａｃｉｔｙ，ｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｉｍｐｌｅ — ｍｅｎｔａｔｉｏｎ．：Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｅｄｉｓｃｕｓｓｐｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆＧＥＯｓａｔｅｌｉｔｅｍｏｂｉｌｅＣＯｍ— ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｎＣｈｉｎａ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓａｔｅｌｉｔｅｍｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｇｅｏｓｔａ－
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ＧＥＯ多波束卫星移动通信系统多址方式选择的研究＊
孟文超段红光重庆邮电大学通信与信息工程学院硕士研究生重邮信科技术有限公司高级工程师
摘要：简要介绍了卫星移动通信系统的发展及分
方式
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉ＇Ｉｌｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ａｎｄｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎｏｆｓａｔｅｌｌｉｔｅｍｏｂｉｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ