卫星通信网络高动态多用户终端的接入与切换技术研究

摘要

卫星通信系统由于其具有能够实现全球覆盖、不受地形地势及巨大自然灾害影响、可用频带宽、网络建设速度快、成本低等优点，在通信中占有一席之地，并受到越来越多的重视。因此，卫星通信系统相关技术的研究十分重要，而接入与切换技术是其中重要的一部分。本文针对高动态多用户场景，对卫星通信系统中的接入与切换技术进行研究。 本文首先对卫星通信系统的接入与切换技术进行了研究，针对高动态多用户场景，得到了系统模型（包括覆盖模型、移动模型以及业务模型）。然后，根据得到的相关模型信息，在高动态多用户等条件的基础上，对用户进行优先级划分，提出基于多优先级的信道预留策略。该策略根据不同优先级业务量比例确定信道预留门限值，以保证与较低优先级用户相比，优先级较高用户的服务性能更优。随后在多优先级信道预留策略的前提下，提出了抢占与排队规则，不同优先级用户根据规则进行抢占或排队接入，提高接入切换性能。另外，由于低轨道（Low Earth Orbit,LEO）卫星通信系统容量有限的问题，提出了低轨道／地球静止轨道（Low Earth Orbit/Geostationary Earth Orbit,LEO/GEO）混合卫星通信系统的信道分配策略。最终，对所提策略进行仿真，仿真结果表明所提策略对不同优先级不同性能指标有不同的效果。总体来说，LEO/GEO混合卫星通信系统的信道分配策略性能更好，同时，优先级高的用户得到的各性能指标优于优先级低的用户。 针对高动态用户场景，对是否切换进行预测，提出了基于灰色预测的信道预留策略。对已经成功接入呼叫随时间变化的接收信号功率进行处理，使用经典GM(1,1)灰色模型，可以对未来时刻的接收信号功率进行预测，得到呼叫是否将要进行切换的预测结果。根据不同呼叫的预测结果，统计可能需要进行切换的呼叫个数，对信道进行动态预留。从仿真结果看，该策略提升了系统接入与切换相关性能。 实际通信系统中存在着各种各样不容忽视的干扰，对此，考虑对被干扰信道进行规避，提出基于频谱地图的接入与切换技术，使用频谱地图相关信息，对呼叫分配信道。分析频谱地图，根据接入与切换相关需求，在频谱地图的信息中提取辅助信息，执行接入与切换流程。该策略可以有效地规避干扰，以免已经接入的呼叫由于信道干扰过于严重而导致发送信息错误以及掉话等情况产生。

目录

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缩略词表

第一章绪论

1.1本文研究工作的背景与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1卫星通信系统研究现状

1.2.2接入与切换技术研究现状

1.3主要研究内容及贡献

1.4论文结构安排

第二章卫星通信系统接入与切换基本理论

2.1卫星通信系统概述

2.2卫星通信系统模型

2.2.1覆盖模型

2.2.2移动模型

2.2.3业务模型

2.3典型接入切换信道分配策略

2.3.1无优先级信道分配策略

2.3.2信道预留策略

2.3.3排队策略

2.4接入与切换的性能指标

2.5本章小结

第三章高动态多用户场景的多优先级信道分配策略

3.1优先级划分

3.2基于多优先级的信道预留策略

3.2.1策略描述

3.2.2各优先级信道预留门限值确定

3.3基于抢占排队的多优先级信道预留策略

3.3.1策略描述

3.3.2抢占规则

3.3.3排队规则

3.4 LEO/GEO混合卫星通信系统的信道分配策略

3.4.1 LEO/GEO混合卫星通信系统

3.4.2策略描述

3.5仿真参数及结果分析

3.5.1仿真参数设定

3.5.2仿真结果及分析

3.6本章小结

第四章基于灰色预测的动态信道预留策略

4.1灰色GM预测模型

4.1.1灰色预测概述及基本理论

4.1.2 GM(1,1)模型

4.2接收功率的灰色预测

4.2.1信道模型

4.2.2接收功率预测

4.3基于灰色预测的动态信道预留策略流程

4.4仿真参数及结果分析

4.4.1仿真参数设置

4.4.2仿真结果及分析

4.5本章小结

第五章考虑干扰规避的接入与切换技术

5.1干扰分析

5.1.1干扰类型概述

5.1.2用户业务分级及干扰门限

5.2频谱地图建立

5.2.1频谱地图概述

5.2.2频谱地图的建立

5.3基于频谱地图的接入与切换技术

5.4仿真参数及结果分析

5.4.1仿真参数设定

5.4.2仿真结果及分析

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1全文总结

6.2展望未来

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的成果