低轨卫星通信系统的快速终端切换策略与仿真技术研究

摘要

在通信技术多元化发展的今天，卫星通信作为一种重要的通信方式，正发挥着越来越大的作用。LEO以较小时延和地面移动终端低功耗等优点，正成为未来卫星移动通信系统的一个重要发展方向。目前卫星通信系统中的终端大多是慢速终端。所谓慢速，是指移动速度在几十km每小时以下，如手持终端、车载终端等。但是，随着科技的发展，全球化趋势的加强以及一些特殊行业的需求，势必需要进行长距离的通信，这时就需要速度非常快(时速上千km)的移动终端来服务，例如航空业中洲际间的飞机、航天中的宇宙飞船、军事上的飞机、导弹等等。对于这些飞行高度高，飞行速度快的终端，采用覆盖范围广的LEO星座是一种很好的方法。为了与这些快速终端通信，及时掌握其状况以及向其发送控制指令，要求通信的时间最长，无法通信的时间最短，通信时延最短。这里的时延既包括从终端发送状态信息到控制台的时延，也包括从控制台发送控制指令到终端的时延。终端在各卫星覆盖区内快速移动，从一个覆盖区切换到另一个覆盖区。当同时有多颗卫星同时覆盖终端时，终端选择其中哪一颗来建立连接就直接关系到上述的各种性能。 第一章为绪论，简单阐述卫星通信的发展概况、前景、意义、趋势及LEO卫星通信系统特点。然后介绍了本文研究的内容、创新点及全文结构安排等。 第二章研究了低轨卫星通信系统(LEO)中两种支持快速终端的切换算法，详细介绍了系统模型的结构，以全球星系统(GLOBALSTAR)和铱系统(IRIDIUM)为例，通过仿真，分别对“最长覆盖时间优先”和“最短路径优先”两种算法下快速终端的切换时延情况进行统计和比较，得到了有一定参考价值的结果。 第三章研究LEO系统中的动态信道预留策略，针对普通终端和特殊终端，在非均匀的业务分布情况下，提出一种带优先级的信道预留策略。通过理论分析和仿真结果表明，该策略提高了特殊用户的切换性能。 第四章研究了卫星通信中的多波束天线的仿真建模问题，对比了两种不同排列的多波束天线对于系统切换性能的影响，同时给出了在OPNET中对多波束天线的建模方法以及相关的无线管道建模方法。 第五章是全文总结，概括本文的研究意义、研究目的和工作内容，并指出需要进一步研究的问题。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章引言

1.1卫星移动通信系统概述

1.1.1卫星移动通信系统发展概况

1.1.2卫星移动通信系统的分类

1.1.3低轨卫星移动通信系统的特点

1.1.4两个典型的低轨卫星移动通信系统

1.2低轨卫星移动通信系统中的切换技术

1.3国内外卫星通信切换算法研究现状

1.4本文的贡献及创新点

1.5全文结构安排

第二章低轨卫星通信系统中快速终端的切换技术

2.1引言

2.2系统模型

2.2.1系统轨道参数及公式

2.2.2快速终端

2.2.3星座

2.2.4地面站

2.3切换方案

2.3.1“最短路径优先”算法

2.3.2“最长覆盖时间优先”算法

2.4仿真结果及分析

2.4.1仿真参数说明

2.4.2仿真结果与分析

2.5本章小结

第三章低轨卫星系统中的一种带优先级的信道预留策略

3.1引言

3.2切换模型

3.2.1星座

3.2.2普通地面用户

3.2.3特殊用户

3.3切换策略

3.3.1无优先级的切换

3.3.2传统的信道预留

3.3.3有优先级的动态信道预留

3.4仿真分析

3.4.1仿真参数

3.4.2结果分析

3.5本章小结

第四章低轨卫星系统多波束天线建模及切换性能研究

4.1引言

4.2 OPNET中的无线管道建模

4.2.1接收机组

4.2.2传输时延

4.2.3链路闭合

4.2.4信道匹配

4.2.5发射机天线增益

4.2.6传播延时

4.2.7接收机天线增益

4.2.8接收功率

4.2.9干扰噪声功率

4.2.10背景噪声功率

4.2.1l信噪比

4.2.12误比特率

4.2.13错误分布

4.2.14错误纠正

4.3 OPNET中的天线建模方法

4.4不同波束排列对切换性能的影响

4.5本章小结

第五章全文总结

致谢

参考文献

在学期间取得的研究成果

个人简历