基于信道质量的卫星资源及性能优化技术研究

发布时间：2019-11-20 12:23

【摘要】：卫星通信以其覆盖范围广、通信容量大、不受时间限制、便于实现全球无缝链接等众多优势,被认为是建立全球通信的一种重要手段。在LEO-地通信中,由于LEO卫星与地面站不可视时无法实时回传数据,为了提高LEO卫星数据传输的时效性,目前主要通过GEO卫星转发至地面站。然而,GEO卫星的信道、速率等通信资源十分有限,如何合理而有效地管理GEO卫星的资源,提高资源利用率,己成为GEO-LEO卫星通信研究中的一项重要内容。在GEO卫星转发至地面站(GEO-地)的通信中,如何提升系统吞吐量性能也一直是星地通信研究的热点问题。本文针对GEO-LEO卫星通信资源管理中的核心问题——信道分配和流量控制,以及GEO-地通信中吞吐量性能和信道质量监测技术开展了研究。本文主要创新工作如下： (1)针对GEO-LEO卫星通信的信道分配问题,提出了综合加权卫星信道分配算法。该算法通过对卫星信道质量、卫星可通时间、卫星剩余存储空间和卫星任务级别几个参数分配不同的权值,确定LEO卫星优先级。高优先级的LEO卫星优先获得信道资源,从而降低了LEO卫星的数据丢失量。该算法针对LEO卫星发起呼叫和强占信道分别设定了约束条件,避免了频繁强占,提高了信道利用率,满足了数据完整、可靠传输要求。 (2)针对GEO-LEO卫星通信的流量控制问题,提出了基于信道质量的非合作Nash博弈卫星通信流量控制方法。该方法根据各LEO卫星的“非合作”关系,基于信道质量、吞吐量和通信时延,建立了GEO-LEO卫星通信的收益函数,通过理论分析证明了该收益函数的Nash均衡解的存在性和唯一性,并采用迭代法求得了Nash均衡解。仿真结果表明,Nash均衡解优化了系统吞吐量和时延性能,使系统收益函数达到最大。 (3)针对GEO-地通信吞吐量性能优化问题,提出了变帧长传输技术。在不同信道质量时,采用最优帧长进行通信,使系统获得了最大吞吐量性能,并针对Ka波段进行了吞吐量性能分析。此外,本文研究了工程应用的吞吐量性能,提出了工程应用的传输帧长度设计方法。该方法基于均方误差的思想,在每个信道误码率区间确定一个传输帧长度,从而限定了帧长数量。仿真结果表明,该方法设计的帧长不仅提高了系统吞吐量,而且降低了系统工程应用难度。最后,本文给出了低信噪比信道质量监测序列长度的设计方法,该方法设计的监测序列长度满足信道监测的实时性要求,并提高了接收端的捕获概率,降低了捕获时间。
【图文】：

示意图,天基,信息系统,示意图

球信息的获取、传输、处理和分配，从而实现对天地一体化信息的综合利用。天基信息系统如图1.1所示，主要是通过星间链路、星地链路连接不同轨道、不同种类、不同性能的卫星及星座，以及相应的地面设施，，实现全球侦察、监视、预警、通信和导航定位等功能。通信是一切天基能力互联互通的基础，所有信息都需要经过通信实现传递。而卫星通信是天基信息系统最主要的通信方式，也是实现天基信息系统能力的核心和关键。在民用方面，卫星电视、广播、远程监控、视频会议等应用越来越广泛。尤其是应急通信方面，卫星通信有着地面通信所不能及的优势，无论是在城市、乡村、山区、还是沙漠，都可以实现卫星通信。低地球轨道(Low Earth Orbit, LEO)卫星具有传输时延短、路径损耗小、容易获得高分辨率图像等特点

中继,数据中继卫星,第二代

图1.3 TDRS跟踪与中继能力Fig. 1.3 Ability of tracking and data relay of TDRS踪与数据中继卫星(Tracking & Data Relay Satellite, TDRS)能够提供带宽更更灵活的空间数据和图像中继。目前，TDRS已发展了两代，第二代TORS
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN927.2

【参考文献】