认知卫星通信网络的应用

认知卫星通信网络的应用

一、认知无线网络技术概述

认知无线网络技术的出现是无线通信的发展史中一个极为重要的里程碑，其最重要的贡献是将智能化利用频谱资源的思想融入其中，引导

各类资源的综合优化利用。认知通信系统具有感知环境变化、主动学习、自适应调整参数等特点，可利用空闲的频谱资源，主动检测频谱

空洞。此技术的出现是对传统频谱利用模式的挑战，赋予了传统无线

通信理念更深层次的含义。认知无线网络技术的持续深入研究，推动

现有无线网络向一种具备主动认知自身与周围环境变化发展，智能化

地对业务、用户偏好、网络进行适变性的调整，进而解决资源的高效

利用与无线网络异构化问题，形成一体化的以智能决策为基础的无线

网络体系结构。

二、认知卫星通信网络

卫星通信网络主要由通信卫星和各种地球站组成，根据完成的功能划分，主要包括业务网络和管理网络。业务网络完成用户的业务通信需求；管理网络完成资源的分配和系统运行状态的监控。现有卫星网络中，上述２部分仅仅完成业务的呼叫处理、通信链路的维护等功能，

功能组成较为简单，缺乏对环境信息的感知及用户信息、网络状态的

获取等功能。不同卫星通信网是孤立的，并不进行信息的交互，使得

通信资源很难高效利用，多网系融合、智能化决策难以实现。在卫星

网络中引入认知技术与卫星通信网进行融合，形成认知卫星通信网络，是解决上述问题有效途径。认知卫星通信网络技术的关键技术组成可

以总结为如下几部分［９］：环境域感知技术、用户域感知技术、网

络域感知技术、终端重配置技术、异构网络融合技术、智能化决策技术。这几部分关键技术如何支撑认知卫星网络的应用，需要进行深入

研究。

１用户域感知技术

用户域感知技术主要是指用户个人需求的特点与通信政策的要求。各

类用户有不同的偏好，所以在不同条件下应当考虑用户的需求特点。

卫星语音通信中，用户只需保障基本的语音业务。而在综合应用中，

不仅要考虑用户的服务质量，还需要考虑抗干扰需求等。视频通信中

要考虑用户对延迟等关键指标的要求，才能保证用户的需要。

２环境域感知技术

卫星信道环境中雨衰对Ｋｕ、Ｋａ频段的信号有一定影响，尤其Ｋａ

频段受到的雨衰更加严重。中心站和远端站分别对本地雨衰信息进行

感知，根据雨衰特性以及信道估计感知信息，信息汇总至中心站，并

由中心站下发，为各站分配功率和带宽资源。业务建链后，通过远端

站上报的感知信息，对链路特性进行评估，同时修正初始建链的数据库，实现资源分配的自我学习功能，提升系统的频谱资源利用率。其次，未来卫星通信电磁环境复杂多变，且卫星通信链路覆盖范围较广，转发器具有开放性的特点，卫星波束覆盖内的地球站都可以发射载波

到转发器上，极易受到人为的恶意干扰及自然环境的电磁干扰侵扰，

造成正常通信的中断。不论是军用还是民用卫星都要考虑抗干扰问题，因此，卫星通信系统除一般抗电磁噪声的干扰能力外，还需要具备对

抗蓄意制造的强电磁干扰能力，可见环境感知技术具有十分重要的地位。为使卫星通信系统具备较强的抗干扰能力，保障卫星通信链路的

可靠性，需要对电磁环境的频谱特征信息进行充分感知，充分掌握干

扰特性，达到有效对抗干扰的目的。采用环境感知技术绘制了“干扰

特性分布图”。对干扰特性的感知可以分为干扰强度、干扰密度、干

扰分布、干扰类型。在多维域对干扰进行剖析，充分掌握干扰特性，

进而建立干扰特性数据库，为抗干扰策略提供有力支持与保障。环境

感知技术在卫星通信网络中的应用是今后的发展趋势。未来卫星异构

网络，存有各类潜在的干扰用户，频谱感知不但要检测正常的通信信号，还要调整频谱资源的使用，避开受干扰的频段，并引导系统采取

合适的抗干扰措施，才能保证传输信道的质量。

３网络域感知技术

卫星通信网络中，网络域感知技术主要包括网络特性感知分析和网络

所承载业务特性的感知分析。网络特性感知主要包括资源占用情况感

知和卫星网特性感知。资源占用情况感知：评估各通信网络中的带宽

资源占用情况、用户终端在网及使用情况；根据资源使用特性，用户

终端可优先考虑接入具有较多空闲带宽资源的网络，系统也可在各网

络之间进行动态带宽资源协调。卫星网特性感知主要包括网络类型、

业务协议支持、ＱｏＳ保障情况等方面的感知，其作用是在网络层面

对信息进行充分掌控。１）网络类型。主要包括点对点、１点对多点（星型网）、多点对多点（网状网）以及由逻辑关系引出的树状网。２）业务协议支持。主要包括基于电路交换的网络和基于分组交换的

网络，基于电路交换的网络主要应用在一些支持小型化的终端领域、

特殊通信需求的卫星网、极低速率和带宽保障的卫星网，而分组交换

主要用在大容量、通用化的卫星网络中。３）ＱｏＳ保障。每个卫星

通信网络对业务的ＱｏＳ保障能力不同，如上述的基于电路交换的网

络对语音等实时业务的支持更好一些，而基于分组交换的网络对于业

务即插即用的支持更好一些，因此，充分感知用户的ＱｏＳ需求是一

项十分重要的技术。业务感知主要功能为识别不同的业务数据（如数据、视频、语音等），根据不同业务得出所需要的资源、ＱｏＳ等要求。

４智能化决策技术

认知无线网络区别于常规无线通信网络的特点之一就是智能化，通过

智能化决策技术，对用户和环境特征进行检测、分析、推理、学习、

决策、执行，都需要智能化的能力。卫星通信网络需要人工干预的因

素很多，因此耗费较多的人力与物力成本，且降低系统的稳定性与灵

活性，这对其发展造成了一定的影响。认知无线网络技术的引入可有

效提升系统的智能化能力，整合利用现有资源，降低人为干预的影响。智能决策技术在认知卫星网络中功能具有射频环境、用户需求及政策

的感知分析、信息的存储、认知学习和推理决策等，根据系统目标特性，分析历史数据去训练学习，最优化配置资源，自适应地匹配环境

的改变，满足用户的个性化需要，这些功能的实现都需要智能化决策