卫星通信关键技术研究

卫星通信关键技术研究

小组成员：冉文，李鹏翔，杨亚飞

专业：电子与通信工程

小组分工：

冉文（学号：15085208210015）：程序审查，论文校订

李鹏翔（学号：15085208210008）：收集资料，编辑文献，结果分析杨亚飞（学号：15085208210023）：仿真程序设计

引言

卫星通信系统具有覆盖范围广、受地理环境因素影响小等特点,从而使得卫星通信成为当前通信领域中迅速发展的研宄方向和现代信息交换强有力的手段之一。目前,下一代卫星通信网络正朝着更高速率、更大带宽的方向发展,其与地面通信网络联合组成全球无缝覆盖的信息交换网络。随着空间通信技术的飞速发展和业务需求的急速增长,有限的无线资源与多媒体业务不断提高的QoS要求之间的矛盾曰益尖锐,使得设计可以支持高速、高质量多媒体传输的资源管理策略成为当前空间通信领域关注的重点。同时,卫星组网技术直接关系到卫星网络能否实现全球覆盖以及卫星网络的可扩展性问题,是卫星通信系统研宂中的关键问题。相应的,路由协议、链路切换等都要针对卫星网络的特点重新设计,以星上路由交换为核心的新型卫星通信系统是空间通信领域的另一个研究重点。

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。它是微波通信和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术，所使用的无线电波频率为微波频段(300MHz～300GHz，即波段lm～1min)。这种利用人造地球卫星在地球站之间进行通信的通信系统，则称为卫星通信系统，而把用于现实通信目的的人造卫星称为通信卫星，其作用相当于离地面很高的中继站，因此，可以认为卫星通信是地面微波中继通信的继承和发展，是微波接力通向太空的延伸。卫星通信是空间通信的一种形式，它主要包括卫星固定通信、卫星移动通信和卫星直接广播三大领域。由于卫星通信具有覆盖面大、频带宽、容量大、适用于多种业务、性能稳定可靠、机动灵活、不受地理条件限制、成本与通信距离无关等优点。多年来，它在国际通信、国内通信、军事通信、移动通信和广播电视等领域得到了广泛应用。下面我们就从卫星通信的发展简史、现状、趋势等方面对卫星通信进行概括和综述。

本文从分析卫星通信的特点入手，综述了卫星通信的主要相关技术的发展状况，概述了典型的卫星通信系统的性能特点并给出了卫星衰落信道的模型，进行了MATLAB仿真，介绍了卫星通信的应用及产业化发展情况，并展望了发展前景。

移动性管理是LEO(低轨卫星(low earth orbit))卫星网络通信系统中的一个重要问题.提出了LEO 网络中一种改进的基于移动的位置更新和寻呼方案.在这种方法中我们引入了“元小区”概念,它由两个相邻波束组成.首先阐述了基于“元小区”模型的位置管理策略,然后推导了基于移动的动态位置管理的数学模型,并利用该模型分别计算了LEO 网络中单位呼叫的位置更新和寻呼代价.通过元小区方案和普通小区的在各种网络参数环境下的性能比较证明了“元小区”方法的有效性和健壮性.最后为了进一步减小“元小区”方法中的寻呼代价,提出了强制更新策略,它强制移动终端在穿越两颗卫星覆盖区的边界时进行位置更新操作.

关键词:卫星通信；位置管理；终端寻呼；元小区；位置更新；移动卫星通信；星上处理；星上交换；多波束天线；蜂窝网卫星系统

After analyzing the characteristics of satellite communications, the developing status of communication satellite platform, available frequency resource, as well as the related key techniques are summarized. Through introducing some typical satellite communications systems, were presented the applications and industrialization of satellite communications, and furthermore shows the bright prospects.

Mobility management is an important aspect in LEO (low earth orbit) systems. In terrestrial wireless networks, the movement of the user triggers location updating and determines the paging scheme, while in LEO satellite systems, the location updating and paging is mainly based on the movement of satellite. Terrestrial location management techniques must be altered to fit the LEO systems. This paper introduces a modified movement-based location updating and paging scheme in LEO networks. In this scheme the meta-cell concept is proposed which includes two spot-beams of one satellite. First the location management scheme based on the architecture with meta-cell location area is presented. Then an analytical model is applied to formulate the cost of location updating and paging for the movement meta-cell based dynamic location updating scheme. The comparison of performance between the meta-cell architecture method and the conventional signal-spot-cell architecture method is provided to demonstrate the cost-effectiveness and robustness of the proposed scheme under various parameters. To reduce the impact of meta-cell architecture on the location paging cost, a forced location updating strategy is presented which is used in the cases that the meta-cell includes the two spot-beams from different satellites。

Key words: satellite communications; mobile satellite communications; onboard processing; onboard switching; multi-beam antenna; cellular satellite system