低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中的信道分配策略研究.pdf

1、作為一種國(guó)家關(guān)鍵的基礎(chǔ)通信設(shè)施，以及全球移動(dòng)通信的有機(jī)組成部分，衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)在國(guó)家安全、緊急救援、互聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程教學(xué)、衛(wèi)星電視廣播以及個(gè)人移動(dòng)通信等方面得到了廣泛的應(yīng)用。新一代寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以提供個(gè)人電信業(yè)務(wù)、多信道廣播、互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程傳送，是全球無(wú)縫個(gè)人通信、互聯(lián)網(wǎng)空中高速通道的必要手段。近年來衛(wèi)星通信新技術(shù)不斷發(fā)展，特別是低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)受到了人們的廣泛關(guān)注，其研究與應(yīng)用已成為各國(guó)的戰(zhàn)略發(fā)展重點(diǎn)。無(wú)線資源管理是低軌衛(wèi)星移動(dòng)

2、通信系統(tǒng)研究中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，這主要是由于衛(wèi)星系統(tǒng)的資源是非常昂貴的，因此如何合理而有效地管理并利用衛(wèi)星系統(tǒng)的資源已成為關(guān)鍵。本文針對(duì)目前無(wú)線資源管理中核心問題一一信道分配和切換管理，開展了研究。
　　 首先，提出了一種動(dòng)態(tài)信道分配策略。針對(duì)低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)波束切換頻繁、切換掉話率高的問題，通過給出衛(wèi)星波束小區(qū)業(yè)務(wù)量均值和方差的預(yù)測(cè)公式，以及預(yù)測(cè)小區(qū)信道占用分布，結(jié)合低軌衛(wèi)星的特點(diǎn)，提出了一種基于全局業(yè)務(wù)量預(yù)測(cè)和隨機(jī)控制的動(dòng)態(tài)信

3、道分配策略PSCCA。并通過仿真驗(yàn)證了該策略的有效性。相對(duì)于精確切換控制方法，該策略不需要終端位置信息，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和信令負(fù)荷，對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換呼叫掉話率有較強(qiáng)的控制能力。
　　 其次，提出了一種基于效用函數(shù)的自適應(yīng)信道分配策略并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。提供多種類型的業(yè)務(wù)是寬帶衛(wèi)星移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)，利用業(yè)務(wù)多樣性以及業(yè)務(wù)帶寬可變的特點(diǎn)，針對(duì)多種業(yè)務(wù)給出了表征帶寬與用戶滿意度之間關(guān)系的效用函數(shù)，利用效用函數(shù)以及語(yǔ)音切換

4、呼叫的高優(yōu)先級(jí)，設(shè)計(jì)了一種切換呼叫接入控制策略。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的、基于效用函數(shù)的自適應(yīng)信道分配策略，并建立了最大化系統(tǒng)用戶滿意度的有約束非線性規(guī)劃模型。該策略以少量的效用代價(jià)換取較低的切換掉話率。
　　 再次，提出了兩種基于智能計(jì)算的優(yōu)化算法。針對(duì)自適應(yīng)信道分配策略中的非線性規(guī)劃問題，根據(jù)其求解具有動(dòng)態(tài)性和實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，采用智能計(jì)算方法，設(shè)計(jì)了基于遺傳算法和基于粒子群優(yōu)化算法的兩種白適應(yīng)信道分配算法進(jìn)行求解。采用基于遺

5、傳算法的信道分配算法，通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了自適應(yīng)信道分配策略的有效性；而基于粒子群優(yōu)化的信道分配算法則進(jìn)一步提高了求解效率，具體措施主要是采用非線性慣性權(quán)重提高算法收斂速度，采用基于粒子約束狀態(tài)信息的約束處理機(jī)制，改善求得可行解的速度。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，自適應(yīng)信道策略通過動(dòng)態(tài)調(diào)整帶寬實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)量的白適應(yīng)，克服了預(yù)留信道策略信道利用率低的缺點(diǎn)。
　　 接著，提出了一種低軌衛(wèi)星一地面綜合移動(dòng)通信系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。為了提高移動(dòng)通信系統(tǒng)的容

6、量和效率、實(shí)現(xiàn)全球無(wú)縫覆蓋，必須實(shí)現(xiàn)低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)與地面通信系統(tǒng)之間的有機(jī)綜合。針對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施通信系統(tǒng)的綜合，在分析低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量強(qiáng)度和業(yè)務(wù)源分布特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種低軌衛(wèi)星一地面無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施通信系統(tǒng)的綜合體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了基于地面中繼的負(fù)荷分擔(dān)機(jī)制，并給出了相應(yīng)的呼叫控制協(xié)議流程。該機(jī)制在忙時(shí)啟用地面中繼，用于終接近距離呼叫，分擔(dān)上星信道的負(fù)荷。
　　 最后，本文對(duì)主要研究成果進(jìn)行了全文總結(jié)，