非静止轨道卫星移动通信系统组网关键技术研究

摘要

根据NGSO卫星移动通信系统的关键技术和发展趋势,该文对其组网关键技术进行了深入研究,内容涉及星座设计、星际链路、点波束以及卫星星座网中的路由、切换等.第一章为绪论,主要说明了卫星通信的发展概况、现状和前景,以及该文的创新点和内容安排.第二章主要研究星座设计.首先,简单介绍了星座设计的发展和两种经典的全球性星座设计方法.然后从具体国情出发,提出了适用于中国的区域性星座设计方法,并讨论了其具体的设计步骤、优化方法和若干个可选的星座方案.第三章研究星际链路和多波束天线.星际链路与多波束天线是卫星移动通信系统的一个重要方面,直接影响到系统的组网方式、系统投资、系统容量以及业务类型等.为了便于工程应用,该章推导出了星际链路的性能(方位角、仰角和星间距离)计算公式,并详细讨论了其性能变化规律.然后,在分析链路电平损耗与点波束天线增益的基础上,提出了链路电平平衡点波束设计模型.第四章研究适用于中国的LEO卫星数据通信系统.系统由若干LEO卫星和地面信关站共同组成,卫星之间没有星际链路,信关站通过地面网互联.但与Globalstar、ORBCOMM等系统不同,其信关站的地理位置必须局限于中国境内.根据这些特点,提出了数据存储/转发通信的最小延时路由算法.该算法不仅能方便地计算出最小通信延时及其路由,还适用于不同高度、不同倾角的异种卫星组成的星座,为更好地利用卫星资源和实现中国天基综合信息网提供了新途径.第五章研究无星际链路的LEO卫星IP网.首先讨论了系统组成框架,然后提出了以地面信关站为基本单元的、全新的网络划分策略.在此基础上,提出了利用邻站广播技术来实现低延时切换的算法.仿真结果表明,该算法能够大大减少信令数据量和切换延时,在一定程度上提供了QoS保证.第六章主要研究具有星际链路的LEO卫星IP网中的路由与切换技术,主要讨论星上路由和星间切换.第七章是全文总结,并简单地阐述了该文工作的主要贡献和创新性.

目录

文摘

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缩略字表

第一章绪论

1.1卫星通信的发展概述

1.2卫星通信的前景

1.3卫星移动通信系统组网关键技术

1.3.1星座设计

1.3.2星际链路

1.3.3星上处理

1.3.4切换

1.3.5卫星TCP/IP

1.4本文的创新点

1.5全文结构安排

第二章星座设计[L2][L3][L1][L14]

2.1引言

2.2星座设计概述

2.2.1卫星星座的分类

2.2.2卫星轨道高度的选择

2.3全球性星座设计

2.3.1极轨道星座设计

2.3.2倾斜轨道星座设计

2.4区域性星座设计

2.4.1卫星轨道空间几何关系

2.4.2区域性星座不宜采用LEO卫星

2.4.3区域性中轨卫星移动通信系统的星座设计

2.4.4星座实例

2.4.5椭圆轨道卫星通信系统的星座设计

2.5区域性系统支持全球通信

2.5.1我国卫星通信现状

2.5.2系统的组成方案与实现方法

2.5.3关键技术

2.5.4系统性能仿真

2.6系统分阶段实施问题

2.6.1区域性星座的分阶段实施

2.6.2全球星系统的分阶段实施

第三章星际链路与点波束设计[L1][L6]

3.1引言

3.2星际链路

3.2.1星际链路概述

3.2.2球面距离公式

3.2.3星际链路空间几何关系

3.2.4星际链路相关的计算公式

3.2.5由方位角、仰角到经纬度的转换

3.2.5星际链路性能与轨道参数的关系

3.2.6仿真分析

3.2.7 LEO与GEO卫星之间的星际链路

3.3点波束设计

3.3.1多波束天线

3.3.2点波束数的估算

3.3.3天线增益估算

3.3.4常用点波束模型

3.3.5链路电平平衡点波束模型

3.3.6性能分析

第四章一种适用于我国的LEO卫星数据通信系统[L5]

4.1引言

4.2适用于我国的LEO卫星数据通信系统

4.3信关站选择

4.3.1信关站的选择原则

4.3.2有效覆盖

4.3.3仿真

4.4最小延时路由算法

4.4.1相关计算公式

4.4.2存储/转发通信的特点

4.4.3最小延时路由算法

4.5仿真分析

4.5.1通信延时与路由

4.5.2通信延时大小与时间的关系

4.6小结

第五章无星际链路的LEO卫星IP网[L4][L10][L12][L15]

5.1引言

5.2 IP服务质量

5.2.1综合服务模型(IntServ)

5.2.2区别服务模型(DiffServ)

5.3无星际链路的LEO卫星IP网组成

5.3.1星上路由(OBR)

5.3.2无星际链路的LEO卫星IP网组成

5.3.3关键技术

5.4信关站设置与网络划分

5.4.1信关站的实时覆盖区

5.4.2网络划分

5.5 LEO卫星IP网中的低延时切换

5.5.1信关站覆盖区内的切换

5.5.2信关站覆盖区之间的切换

5.5.3利用邻站广播技术进行快速切换

5.5.4多波束天线技术对切换的影响

5.6数值分析

5.7小结

第六章低轨卫星星座网的路由与切换研究[L7-L10][L13]

6.1引言

6.2 LEO卫星星座网

6.2.1星座参数

6.2.2星际链路

6.2.3 LEO星星座网络拓扑

6.3循环刷新路由策略

6.3.1玫瑰星座

6.3.2极轨道星座

6.3.3循环刷新路由策略的实现步骤

6.3.4性能分析

6.4最小跳数切换策略

6.4.1多重覆盖性

6.4.2常用的切换策略

6.4.3最小跳数切换策略

6.4.4仿真与分析

6.5小结

第七章全文总结

参考文献

致谢

个人简历

作者在攻读博士学位期间发表、录用的论文

作者在攻读博士学位期间参加的科研项目情况

作者在攻读博士学位期间的专利成果与获奖情况