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多波束卫星通信系统中的动态波束调度技术研究卫星通信系统作为对地面通信网络基础结构的一种补充,以其全球覆盖能力强、通信距离远、系统容量高、抗重大自然灾害、可提供固定及移动通信业务等优点,受到了研究人员的重视及国家的支持。
随着对其容量需求的不断增加及频谱资源的持续消耗,提出了多波束卫星通信系统,它采用多个高增益窄波束共同覆盖较大区域,能有效提高频谱资源利用率与系统性能。
然而,一颗卫星提供的点波束越多,所需的发射机越多,但星载设备十分有限且昂贵。
基于动态波束调度技术利用少量波束通过时分复用覆盖多个小区可以有效解决该问题,但不同的波束调度策略会直接影响数据包的传输时延与吞吐量等。
因此,如何通过动态波束调度技术提高系统性能是当前亟需解决的问题。
对此,本文进行了以下两点研究。
第一,研究了基于稳态时间平均值的波束调度技术。
在少量波束覆盖多个小区时,针对如何设置每个小区的流量退避参数以减小系统拥塞并提高吞吐量的问题,通过将表示小区是否获得波束的二元变量替换为稳态时间平均值,将波束调度问题建模为受平均等待时延、信道容量、流量大小、波束个数及用户公平性约束的双重嵌套的线性规划问题,以最大化系统吞吐量。
仿真结果表明,与现有算法相比,在保证用户公平性不变的同时,系统吞吐量得到显著提高。
第二,研究了基于深度强化学习的动态波束调度技术。
在基于稳态时间平均值的波束调度技术中,用线性规划得到的结果仅仅适用当前状态,一旦环境略有变化则需重新计算,且未考虑时延优化。
针对上述问题,本文结合了深度学习提取信道容量、用户业务量、时延等特征的能力与强化学习进行波束调度决策的特点,提出了基于深度强化学习的动态波束调度算法,旨在最小化所有小区传输数据包的平均时延,并提高系统吞吐量。
首先,将动态波束调度问题建模为马尔可夫决策过程,准确表征每个时刻采取决策之间的相关性,然后将环境状态重构为多维张量,表征业务量的时空特征,再通过卷积神经网络提取相关特征并进行波束调度决策。
卫星通信中的多址接入技术在当今高度互联的世界中，卫星通信作为一种重要的通信手段，发挥着不可或缺的作用。
无论是在偏远地区的通信覆盖，还是在紧急救援、航空航天等领域，卫星通信都展现出了其独特的优势。
而在卫星通信系统中，多址接入技术则是实现多个用户同时有效通信的关键所在。
多址接入技术，简单来说，就是要解决如何在有限的卫星通信资源下，让众多用户能够有序、高效地进行通信。
想象一下，卫星就像是一个繁忙的交通枢纽，而多址接入技术就是负责指挥交通的规则和系统，确保每一辆车（用户）都能顺利通行，且不会发生混乱和碰撞。
常见的卫星通信多址接入技术主要包括频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。
频分多址（FDMA）是最早被应用的多址接入技术之一。
它的工作原理就像是在一个宽敞的大厅里划分出不同的区域，每个区域分配给不同的用户使用。
在卫星通信中，就是将卫星的可用频段划分成若干个互不重叠的子频段，每个用户被分配到一个特定的子频段进行通信。
这种方式的优点是技术相对简单，容易实现。
但它也存在一些缺点，比如频谱利用率不高，因为为了防止相邻频段之间的干扰，需要在子频段之间留出一定的保护频带。
时分多址（TDMA）则像是在时间轴上进行划分。
将时间分割成周期性的帧，每一帧再分成若干个时隙，每个用户在指定的时隙内进行通信。
这样一来，不同用户按照时间顺序轮流使用卫星资源。
TDMA的优点是频谱利用率相对较高，因为不需要留出保护频带。
但它对系统的同步要求比较严格，如果同步出现偏差，就可能导致通信错误。
码分多址（CDMA）是一种基于扩频技术的多址接入方式。
每个用户被分配一个独特的码序列，通过扩频技术将用户的信号扩展到较宽的频带上。
在接收端，只有使用相同码序列的用户才能正确解调出自己的信号。
CDMA 的优点是抗干扰能力强，容量大，可以实现多个用户同时通信而相互之间的干扰较小。
但它的实现相对复杂，需要较高的处理能力。
基于GEO卫星的“动中通”系统设计与关键技术研
究的开题报告
一、选题背景及研究意义
随着全球定位系统和卫星通信等技术的发展，基于GEO（地球同步
轨道）卫星的数据通信和位置服务为现代交通运输行业提供了更多的便
利和更高的效率，但是现有的GEO卫星通信和定位服务存在诸多局限性，比如网络不稳定、响应时延长、精度不高等问题。
针对这些问题，本研
究拟设计并开发一个基于GEO卫星的“动中通”系统，该系统将可为现
代交通运输行业提供更高效、更稳定、更准确的位置服务和数据通信，
具有重要的实用价值和应用前景。
二、研究内容及方法
本研究将分为三个主要部分来实现系统设计和关键技术研究。
首先，我们将研究与开发新型的卫星通信系统和卫星导航技术，实现卫星信号
的高速传输和精确定位。
其次，结合车辆通信网络和智能交通技术，开
发应用于交通运输行业的高效地面通信系统，实现车辆之间的信息交换
和位置共享。
最后，我们将整合上述技术和系统，设计出一个综合的
“动中通”系统，提高交通流量的管理和调度效率，提高运输的安全性
和稳定性。
三、预期成果和贡献
本研究预计能够实现基于GEO卫星的“动中通”系统的设计和开发，解决现有车辆位置信息不准确、交通通信网络不稳定等问题，提高现代
交通运输行业的运输效率和安全性。
同时，本研究的成果将对相关领域
的卫星通信技术和智能交通技术的发展和应用产生积极的推动作用。
2009年第05期，第42卷 通 信 技 术 Vol.42，No.05,2009 总第209期Communications Technology No.209,TotallyGEO多波束卫星通信网络关键技术研究杨巧丽①②， 陆锐敏②， 马刈非①（①解放军理工大学 通信工程学院，江苏 南京 210007；②总参第63研究所，江苏 南京 210007）【摘 要】文章对GEO多波束卫星通信网络的体系结构进行了分析研究；提出了一种集中式与分布式相结合的天地一体化无线资源管理模式；针对QoS保证和特殊的抗干扰应用需求，对其呼叫准入控制、波束切换管理、分组调度策略等关键技术给出了初步的研究建议。
【关键词】GEO卫星通信网络；服务质量（QoS）；无线资源管理（RRM）【中图分类号】TN927.23【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(2009)05-0158-03Key Technologies of GEO Multi-beam Satellite Communications NetworkYANG Qiao-li①②， LU Rui-min②， MA Yi-fei①（①Institute of Communication Engineering, PLA University of Science & Technology, Nanjing Jiangsu 210007, China;②No.63 Research Institute of PLA General Staff Headquarters, Nanjing Jiangsu 210007, China）【Abstract】The network structure of GEO Multi-beam satellite communications network is analyzed. The model of integrated space-ground radio resource management in combination of centralized mode and distributed mode is proposed. For the quality of service (QoS) support and the special requirement of anti-jamming, some research suggestions on call admission control, beam handoff management and packet scheduling are given.【Key words】GEO satellite communications network；quality of Service (QoS)；radio resource management (RRM)0 引言GEO多波束卫星通信系统以其覆盖范围广、星座和网络控制简单等诸多优点一直都是军事领域研究和应用的重点[1]。
GEO卫星移动通信系统的动态切换算法
宋莉;刘爱军;田晓钟;奚国中
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2009()11
【摘要】与地面蜂窝系统相比,GEO卫星移动通信系统具有波束覆盖大、信号传输时延长、星上资源受限和终端移动速度分布跨度大的特点。
为此,从GEO卫星移动通信系统的特点出发,提出一种根据导频信号接收强度和移动终端速度估计,对平均窗口长度和滞后余量取值进行自适应调整,且易于实现的动态切换算法。
系统建模仿真结果表明,与传统算法相比,该切换算法降低了链路衰落率和切换时延,避免了不必要的切换,对高速终端具有较好的适应性。
【总页数】5页(P3411-3415)
【作者】宋莉;刘爱军;田晓钟;奚国中
【作者单位】解放军68026部队;解放军理工大学通信工程学院卫星实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN927.23
【相关文献】
1.基于模糊逻辑的GEO多波束卫星移动通信系统切换策略研究
2.GEO卫星移动通信系统的体系结构特征研究
3.GEO卫星与地面移动通信网络多覆盖下切换研究
4.GEO卫星移动通信系统的多信关站同步技术
5.GEO卫星移动通信系统的体系结构特征
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