低轨卫星移动 通讯系统中信道分配对策探讨

作为一种国家关键的基础通讯设施,以及全球移动通讯的有机组成部分,卫星移动通讯系统在国家安全、紧急救援、互联网、远程教学、卫星电视广播以及个人移动通讯等方面得到了广泛的应用。新一代宽带卫星通讯系统可以提供个人电信业务、多信道广播、互联网的远程传送,是全球无缝个人通讯、互联网空中高速通道的必要手段。近年来卫星通讯新技术不断发展,特别是低轨道卫星移动通讯系统受到了人们的广泛关注,其研究与应用已成为各国的战略发展重点。无线资源管理是低轨卫星移动通讯系统研究中的一项重要内容,这主要是由于卫星系统的资源是非常昂贵的,因此如何公道而有效地管理并利用卫星系统的资源已成为关键。本文针对目前无线资源管理中核心问题——信道分配和切换管理,开展了研究。首先,提出了一种动态信道分配策略。针对低轨卫星通讯系统波束切换频繁、切换掉话率高的问题,通过给出卫星波束小区业务量均值和方差的猜测公式,以及猜测小区信道占用分布,结合低轨卫星的特点,提出了一种基于全局业务量猜测和随机控制的动态信道分配策略PSCCA。并通过仿真验证了该策略的有效性。相对于精确切换控制方法,该策略不需要终端位置信息,降低了系统复杂度和信令负荷,对卫星移动通讯系统的切换呼唤|教育论文网|掉话率有较强的控制能力。其次,提出了一种基于效用函数的自适应信道分配策略并建立了相应的数学模型。提供多种类型的业务是宽带卫星移动通讯的发展趋势,利用业务多样性以及业务带宽可变的特点,针对多种业务给出了表征带宽与用户满足度之间关系的效用函数,利用效用函数以及语音切换呼唤|教育论文网|的高优先级,设计了一种切换呼唤|教育论文网|接入控制策略。在此基础上,提出了一种新的、基于效用函数的自适应信道分配策略,并建立了最大化系统用户满足度的有约束非线性规划模型。该策略以少量的效用代价换取较低的切换掉话率。再次,提出了两种基于智能计算的优化算法。针对自适应信道分配策略中的非线性规划问题,根据其求解具有动态性和实时性的特点,采用智能计算方法,设计了基于遗传算法和基于粒子群优化算法的两种自适应信道分配算法进行求解。采用基于遗传算法的信道分配算法,通过仿真实验验证了自适应信道分配策略的有效性;而基于粒子群优化的信道分配算法则进一步提高了求解效率,具体措施主要是采用非线性惯性权重提高算法收敛速度,采用基于粒子约束状态信息的约束处理机制,改善求得可行解的速度。仿真实验结果表明,自适应信道策略通过动态调整带宽实现对业务量的自适应,克服了预留信道策略信道利用率低的缺点。接着,提出了一种低轨卫星-地面综合移动通讯系统的体系结构。为了提高移动通讯系统的容量和效率、实现全球无缝覆盖,必须实现低轨卫星移动通讯系统与地面通讯系统之间的有机综合。针对卫星通讯系统与地面无基础设施通讯系统的综合,在分析低轨卫星通讯网络的业务量强度和业务源分布特点的基础上,提出了一种低轨卫星—地面无基础设施通讯系统的综合体系结构,设计了基于地面中继的负荷分担机制,并给出了相应的呼唤|教育论文网|控制协议流程。该机制在忙时启用地面中继,用于终接近间隔呼唤|教育论文网|,分担上星信道的负荷。最后,本文对主要研究成果进行了全文总结,并指出了今后进一步的研究方向。【关键词】：低轨卫星通讯信道分配波束切换随机控制智能计算负荷分担
【论文提纲】：摘要4-6ABSTRACT6-111绪论11-321.1课题研究背景11-131.2低轨卫星移动通讯发展概述13-161.3低轨卫星移动通讯中的无线资源管理16-201.4低轨卫星移动通讯中的信道分配研究概况20-301.5本文研究内容及章节安排30-322基础与概论32-452.1引言32-332.2低轨卫星移动通讯系统33-372.3低轨卫星通讯系统的优缺点及其话务量特点37-392.4网络仿真模型39-442.5小结44-453基于全局业务量猜测和随机控制的动态信道分配45-603.1引言45-463.2全局业务量猜测46-523.3基于全局业务量猜测和随机控制的动态信道分配策略52-553.4仿真实验与结果分析55-593.5小结59-604基于效用函数的多业务卫星通讯系统自适应信道分配模型60-704.1引言60-624.2信道分配策略62-664.3信道分配的非线性规划模型66-694.4小结69-705基于智能计算的多业务自适应信道分配算法70-875.1引言70-715.2智能计算71-735.3基于遗传算法的信道分配算法73-765.4基于粒子群优化的信道分配算法76-825.5实验及结果分析82-865.6小结86-876低轨卫星－地面综合通讯系统的体系结构研究87-986.1引言87-886.2低轨卫星移动通讯网络业务量的特点及其分析88-906.3综合通讯系统的体系结构90-956.4综合通讯系统的优点95-976.5小结97-987总结与展望98-1017.1全文总结98-997.2研究展望99-101致谢101-103参考文献103-117附录1缩略语表117-119附录2攻读学位期间发表论文目录119-120