卫星网络地面中继站优化部署研究

作     者：杨泞豪 李伊陶 

作者机构：四川轻化工大学自动化与信息工程学院 四川轻化工大学人工智能四川省重点实验室 

出 版 物：《电讯技术》 (Telecommunication Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

基　　金：科技部重大专项(2022YFE03050004) 人工智能四川省重点实验室基金项目(2021RZJ01) 

主　　题：地面中继站 三维优化部署 贪心算法 遗传算法 粒子群算法 

摘      要：在卫星移动通信网络中，地面中继站通过协议适配和信号转换，连接普通手持移动终端和卫星网络，扩展信号覆盖范围和质量，提供高质量卫星上网服务。为解决卫星网络中地面中继站的优化部署问题，采用Okumura-Hata模型和对数正态阴影模型模拟信号的衰落，基于随机采样的GDEM v3(ASTER Global Digital Elevation Map v3)数据构建三维覆盖模型。地面中继站部署问题被转化为最大覆盖问题(Maximum Covering Location Problem，MCLP)和集合覆盖问题(Set Covering Problem，SCP)，这两类问题已被证明为非确定多项式完全(Nondeterministic Polynomial Complete，NPC)问题。利用Vincenty公式计算地面中继站与终端的距离，并引入高度、障碍物等地形约束。设计了贪心、遗传和粒子群算法求解地面中继站最优部署位置。在阿坝、甘孜和凉山三个自治区进行部署实验，仿真结果表明，在SCP问题上，贪心算法的部署效率最高，分别只需34、58和28个地面中继站即可实现全覆盖；而在MCLP问题上，遗传算法表现出最高的覆盖率，分别通过部署20个地面中继站可实现92.64%、72.58%和98.58%的覆盖率。所提方法综合考虑了地形、信号衰减、部署难度和成本因素，展现出良好的移植性，能够高效地在不同省份实现地面中继站的优化部署。