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RIS辅助FSO/RF混构系统性能研究

激光与光电子学进展 2024年第15期 1-8页

作者：包朝园曹阳彭小峰邢雯珺重庆理工大学电气与电子工程学院

为了研究可重构智能表面（RIS）辅助自由空间光（FSO）/射频（RF）混构系统的性能，在RF链路中考虑同信道干扰问题的影响。RIS能够解决RF链路无法完成视距通信的问题，从而提升通信系统性能。FSO链路服从双广义伽马分布，并考虑指向误... 详细信息

为了研究可重构智能表面（RIS）辅助自由空间光（FSO）/射频（RF）混构系统的性能，在RF链路中考虑同信道干扰问题的影响。RIS能够解决RF链路无法完成视距通信的问题，从而提升通信系统性能。FSO链路服从双广义伽马分布，并考虑指向误差的影响，RF链路服从瑞利分布，在中继节点处采用译码转发协议，减少噪声对传输信号的干扰。推导了系统端到端瞬时信噪比的累积分布函数，在此基础上，进一步推导了该系统的中断概率和平均误码率的闭合公式。仿真结果表明，该系统方案在弱湍流和中湍流强度下性能提升较为明显。在弱湍流强度下，RIS可以有效抵抗干扰对RF链路的影响，从而提升系统性能。

关键词：同信道干扰可重构智能表面中断概率平均误码率

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空间碎片干扰下的卫星光网络路由算法研究

空间碎片干扰下的卫星光网络路由算法研究

作者：邢雯珺重庆理工大学

学位级别：硕士

随着空天地一体化网络的发展,卫星通信技术也得到了迅速发展,卫星激光通信作为一种新兴的通信技术,以其高速率、低时延和广域覆盖等优势,吸引了广泛的关注。然而,在实际应用中,卫星激光通信面临着诸多挑战,在越来越多的太空活动下,空间... 详细信息

随着空天地一体化网络的发展,卫星通信技术也得到了迅速发展,卫星激光通信作为一种新兴的通信技术,以其高速率、低时延和广域覆盖等优势,吸引了广泛的关注。然而,在实际应用中,卫星激光通信面临着诸多挑战,在越来越多的太空活动下,空间碎片的数量也在急剧增长。由于激光通信是视距通信这一特性,如果空间碎片在卫星激光通信的传输路径上,它们可能会引起通信链路的中断。未来,空间碎片将成为激光通信中不可忽视的影响因素。在卫星激光通信网络中,路由算法的设计和优化对于提高通信网络性能至关重要,为了解决空间碎片对卫星路由算法的干扰,本文围绕空间碎片对星间链路带来短暂性遮挡这一现象,并针对现有卫星光网络路由算法存在的问题,提出故障处理和负载均衡的算法来提升网络的稳定性及抗毁性,主要研究内容如下:1)本文介绍了现有卫星路由算法的原理,并着重分析了故障处理和负载均衡算法存在的问题。随后设计并使用STK软件搭建了一种LEO极轨道卫星星座,而后建立了空间碎片的数学模型并于卫星星座完成联合仿真,仿真结果证明,在仿真环境下,空间碎片将导致通信网络中14%的链路暂时失效,在路由算法研究过程中需要考虑碎片带来的遮挡。又在该场景下,对卫星地址、星间距离、拓扑变化和算法衡量指标进行了量化。2)提出了一种方向增强的链路状态路由算法,在碎片出现遮挡的链路进行方向增强的数据转发,使数据包绕开故障链路。选取方向影响因子、方向增强指数与传播时延及链路距离作为链路代价的衡量指标,寻找网络中的最短路径。其中,源节点到目的节点的传输方向决定了方向影响因子,链路的可用性决定了方向增强指数。最后与其他算法进行仿真对比,仿真结果证明该算法具有较好的抗毁性。3)提出了一种基于负载均衡的路由重构策略。当网络中有链路故障时,负载可能会集中部分路径上。该策略采用分布式算法使得数据向四周分散,分为负载监测和路由重构两部分,负载监测机制通过相邻两跳链路的负载分布情况得到联合拥塞程度,路由重构是通过计算得到的路由修正因子,对路由代价进行修正,使流量平均的分配在其余链路上。最后通过仿真证明该策略能够缓解链路负载的拥塞情况。

关键词：卫星激光通信空间碎片卫星路由算法负载均衡算法

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空间碎片干扰下的卫星光网络路由算法研究

光子学报 2024年第2期53卷 64-74页

作者：曹阳邢雯珺彭小峰包朝园重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054

针对低轨卫星激光通信中空间碎片可能造成的星间链路中断问题,提出一种方向增强的链路状态路由算法。首先搭建了卫星通信的网络拓扑结构,对空间碎片的运动模型和卫星的运动模型进行联合建模仿真,得到卫星与碎片的相对位置并进行星间可... 详细信息

针对低轨卫星激光通信中空间碎片可能造成的星间链路中断问题,提出一种方向增强的链路状态路由算法。首先搭建了卫星通信的网络拓扑结构,对空间碎片的运动模型和卫星的运动模型进行联合建模仿真,得到卫星与碎片的相对位置并进行星间可见性分析,提出了方向影响因子和方向增强指数,结合星间链路距离及传输时延综合考虑链路代价,从而选择合适的传输路径方向,依次在每个卫星节点对间进行最小路径选择,并以路由跳数为评价指标。仿真结果表明,在有空间碎片存在的环境中,所提算法能够在不牺牲通信质量的前提下,实现路由跳数相比Dijkstra算法降低14%,传输时延相比Dijkstra算法减少17%。

关键词：激光通信卫星路由链路状态路由算法空间碎片

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AF中继辅助TWR-FSO通信系统的性能分析

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激光杂志 2023年第10期44卷 122-127页

作者：包朝园曹阳彭小峰邢雯珺重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054

针对大气湍流和指向误差对自由空间光通信性能的影响会随着通信距离的增大而愈发严重,基于放大转发中继(AF),提出了一种双向中继-自由空间光通信(TWR-FSO)系统方案。该系统采用差分二进制相移键控调制,建立了一个包含大气湍流和指向误... 详细信息

针对大气湍流和指向误差对自由空间光通信性能的影响会随着通信距离的增大而愈发严重,基于放大转发中继(AF),提出了一种双向中继-自由空间光通信(TWR-FSO)系统方案。该系统采用差分二进制相移键控调制,建立了一个包含大气湍流和指向误差的复合衰落信道模型,其信道衰落满足Gamma-Gamma分布。利用Meijer’s G函数推导得到TWR-FSO系统中断概率和平均误码率的闭合表达式。在不同湍流强度和阈值门限条件下,对比分析了中断概率和平均误码率性能。仿真结果表明,在受到相同指向误差的条件下,当SNR=25 dB时,AF中继相较于DF中继系统的中断概率从10^(-1)量级下降到10^(-4)量级左右。当折射率结构常数为4.0×10^(-15)m^(-2/3),SNR=40 dB时,系统的误码率可以达到10^(-8)量级以下。说明AF中继下TWR-FSO系统能有效降低大气湍流和指向误差对通信系统的影响。

关键词：放大转发中继中断概率平均误码率梅耶尔G函数

同信道干扰下RIS辅助MUD-RF/FSO混构系统性能分析

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光学学报 2023年第22期43卷 108-116页

作者：包朝园曹阳彭小峰邢雯珺重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054

为了解决射频(RF)通信中存在的同信道干扰问题,利用多用户的同时传输产生分集增益,并考虑自由空间光(FSO)通信无法完成视距传输的问题,在FSO链路中引入可重构智能表面(RIS)技术,提出一种同信道干扰下RIS辅助多用户分集(MUD)-RF/FSO混构... 详细信息

为了解决射频(RF)通信中存在的同信道干扰问题,利用多用户的同时传输产生分集增益,并考虑自由空间光(FSO)通信无法完成视距传输的问题,在FSO链路中引入可重构智能表面(RIS)技术,提出一种同信道干扰下RIS辅助多用户分集(MUD)-RF/FSO混构系统方案。其中,具有多用户分集的RF链路服从独立同分布的Rayleigh分布,光学RIS辅助的FSO链路服从Gamma-Gamma分布,在电光转换中继节点处采用译码转发协议。基于系统端到端瞬时信噪比的概率密度函数及其累计分布函数,推导了系统中断概率和平均误码率的闭合表达式。仿真结果表明,RIS可以显著提升MUD-RF/FSO混构系统的性能。此外,用户数量的增加可以为系统带来分集增益,从而抑制同信道干扰所带来的不良影响。

关键词：多用户分集可重构智能表面中断概率平均误码率同信道干扰