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低轨卫星数字集群系统低层协议研究与设计

低轨卫星数字集群系统低层协议研究与设计

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作者：李解电子科技大学

学位级别：硕士

低轨卫星数字集群通信系统采用“天星地网、透明转发”的通信方式,结合了低轨卫星移动通信系统的低通信延时、高信道利用率、广阔覆盖范围和数字集群系统的良好私密性、丰富功能等优点,可满足以远程遥控为主要模式的未来工业物联网、无... 详细信息

低轨卫星数字集群通信系统采用“天星地网、透明转发”的通信方式,结合了低轨卫星移动通信系统的低通信延时、高信道利用率、广阔覆盖范围和数字集群系统的良好私密性、丰富功能等优点,可满足以远程遥控为主要模式的未来工业物联网、无人作战、资源勘探等需求,对信息敏感度较高的国防、公安、交通、工矿、油田、农场等部门是不可或缺的。随着低轨卫星通信信道业务不断发展和增加,C波段(6/4 GHz)、X波段(8/7 GHz)、Ku波段(14/12 GHz)信道占用日益拥挤,ka波段(30/20 GHz)低轨卫星通信的研究正在被逐渐重视,但是现有文献对ka波段Loo模型建立存在不足。自适应编码与调制(Adaptive Coding Modulation,ACM)技术可以动态改变卫星通信编码与调制策略(Modulation and Coding Scheme,MCS),以保证在不同信道环境中系统的可靠性和吞吐量,然而现在常用的三个MCS仍有很大改进空间。在低轨卫星数字集群系统中低层协议又是该通信系统体制的核心,设计一套适配于该系统的低层通信协议对整个系统有着举足轻重的作用。本文针对以上问题着重研究了ka波段卫星信道建模,ACM技术,低轨卫星数字集群系统低层协议设计,主要工作如下:(1)分析ka波段移动通信卫星信道中Loo模型的数学概率统计,对现有信道模型中阴影遮蔽和多径效应的联合方式进行改进,提出一种新的ka波段移动卫星综合信道模型,使其更加符合现实情景,为ACM技术和低层协议设计指标的确定提供了信道模型支撑。(2)依据提出的ka波段移动卫星信道模型,在BCH、RS信道编译码方案和多进制相移键控(Multiple Phase Shift Keying,MPSK)方式的组合中选择出4种MCS供自适应切换。分析了常用的MCS切换算法的不足以及其原因,提出一种改进方差修正的平均信噪比MCS切换算法,并验证了其对于低轨卫星数字集群系统的适用性。(3)在信噪比估计技术、ACM中MCS的选择和切换等关键技术的研究基础上,设计了一套低轨卫星数字集群系统低层协议方案,包括协议栈模型及其分层结构,物理信道与逻辑信道,帧结构和突发类型,交织,帧同步,建立和解突发。并给出设计方案的设计原理及仿真实现流程,最后通过仿真验证了该低层协议方案的正确性与适配性。

关键词：数字集群系统 ka波段移动卫星信道 ACM 低层协议

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