近年来,蜂窝无线通信和Internet技术发展迅猛,网络规模和用户数都呈爆炸式增长。卫星通信作为重要的现代通信技术之一,也取得了极大的进步。由于不断增长的、对宽带多媒体业务和移动性的需求,TCP/IP、ATM和卫星技术相结合的卫星网,逐渐成为构建下一代全球移动互联网的基础结构之一。在这种情况下,正如地面有线网和3G移动网的相互融合,卫星网和地面网的差别也将逐渐消失而共存于一个全球覆盖的通用移动通信系统(UMTS)。该系统的根本目标是实现无所不在的、自由的信息交换,其最重要的特征在于对移动性、QoS和全球无缝覆盖的良好支持。卫星通信以其固有的优势,必将在UMTS中扮演一个重要角色。但是,传统的静止轨道(GEO)卫星通信系统由于固有的缺点,已经难以满足应用需求,研究焦点已经转向了非静止轨道(NGSO)卫星系统。根据NGSO卫星移动通信系统的关键技术和发展趋势,本文对其组网关键技术进行了深入研究,内容涉及星座设计、星际链路、点波束以及卫星星座网中的路由、切换等。第一章为绪论,主要说明了卫星通信的发展概况、现状和前景,以及本文的创新点和内容安排。第二章主要研究星座设计。首先,简单介绍了星座设计的发展和两种经典的全球性星座设计方法。然后从具体国情出发,提出了适用于我国的区域性星座设计方法,并讨论了其具体的设计步骤、优化方法和若干个可选的星座方案。在区域性星座设计的基础上,提出了用区域性星座支持全球通信的全新构想。本章提出的区域性星座设计和全球卫星通信构想都紧密结合我国基本国情,不仅具有较好的创新性,还具有重要的现实意义和实用价值。最后,简单地讨论了卫星通信系统(包括区域、全球)的分阶段实施。第三章研究星际链路和多波束天线。星际链路与多波束天线是卫星移动通信系统的一个重要方面,直接影响到系统的组网方式、系统投资、系统容量以及业务类型等。为了便于工程应用,本章推导出了星际链路的性能(方位角、仰角和星间距离)计算公式,并详细讨论了其性能变化规律。然后,在分析链路电平损耗与点波束天线增益的基础上,提出了链路电平平衡点波束设计模型。计算结果表明,该模型能够保证各点波束的链路电平预算达到平衡,从而使得宝贵的星上功率得到更好利用。第四章研究适用于我国的LEO卫星数据通信系统。系统由若干LEO卫星和地面信关站共同组成,卫星之间没有星际链路,信关站通过地面网互联。但与<WP=9>Globalstar、ORBCOMM等系统不同,其信关站的地理位置必须局限于我国境内。根据这些特点,提出了数据存储/转发通信的最小延时路由算法。该算法不仅能方便地计算出最小通信延时及其路由,还适用于不同高度、不同倾角的异种卫星组成的星座,为更好地利用卫星资源和实现我国天基综合信息网提供了新途径。第五章研究无星际链路的LEO卫星IP网。首先讨论了系统组成框架,然后提出了以地面信关站为基本单元的、全新的网络划分策略。在此基础上,提出了利用邻站广播技术来实现低延时切换的算法。仿真结果表明,该算法能够大大减少信令数据量和切换延时,在一定程度上提供了QoS保证。第六章主要研究具有星际链路的LEO卫星IP网中的路由与切换技术,主要讨论星上路由和星间切换。首先,在深入分析星际链路性能和网络拓扑变化规律的基础上,提出了循环刷新路由策略。与其他路由策略相比,该策略能够很好利用星座网的变化规律性,大大降低了星上路由计算量和路由表管理难度,有效解决了星上路由问题。随后,将路由与切换两个过程有机结合,提出了一种全新的切换策略——最小跳数切换策略,该策略充分利用了星座网的拓扑变化规律,有效解决了卫星星座网的星间切换问题。仿真结果表明,同已有的切换策略(或算法)相比,该策略能够提供一定程度的QoS保障,获得较好的系统性能,如较低的传播延时和较小的切换频率,具有很好的实用价值。第七章是全文总结,并简单地阐述了本文工作的主要贡献和创新性。