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高空平台(High Altitude Platform Station,HAPS)部署在平流层 17～22Km的位置,其高度介于地面通信系统和卫星通信系统之间,可以作为高空基站或中继节点,具有覆盖范围广、部署灵活、低时延、高容量、信道条件良好的特点,在地面通信系统能力不足或应急通信等场景下有广泛应用。高空平台一般采用多天线对地面实现多小区覆盖,不同小区之间可以采用频率复用以提高HAPS系统的容量。高空平台属于非固定基站,会受到大气湍流影响发生位置和姿态变化,地面小区覆盖情况随之改变,造成小区边缘用户存在切换问题,本文的主要研究工作包括以下两点:对于高空平台的不稳定运动特性,分析了其不同运动方式对地面用户切换概率的影响。现有对于高空平台通信系统中切换概率的分析多采用等波束宽度和等覆盖面积模型,不能反映HAPS不稳定运动中路径损耗变化对小区覆盖的影响。因此,我们建立了一种考虑天线方向性增益和路径损耗的小区覆盖模型,给出了覆盖范围的数学表达。基于所提出的小区覆盖模型分析了 HAPS经历水平、旋转、垂直、倾斜运动过程中的地面用户切换概率。分析结果表明,我们所提出的考虑天线方向性增益和路径损耗的地面模型更符合实际情况,适用于指导实际工作。在HAPS四种不稳定运动中,倾斜运动和旋转运动对系统切换概率的影响远大于水平运动和垂直运动。针对高空平台不稳定运动造成地面各位置接收信号强度发生变化,导致地面用户发生一定规模切换和掉话的问题,提出一种空地联合的HAPS切换补偿和切换判决策略。首先,根据切换概率的分析结论,提出了一种改进的天线中心指向调整方案,该方案仅对旋转运动和倾斜运动造成的天线方向偏移进行调整,可以很大程度地降低平台机械和计算的复杂度,且同样具有较好的降低切换概率和链路失效率的效果。随后,我们提出了一种基于接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)预测辅助判决的切换判决算法,通过对RSS序列进行二阶差分运算和最小均方(Least Mean Squares,LMS)算法拟合,获得更高预测精度,提高了切换算法的性能。仿真结果表明,所提算法在同类型判决算法中有更优的性能。本文提出的HAPS不稳定运动状态下的切换性能分析方法和结论对高空平台通信系统的研究和应用具有较强的参考意义,所提出的切换补偿和切换判决策略在HAPS不稳定运动的场景中有较好的应用价值。