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卫星通信系统是实现全球个人通信的重要组成部分,其中低轨卫星移动通信系统因其能够实现全球覆盖并且具有传输时延低、通信容量高、传输损耗低等优点,将在未来的个人通信领域中发挥着重要作用。然而,由于低轨卫星相对于地面用户的高速运动,通信过程中用户终端会频繁地在卫星间发生切换。切换技术是低轨卫星移动通信的重要研究内容,本文主要针对低轨卫星通信系统的切换流程和切换算法进行了如下研究:首先,为实现LEO卫星通信系统的切换功能,对LTE中基于S1接口的切换流程进行了深入研究,针对LEO卫星通信系统的特点做了优化,包括eNB测量配置发送时机以及UE测量报告发送条件的修改,可以减少信令消息在星地链路之间的传输。然后基于改进流程,在开源LTE软件srsLTE上使用C/C++编程语言进行了LEO卫星通信系统切换流程的软件设计与实现,主要包括UE、eNB、EPC三个部分。并搭建了LEO卫星通信系统的半实物仿真平台,对实现的切换功能进行了测试与验证。测试结果表明,切换流程能够正确执行,切换后UE的数据传输也能正确接续。其次,如何选择切换的目标卫星是切换流程切换判决阶段需要解决的一个关键问题,同时也直接关系到系统的性能优劣,因此本文对卫星间切换策略进行了深入研究。考虑到LEO卫星通信系统的多星覆盖率较高并且具有全球业务分布不均的特点,本文提出了一种基于负载均衡的最短路径切换算法。该算法利用用户的服务卫星列表信息生成有向图,使用切换跳数和目标卫星空闲信道数综合加权的方式对有向图中的有向边进行权重设置,利用Dijkstra算法求解有向图的最短路径,得到用户在未来一段时间内的切换路径。该算法还结合了信道预留的思想,在用户切换路径上的各卫星中提前预留信道资源。为提高信道的利用率,预留的信道只在切换用户真正使用的时间段内被锁定。最后利用OPNET软件搭建了LEO卫星通信系统切换场景仿真平台,对本文提出的卫星间切换算法的性能进行了仿真评估。仿真结果表明本文所提算法能起到卫星间负载均衡的作用,并且能够有效降低用户切换失败的概率。