毫米波星群组网多址接入机制研究

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随着全球信息技术的迅猛发展,卫星移动通信凭借其通信覆盖范围广、不受地理条件约束等优势,被广泛的应用于地面移动通信系统不易覆盖或建设成本过高的领域。目前,卫星通信技术正朝着小卫星方向发展,由多颗小卫星通过星间协作组成的网络,可以发挥出传统的单颗大卫星不可比拟的优势。尤其是毫米波技术日趋成熟,可以很好的满足卫星通信对高速率、大容量、宽带实时性的需求。然而,卫星所在的网络环境与地面网络环境在链路情况、通信距离等方面均存在差异,导致地面移动通信协议并不能普遍的适用于星间网络通信场景。因此,设计一套符合卫星网络通信场景的通信标准则显得尤为重要,特别是标准中的MAC协议对网络性能起着至关重要的作用。此外,由于卫星网络中每颗小卫星的资源有限,若想要提高网络总体的可达速率,使接入过程变得更加高效,选择合适的接入方式和抑制多址接入过程中存在的干扰也是当前亟需解决的问题。本论文首先介绍了卫星通信系统在多址接入机制的研究现状,阐述了本方案的星群组网数据链路层的应用架构,并重点分析了 MAC协议中信道接入模块中的多址接入机制。随后,针对毫米波场景下,波束域多址接入过程导致的星间链路存在的干扰问题,从星上资源管理的角度提出了基于联合波束偏置的多波束干扰抑制方案。方案在接收卫星处,引入多波束接收技术,并将卫星间通信所使用的定向波束作为资源进行管理,使用波束偏置技术,调整卫星的波束指向,并以网络的可达速率作为适应度,结合优化后的遗传算法计算出每个波束的最佳波束指向,以达到抑制或减小星间链路存在的干扰,为后续MAC帧的多址接入确定好通信链路。最后在NS3网络模拟器中搭建星群组网场景,对方案的可行性与有效性进行了验证。仿真结果表明基于联合波束偏置的多波束干扰抑制方案可以很好的满足星间通信需求,有效提高网络整体的可达速率。本论文通过解决星群组网多址接入机制中的干扰问题提升了网络的整体性能。
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