天地一体化信息网络

专题导读

陆洲, 汪春霆

2022, 3(4): 1-1. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022038-1

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基于LoRa的低轨道卫星物联网传输技术

李泽浩, 马建鹏, 张顺, 魏肖, 张景

2022, 3(4): 2-11. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022038

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LoRa作为一种广域网技术，具有低功耗、广覆盖等特点，在物联网应用领域具有十分广阔的前景，近年来，已被部署在全球多个物联网中。低轨卫星网络广覆盖的优势使其成为实现海量物联网全球覆盖的必然技术。首先对LoRa技术的基本原理进行阐述；然后分析LoRa技术直接引入低轨卫星物联网后存在的问题；最后提出一套适合低轨卫星物联网的LoRa传输技术，重点解决低轨远距离低功耗传输条件下的LoRa帧同步问题和卫星高速移动导致的大多普勒频移对LoRa解调的不利影响。仿真结果表明，提出的联合同步及频偏估计算法能明显提高极低信噪比和大多普勒频移条件下LoRa技术的同步概率和传输可靠性。

基于系统容量最大化的多星跳波束资源分配

舒晴, 张校宁, 费泽松

2022, 3(4): 12-21. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022039

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不同于中高轨卫星，低轨卫星具有路径损耗小、传播时延低、部署灵活性大等特点，在实时业务服务、全球物联网、应急通信等领域应用广泛。针对低轨卫星通信系统中地面用户业务需求分布差异大、资源利用率低的问题，提出一种基于凸优化的多星跳波束资源分配算法以实现系统容量最大化。面向低轨卫星中的多星跳波束场景，利用跳波束技术可以根据用户需求差异灵活分配系统资源的优势，考虑星间干扰设计基于负载均衡的多星区域划分与星间服务优先级机制，并提出一种基于凸优化的多星时间与功率资源分配算法。仿真结果表明，与以往传统方法相比，所提方案能够在不造成资源浪费的前提下有效降低同频干扰、实现按需分配系统容量。

面向星地融合网络的低轨卫星多波束成形技术

罗志勇, 辛宁, 孙韶辉

2022, 3(4): 22-30. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022040

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由于星地链路与地面传播损耗特性之间的差异，卫星通信系统的频谱效率指标远低于同期的地面蜂窝系统。多波束天线技术能够实现更高效的空分复用，是提升低轨卫星通信系统频谱效率的重要手段。研究低轨卫星通信场景下的自适应波束成形及多普勒频移补偿方案。首先，基于混合波束成形架构设计一种低复杂度的波束成形方案；其次，针对多波束系统中由不同波束俯仰角带来的多普勒频移差异，提出一种多波束系统中的多普勒频移预补偿方案；最后，通过MATLAB仿真分析验证算法的有效性。

数据链智能抗干扰设计与实现

武振, 杨靖宇, 王硕, 王正欢, 贾敏

2022, 3(4): 31-44. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022041

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分析数据链通信在超高音速无人飞行器上的应用场景和面临的问题，列出当下数据链通信中主流的干扰样式类别、发展趋势和抗干扰的手段。详细描述智能抗干扰引擎的设计技术方案，分别从总体方案、宽带频谱感知模块、干扰信号识别模块、抗干扰决策模块4个方面对智能抗干扰引擎的设计进行论述。对于主要关键技术的技术途径进行分析，并对所采用方法的性能进行仿真测试，对仿真测试的结果进行对比和分析。仿真测试结果可以证明所采用的方法能够达到预期目标，但仍存在一定的局限性，对实际工程和实用效果还有待进一步验证。

卫星CDN中基于DQN的资源编排算法

张嘉然, 杨雅婷, 嵩天

2022, 3(4): 45-54. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022042

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随着空间与信息技术迅速发展，热点内容分发密集型场景将成为卫星网络应用的重点方向，而卫星内容分发网络（CDN）是提高空天内容分发效率的重要手段。针对卫星CDN体系架构中存在的业务需求时空不均、卫星资源稀缺、现有编排算法适应性不足等问题，提出一种基于深度Q学习（Deep Q-Learning, DQN）的资源编排算法。该方法首先对用户请求进行分类，依据卫星时变运行轨迹和星地资源情况，计算出卫星可通信的最短路径集合；之后通过马尔可夫模型建模量化卫星和用户的相关信息，利用DQN算法计算出最优的卫星CDN存储节点，达到降低用户请求时延，降低星地资源占用率，提高缓存命中率的效果。

天地一体化接入网切片资源管理技术综述

惠宁, 孙茜, 王园园, 张宗帅, 田霖, 张景, 魏肖

2022, 3(4): 55-64. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022043

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随着全球广域覆盖的天地一体化信息网络中，差异化业务的爆炸式增长，迫切需要在天地一体化接入网切片中，对无线与计算资源进行按需、动态管理，实现精细化的业务响应与服务保障。针对天地一体化接入网切片资源管理技术进行综述，总结天地一体化接入网切片资源管理的研究现状，分析未来天地一体化接入网切片系统的无线频谱资源高隔离、多维跨域计算资源协同管理、复杂异构网络实时决策需求，进而对相应的关键技术进行展望。

专题导读

朱立东, 张更新

2022, 3(4): 65-66. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022044-1

摘要 ( 93 )

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星地融合网络中基于三维频谱感知的空时频谱机会检测

杨宁, 郭道省

2022, 3(4): 67-74. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022044

摘要 ( 107 )

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研究星地融合网络下行链路频谱共享场景中三维频谱机会检测。首先，定义星地融合网络的三维时空频谱机会，并将机会在空间域进一步划分为主要用户通信区域、通信保护带和自由接入区域；然后，基于所提出的三维机会模型，分别推导出用户级和网络级检测概率和虚警概率的闭合表达式。为了进一步利用空间频谱机会，通过三维频谱感知确定认知用户的功率控制方案，即干扰约束。仿真结果表明，所提出的功率控制方案可以实现对三维频谱机会的检测。

星地融合网络中基于速率分割的非正交多播和单播传输波束赋形

张本思, 彭德义, 李云

2022, 3(4): 75-82. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022045

摘要 ( 128 )

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考虑星地融合非正交多播和单播传输场景，并构建星地融合网络多组多播和单播下行传输系统模型。为有效提升星地融合网络的频谱效率，提出基于速率分割的非正交传输波束赋形方案，从而建立最大最小公平（MMF）波束赋形设计问题以分别优化基站和卫星的发送波束赋形向量。为解决因变量耦合导致约束非凸的问题，提出一种基于连续凸逼近的算法迭代求解。仿真结果表明，与传统非速率分割方案和层分复用方案相比，所提方案能够显著提升星地融合网络的MMF传输速率。

天基数据传输网络的多用户动态带宽分配技术

楚建祥, 黄印, 王崇, 曹云泽

2022, 3(4): 83-91. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022046

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航天器的测控、数据传输分为天基和地基两种方式，其中天基的测控、数据传输因具有全球覆盖、随遇接入、实时信息回传等优势，具有很广泛的应用前景，同时对其多航天器的动态带宽分配提出了一定要求。在研究中高轨测控、数据传输星座网络架构和多址接入协议的基础上，提出面向数据传输任务的星上多波束、多航天器用户、多任务优先级的动态带宽分配算法，能很好地应用于中高轨星座按需、实时对多个用户的数据传输请求进行资源分配，并可作为天基测控、数据传输接入网络的基础模型。

低轨卫星通信网络中HARQ技术研究

张闰馨, 张顺, 马建鹏, 张景, 吴云飞

2022, 3(4): 92-100. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022047

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探讨如何将HARQ技术进行进一步拓展，使之适用于低轨卫星通信网络。首先对传统的HARQ技术进行阐述；然后在此基础上，分别对基于低密度奇偶校验码的HARQ方案和基于信息组校验码的HARQ方案进行研究，并通过仿真分析方案的性能；最后针对HARQ重传机制中的重传单元分析合适的反馈方案，为低轨卫星通信网络中的HARQ技术研究提供一定的参考。

低轨卫星通信中基于OTFS的信道估计技术综述

赵鑫杰, 刘子威, 张更新

2022, 3(4): 101-106. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022048

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随着科技的发展和相关技术的不断完善，低轨卫星通信已经成为世界各国争相追逐的技术热点。正交时频空技术的优势可以很好地解决高移动速度场景下宽带星地链路的信号传输问题，有利于卫星、地面之间调制波形的统一，实现空天地一体化通信。但是，其传输性能受到信道估计精度影响，而特殊的调制方式使得其信道估计方法不同于传统技术，需要着重进行研究。对现有主流的OTFS信道估计方案进行相关介绍，分析各种方案的优势与不足，为后续研究奠定基础。

高低轨跟踪兼容的平板天线实现方法

陈剑, 张正谦, 马新生, 钞婷, 郭刚涛

2022, 3(4): 107-112. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2022049

摘要 ( 136 )

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为提升卫星通信天线产品在野外的便携性、易拆装性、使用性，提出一种高低轨跟踪兼容的平板天线实现方法。天线采用天线射频一体化架构，采用微带阵列天线与射频通道一体化平板式集成，天线射频采用扁平化、一体化设计，结合高密度多层垂直互联工艺，整机体积小、重量轻、功耗低，且跟踪控制单元即可满足高轨卫星信标及载波跟踪，也可满足低轨卫星轨道解析及程序引导跟踪。该天线使用时无须手动拆装，可一键展开对星完成通信接入，对于高中低轨卫星均可实现高精度跟踪和稳定通信。

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