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低轨卫星移动通信系统的信道分配与切换管理策略研究

作　者: 陈立明
导　师: 郭庆
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 低轨卫星移动通信系统 无线资源管理 自适应信道预留 基于效用公平的切换管理
分类号: TN927.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


卫星移动通信系统作为空中、海面和复杂地理结构等地面覆盖受限区域的通信解决方案,是实现全球无缝覆盖的重要组成部分。其中,低轨卫星(LEO)移动通信系统以其真正意义的全球覆盖、低的传播时延以及低功耗等优点将在未来的个人通信领域起到重要作用,受到了人们的广泛关注,是当前卫星通信界的研究热点之一。而无线资源管理则是低轨卫星移动通信系统研究中的一个重要内容,这是由于卫星网络带宽资源宝贵,同时卫星网络结构的动态性、时变性以及用户的移动性,使得卫星网络带宽分配要比陆地网络复杂得多,如何合理而有效地管理和利用卫星系统的宝贵资源已成为卫星移动通信系统能否继续发展的关键。为解决这个问题,本文针对目前低轨移动通信系统的无线资源管理中的核心问题——由于卫星高速运动导致的切换所带来的信道分配和预留问题开展了详细研究。基于对纯话音业务环境下切换呼叫和新呼叫的公平性以及话音业务与数据业务共存的多业务环境下话音业务和数据业务的公平性的考虑,提出了兼顾整体的信道预留和切换策略,在保证系统各项指标的同时,提高系统资源利用率,从而改善系统性能。首先,本文在低轨卫星移动通信系统覆盖特性的基础上通过合理假设得到了移动用户沿着直线匀速运动的一维系统模型,列出了评价系统性能的QoS参数,并进一步在该模型中对若干基本参数进行分析和理论推导,得到了移动用户在蜂窝中经历距离、蜂窝滞留时间、切换概率以及信道占用时间等统计性参数的数学表达式,为后续的算法研究和仿真打下理论基础。其次,研究了低轨卫星移动通信系统波束切换中的信道预留策略,针对纯话音业务环境下对于切换呼叫的过度预留提出了基于业务量预测的概率化的自适应预留策略,通过综合考虑用户的位置信息以及呼叫时长的统计特性,在已建立的移动模型基础上为切换呼叫进行更为合理的预留,旨在降低切换呼叫过高的优先级,在切换呼叫请求和新呼叫请求中取得平衡,保证切换成功率的同时降低新呼叫阻塞率。由于无线通信的发展趋势将是多媒体通信,因此本文最后对新一代宽带卫星通信系统的多业务条件下的切换算法进行了研究。针对话音和数据业务共存的低轨卫星移动通信系统,提出了一种带宽抢占的带优先级的带宽分配方案,在此方案中,对实时性要求较高的话音呼叫在系统可用带宽受限时可抢占那些对实时性不敏感的数据业务的带宽,从而使其拥有较高的优先级。同时,在带宽抢占的基础上本文引入了用户QoS满意度的评价参数,主要专注于用户得到带宽后的服务质量是否得到满足以及公平性与否,将话音呼叫的优先级控制在合理范围内,因此,综合考虑以上两点,本文提出了一种基于服务质量公平的带优先级的卫星网络带宽分配算法,对系统的带宽合理分配,在带宽抢占策略保证话音业务流畅性的同时为所有业务的用户提供了可靠和公平的服务质量保障。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-24
  1.1 课题背景及研究目的和意义  10-11
  1.2 低轨卫星移动通信系统  11-16
    1.2.1 卫星移动通信系统  11-14
    1.2.2 低轨卫星移动通信系统  14-16
  1.3 国内外发展现状  16-22
    1.3.1 低轨卫星移动通信系统中的切换  16-19
    1.3.2 信道分配与切换管理发展现状  19-22
    1.3.3 本文的切入点  22
  1.4 本文主要工作和内容安排  22-24
第2章 低轨卫星移动通信系统模型  24-36
  2.1 系统性能评价的QoS 参数  24-25
  2.2 低轨卫星移动通信系统模型  25-35
    2.2.1 引言  25-26
    2.2.2 系统主要参数推导  26-33
    2.2.3 仿真系统覆盖模型  33-35
  2.3 本章小结  35-36
第3章 基于概率的加权信道预留分配策略  36-50
  3.1 引言  36
  3.2 信道预留策略  36-39
  3.3 基于概率的加权信道预留分配策略  39-45
    3.3.1 基于概率的预留思想  39-41
    3.3.2 加权预留算法描述  41-45
    3.3.3 算法性能预测  45
  3.4 仿真实验与结果分析  45-49
    3.4.1 仿真模型  45
    3.4.2 结果分析  45-49
  3.5 本章小结  49-50
第4章 多业务条件下的公平性带宽分配策略  50-69
  4.1 引言  50-52
  4.2 信道分配策略  52-54
  4.3 基于公平QoS 的带宽抢占资源分配策略  54-63
    4.3.1 带宽抢占思想  54
    4.3.2 基于效用公平的自适应动态带宽分配策略  54-62
    4.3.3 自适应调整算法解释  62-63
  4.4 仿真实验与结果分析  63-68
    4.4.1 仿真模型  63
    4.4.2 结果分析  63-68
  4.5 本章小结  68-69
结论  69-70
参考文献  70-74
攻读学位期间发表的学术论文  74-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 卫星通信和宇宙通信 > 卫星通信 > 卫星移动通信
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