专栏:卫星互联网接入与传输技术2024(3);2024(5)

发刊词

卫星互联网接入与传输技术专栏·发刊词 

本期专栏主编:朱立东(电子科技大学)

本期专栏编委:夏明华(中山大学)

贾敏(哈尔滨工业大学)

以“星链”为代表的低轨卫星互联网近几年快速发展,引起了全球的广泛关注。在此背景下,我国也提出了卫星互联网计划,正在建设和发展中。卫星互联网是卫星通信网络与互联网应用信息服务系统的有机结合,具有广阔的应用场景及潜在的巨大市场。另一方面,卫星互联网的建设面临许多挑战。低轨卫星相对地面的高速运动,会导致接收端出现较大的多普勒频偏,在这样的高动态条件下如何保证大量用户的高效接入及可靠传输,是亟待解决的关键问题。

本期专栏旨在搭建学术平台,吸引更多专家学者共同致力于卫星互联网接入与传输技术研究,实现学术层面的互通以及研究成果的共享,为建设我国卫星互联网提供重要的技术支持与储备。

本次专栏内容十分丰富,包括卫星互联网的高效接入方案,低轨卫星通信的定时提前计算方法,高动态条件下宽带多普勒模型信号捕获方案,基于信道预测的星上功率控制方案,卫星互联网的入侵检测算法,卫星互联网的干扰信号识别以及智能超表面辅助的低轨卫星通信技术。

我们对关心并支持本专栏出版的各位领导、组稿专家以及所有作者表示衷心的感谢!这一技术领域的发展需要更多同仁积极参与,相信通过大家共同的努力,必将早日建成我国的卫星互联网!

专栏主编简介:

朱立东,电子科技大学教授,博士生导师。长期从事卫星通信的教学与科研工作,主要研究卫星通信的传输与组网、星地网络融合、资源管理与移动性管理、通信抗干扰/抗截获等,承担并完成与卫星通信相关的项目50 余项,出版教材/专著6部,发表论文260余篇,申请专利40余项,荣获四川省科技进步奖、中国发明协会发明奖、军队科技进步奖等10项科研教学奖。担任中国通信学会卫星通信委员会委员,中国宇航学会卫星应用专业委员会委员,中国电子学会通信分会委员。

文章列表

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  • 1  卫星通信干扰信号识别技术研究现状及展望
    陈凤,李聪,朱立东,吴琦,乐秀权,戴志坚
    2024, 22(3):227-239. DOI: 10.11805/TKYDA2023316
    [摘要](313) [HTML](136) [PDF 1.92 M](2470)
    摘要:
    随着通信技术的发展,卫星通信系统面临着日益严重的干扰问题以及干扰识别技术的挑战。针对这一现状,介绍了常见的卫星干扰信号样式及卫星干扰信号的发展趋势,分别从基于特征提取的干扰识别方法、传统机器学习方法以及深度学习方法3个方面介绍了卫星干扰信号分类识别技术的研究现状,分析了其各自的优势与不足。最后对未来卫星干扰信号分类识别技术进行了展望。
    2  智能超表面辅助低轨卫星通信技术综述
    何俊岩,赖海光,赵鑫杰,刘子威,张更新
    2024, 22(3):240-248. DOI: 10.11805/TKYDA2023419
    [摘要](216) [HTML](181) [PDF 1.63 M](956)
    摘要:
    卫星通信能够提供超视距、大容量的通信服务,但在城市区域、峡谷森林等视线受遮蔽严重的区域,会出现视距衰落严重、多径效应显著等问题,影响通信质量。近年来出现的智能超表面(RIS)可以通过动态控制反射单元的电磁性质,构建可控电磁环境,为改善低轨(LEO)卫星通信质量提供新的思路。本文基于RIS基本原理与优势,对RIS用于LEO卫星通信中信道建模、信道估计、波束成形等关键技术进行探讨,最后分析了目前RIS在实际应用中面临的主要挑战,以期为LEO卫星场景下的RIS研究提供参考。
    3  基于改进遗传算法的入侵检测技术的设计与实现
    王硕,李成杰,崔丽琪,李聪,乐秀权,戴志坚
    2024, 22(3):249-260. DOI: 10.11805/TKYDA2023393
    [摘要](208) [HTML](149) [PDF 3.34 M](524)
    摘要:
    天地一体化网络处在开放的电磁环境中,会时常遭受恶意网络入侵。为解决网络中绕过安全机制的非授权行为对系统进行攻击的问题,提出一种改进的遗传算法。该算法以决策树算法为适应度函数,通过删除数据集中的冗余特征,显著提高了对网络攻击的拦截率。通过机器学习进行异常分类,并利用遗传算法的特征选择功能,增强机器学习方法的分类效率。为验证算法的有效性,选用UNSW_NB15和UGRansome1819数据集进行训练和检测。使用随机森林、人工神经网络、K近邻和支持向量机等4种机器学习分类器进行评估,采用准确性、F1分数、召回率和混淆矩阵等指标评估算法的性能。实验证明,遗传算法作为特征选择工具能够显著提高分类准确性,并在算法性能上取得显著改善。同时,为解决弱分类器的不稳定性,提出一种集成学习优化技术,将弱分类器和强分类器集成进行优化。实验证实了该优化算法在提高弱分类器稳定性方面性能卓越。
    4  基于Online-GRU信道预测的星上自适应功率控制方法
    施文军,朱立东
    2024, 22(3):261-268. DOI: 10.11805/TKYDA2023439
    [摘要](112) [HTML](159) [PDF 3.34 M](549)
    摘要:
    针对传统卫星功率控制方法存在资源浪费、时延长的问题,提出一种基于在线-门控循环单元(Online-GRU)信道预测的星上自适应功率控制方法,通过在线训练更新网络参数来解决离线预测算法存在的累积误差的问题。仿真结果表明,提出的在线训练算法比离线算法预测精确度提升了38.30%,相比在线-长短期记忆网络(Online-LSTM)节约了63.21%的训练时间;提出的自适应功率控制方法比固定发射功率的方法节约了55.74%的发射功率;同时,相比基于地面定时反馈信道状态的自适应功率控制方法具备更好的鲁棒性。
    5  基于二分搜索的宽带多普勒模型信号捕获方法
    郭孟泽,付学瀚,朱立东,燕贺云
    2024, 22(3):269-277. DOI: 10.11805/TKYDA2023440
    [摘要](193) [HTML](123) [PDF 5.47 M](646)
    摘要:
    针对深空通信等超高动态低信噪比通信场景中,传统信号捕获方法存在着动态范围不足、精确度不够以及使用窄带多普勒模型导致对接收信号近似精确度不高的问题,提出一种基于二分搜索的接收端采样率调整方法。使用宽带多普勒模型对接收信号进行建模,并使用扫频余弦类信号进行多普勒频偏估计和定时估计,处理多普勒伸缩后的信号与本地信号采样率不匹配的问题。对所提方法进行同步性能仿真,仿真结果表明,所提方法采用正反扫频线性调频(UD-LFM)信号,能在信噪比为-49 dB、最大多普勒频偏为2 MHz的条件下,多普勒频偏估计误差小于400 Hz,定时估计误差不超过60 ns。相比不使用本文所提方法进行直接捕获,本文所提方法具有更高的捕获精确度以及更低的信噪比门限。
    6  一种低轨卫星通信的定时提前计算方法
    段相龙,刘留,周涛,苏昭阳,韩紫杰,尹毅
    2024, 22(3):278-284. DOI: 10.11805/TKYDA2024003
    [摘要](131) [HTML](146) [PDF 3.10 M](815)
    摘要:
    低轨(LEO)卫星网络作为地面网络的重要补充,是未来天地一体化网络的重要组成部分。由于LEO卫星的高移动速度以及星地通信的大传播距离造成了高传播时延,因此需要新的针对LEO卫星星地通信背景的上行链路的定时提前量(TA)的计算策略。本文基于LEO卫星的星地通信场景,介绍了TA及其在协议中的规定,并针对LEO卫星的特点,提出一种LEO卫星通信的定时提前计算方法。通过仿真分析验证了所提方案的有效性,为LEO卫星星地通信系统的设计提供了参考。
    7  空频抗干扰对GNSS载波相位测量的影响
    张伟,彭梓洋,马竞羽,贺智勇
    2024, 22(3):285-289. DOI: 10.11805/TKYDA2023249
    [摘要](165) [HTML](94) [PDF 1.95 M](531)
    摘要:
    对于全球导航卫星系统(GNSS)的抗干扰,最有效的是采用自适应天线阵技术,但这种抗干扰处理会引入与信号入射方向相关的载波相位测量偏差,限制了其在高精确度测量领域的应用。为减小抗干扰处理的偏差,引入测量偏差及其分析方法,建立仿真模型,并搭建软件接收机进行实验。结果表明,在不增加额外约束的条件下,采用空频最小方差无畸变响应算法实现空频抗干扰处理器,不会引入载波相位测量偏差,非常适用于对抗干扰性能和测量精确度均有苛刻要求的场合。
    8  低轨卫星与5G-R融合网络架构设计
    韩紫杰,赵连奎,高媛,苏昭阳,段相龙,周涛,刘留,尹毅
    2024, 22(5):467-475. DOI: 10.11805/TKYDA2024002
    [摘要](141) [HTML](147) [PDF 1.58 M](559)
    摘要:
    由于地面网络覆盖不均匀,信号质量不够稳定,无法实现铁路交通网络的全程、快速、实时监测,阻碍了我国铁路交通网络的快速发展。同时,低轨卫星通信与地面5G的融合成为热点,二者的融合能够使卫星网络作为地面网络的有效补充。当前星地融合较少用于5G-R技术场景中。本文梳理了铁路卫星通信以及星地融合网络的研究现状与发展趋势;分析了铁路通信系统中各业务的通信需求。在此基础上,提出低轨卫星与5G-R融合网络架构。在弥补铁路通信网络覆盖盲区的同时,提供大容量的信息回传,有效保障铁路交通的安全运行,实现铁路交通的信息化、智能化管理。
    9  牵引式欺骗对矢量跟踪环路的影响
    张欣然,梁涛涛,陈懋霖
    2024, 22(5):476-484. DOI: 10.11805/TKYDA2024006
    [摘要](166) [HTML](65) [PDF 2.33 M](447)
    摘要:
    牵引式欺骗能够在不引起跟踪环路失锁的条件下诱使接收机跟踪欺骗信号,是一种隐蔽性很高的欺骗干扰方式。对于标量接收机,由于其跟踪环路相互独立,因此针对单个信号进行牵引式欺骗时,不会受其他信号的影响。而矢量接收机的跟踪环路通过接收机状态耦合,存在相互影响,即牵引式欺骗对矢量和标量跟踪环路的影响存在差异。本文基于无噪声且欺骗信号与真实信号载波频率和载波相位相等的假设条件,分析牵引式欺骗对矢量跟踪环路的影响,推导出欺骗成功条件,并利用信号源模拟器和软件接收机对分析结果进行验证。研究结果表明,对矢量跟踪环路成功实施牵引式欺骗的条件较标量跟踪环路更为严苛,反映出矢量跟踪环路固有的抗欺骗干扰能力。
    10  基于TDD的低轨卫星跳波束资源分配算法
    邹安银,张晨,张更新
    2024, 22(5):485-494. DOI: 10.11805/TKYDA2023438
    [摘要](137) [HTML](116) [PDF 3.18 M](590)
    摘要:
    低轨(LEO)卫星跳波束技术可以灵活分配系统资源,适用于业务分布不均匀的场景。时分双工(TDD)方式可以减少星载和地面终端设备的天线数量,有效降低其复杂度,并有利于开展上下行非对称业务。本文提出一种基于TDD的LEO卫星跳波束资源分配算法,在满足业务需求的基础上,以最小化时域资源消耗为目标,建立支持跳波束和多频时分多址接入(MF-TDMA)机制的LEO卫星反向链路资源分配模型;综合考虑星地动态时延补偿,采取一种多层次的跳波束时隙架构设计,以最大化可用时隙为目标,建立上下行时隙切换模型,并提出一种基于TDD的跳波束时隙排布优化方法。仿真结果表明,对比于传统的MF-TDMA资源分配方法或固定多波束均分算法,本文提出的算法能有效提高系统的时隙利用率和吞吐量。
    11  面向低轨巨型星座的多目标卫星接入优化
    徐阳威,张晨,张更新
    2024, 22(5):495-502. DOI: 10.11805/TKYDA2024020
    [摘要](132) [HTML](123) [PDF 2.60 M](834)
    摘要:
    低轨巨型星座可以提供全球无缝覆盖的卫星通信服务,但也会导致用户被卫星多重覆盖,如何选择最优的卫星进行接入,成为低轨巨型星座接入技术的关键问题。对此,提出一种基于粒子群的多目标卫星接入优化算法。综合考虑星地距离、卫星剩余可服务时间和卫星剩余负载等目标函数,根据不同业务类型的QoS需求,对参数赋予相应的权值;针对可视卫星数量多且动态变化的特点,通过粒子群算法进行低复杂度求解。仿真表明,相较于对比算法,所提算法对星地距离和卫星剩余可服务时间进行了优化折中,保障了服务时间和通信质量,提高了接入成功率,能够灵活满足用户的不同业务类型需求,适应用户业务不同时空分布以及业务离散化的场景。
    12  实体识别技术研究进展综述
    马艺洁,赖海光,刘子威,杨楠,张更新
    2024, 22(5):503-515. DOI: 10.11805/TKYDA2023436
    [摘要](178) [HTML](48) [PDF 1.68 M](670)
    摘要:
    实体识别技术作为知识图谱构建的重要步骤,已广泛用于语义网络、机器翻译、问答系统等自然语言处理中,在推动自然语言处理技术落地实践的过程中起着非常关键的作用。本文根据实体识别技术的发展历程调研了现有的实体识别方法,主要为早期基于规则和词典的实体识别方法、基于机器学习的以及基于深度学习的命名实体识别方法;整理了每种实体识别方法的关键思路、优缺点和具有代表性的模型,特别对目前使用较多的基于双向长短期记忆网络(BiLSTM)模型和基于Transformer模型的实体识别方法进行了概述;介绍了目前主流的数据集以及评价标准。最后,面向未来机器类通信的语义需求,总结了实体识别技术面临的挑战,并对其未来在物联网业务数据方面的发展进行了展望。

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