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《西安电子科技大学》 1999年
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微蜂窝与低轨道卫星通信中的多址协议研究

任伟利  
【摘要】: 微蜂窝通信和低轨道卫星通信是组成未来个人通信网络(PCN)的重要角色。多址接入 协议是各种无线接入网络的关键技术之一,它构成了微蜂窝通信和低轨道卫星通信空 中接口的主要内容。 第一章简明地叙述了蜂窝通信和微蜂窝系统的发展。讨论了微蜂窝系统的多址接入技 术和个人通信网络的研究进展。 第二章首先介绍了分组预约多址协议(PRMA)。在PRMA协议基础上我们提出了适合时 分双工方式微蜂窝通信系统的FPRMA(Frame-based PRMA)协议。性能分析表明:该 协议在时分双工方式下具有接近PRMA协议在频分双工方式下的性能。为进一步提高 系统容量,克服PRMA类协议在重负荷下的系统不稳定性,我们又提出了无冲突分组 预约多址协议(NC-PRMA),利用生灭过程理论建立了系统性能分析模型。性能分析表 明:NC-PRMA协议的性能比PRMA协议有一定提高;在一定条件下,NC-PRMA协议 实际上给出了PRMA类协议的统计性能上限,对评价各种PRMA协议的性能具有重要 的指导意义。 在第三章,简洁地描述了原始PRMA数/话综合协议以及基本性能之后,我们提出了另 一种更有效的数/话综合方案。该方案以FPRMA协议为基础,使用移动数/话时隙边界, 使满足话音业务质量的同时让数据业务获得最大的带宽。时隙的“水平预约”思想为 数/话综合开辟了一条新路。我们在NC-PRMA协议基础上,结合“水平预约”思想, 提出了更先进的数/话综合方案--NC-IPRMA。该方案可使实时通信的话音业务丝毫 不受数据业务的影响,同时使信道得到更充分的利用(接近0.9)。NC-IPRMA协议在支 持话音和中低速数据综合业务传输方面,具有较高的协议效率和稳定的系统性能。 第四章首先介绍了一些LEO存储转发卫星及应用,然后详细描述了一个独特的适合 UoSAT微卫星应用环境的时隙ALOHA多址协议。成组应答以及本地事件同步机制为 该协议增添了许多优势,使其既具有信道时隙化的好处(提高了吞吐率),又避免了时 隙化的代价(严格的网络同步)。该协议可以与PACSAT协议包(目前正在所有在轨 UoSAT卫星上工作)中的长报文传输TD-SRMA协议无缝集成。更为重要的是LEO信道 中存在的捕获效应可以大幅度地提高该时隙ALOHA的信道吞吐率。所有这些相结合, 使我们的协议成为最适合LEO卫星数据通信网的短报文传输多址协议之一。 在第五章,我们对衰落信道中的捕获效应进行了深入研究。在结合LEO信道的独有特 性和捕获效应产生机理的基础上,我们提出了全新的捕获效应增加方案,即footprint 环形分区和额外功率分配。越强的捕获效应会产生越大的分组捕获概率,进而提高随 机接人协议的吞吐率。准确地评估捕获概率依赖于准确的估计模型,为此我们创建了 两个精确评估模型。一个适用于采用相干BPSK解调方案的LEO卫星链路。该模型考 虑了现实无线电接收机的载波同步余量,它比同类模型更现实,更精确。另一个估计 模型适用于采用非相干FSK解调方案的LEO卫星链路,这是一个崭新的模型,文献中 尚未见有相似模型。 在第六章,基于Corazza的LEO信道模型和“捕获率”估计模型,我们建立了捕获效应 仿真分析模型。首次获得了LEO信道的捕获概率和相应时隙ALOILA协议信道吞吐率 的分析结果。密集的仿真分析表明,LEO信道具有很强的捕获效应。可以为随机多址 接入协议带来可观的吞吐性能的提高。仿真分析还表明,我们的fotPrint环形分区和 额外功率分配方案都可以显著地提高系统吞吐率。 0 2 .
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