基于辅助地面组件技术的星地一体化网络频谱共享技术研究

In integrated satellite and terrestrial networks, how to share and allocate the spectrum resource in MSS (Mobile Satellite System) efficiently and realize satellite network and ground network seamless integration under the premise of limited frequency resource is one of the key technologies that need breakthrough. In view of the challenge network characteristics like time-varying, heterogeneity, distributed and intelligence brought to integrated satellite and terrestrial network collaborative efficient transmission technology under the restriction of large span of time and space, this project aims to solve integrated satellite and terrestrial network spectrum efficient sharing theory and technical difficulties based on the auxiliary ground component technology. With “one center” (spectrum efficient sharing), “two basic points” (interference and transparent feature) and “four research content” (architecture of integrated satellite and terrestrial networks, frequency allocation and reuse technology in integrated satellite and terrestrial networks, interference analysis and elimination technology in integrated satellite and terrestrial networks, rapid spectrum perception and dynamic allocation technology in integrated satellite and terrestrial networks), this project propose to realize the ultimate goal of spectrum efficient sharing. And the project aims to build a software and hardware combined integrated satellite and terrestrial network spectrum sharing technology ground simulation and validation system, to provide theoretical basis and technical support for the space information network research plan in our country.

星地一体化网络中，如何在频率资源受限的前提下，高效地共享与规划移动卫星业务频谱资源，实现卫星网络与地面网络无缝的融合是需要突破的关键技术之一。本项目针对星地一体化网络的时变性、异构性、分布式、智能性等网络特性对大时空跨度约束下的星地一体化网络协同高效传输技术带来的挑战，拟解决基于辅助地面组件技术的星地一体化网络的频谱高效共享理论与技术难题。项目针对星地一体化网络，围绕“一个中心”（频谱高效共享），本着“两个基本点”（干扰与透明特性），通过“四项研究内容”（星地一体化网络体系结构、星地一体化网络频率规划与复用技术、星地一体化网络干扰分析及消除技术、星地一体化网络频谱快速感知与动态分配技术）实现星地一体化网络的频谱高效共享这一终极目标。并基于HLA搭建基于软硬件结合的星地一体化网络频谱共享技术地面仿真验证系统，为空间信息网络重大研究计划中的星地协同频谱共享技术研究提供理论基础和技术支撑。

星地一体化网络中如何在频率资源受限的前提下，高效地共享与规划网络MSS频谱资源实现卫星网络与地面网络无缝的融合，是星地一体化网络研究需要突破的关键技术之一。在本项目中，针对星地一体化网络协同高效传输理论与技术带来的挑战，拟解决基于辅助地面组件技术的星地一体化网络的频谱高效共享理论与技术难题。项目针对星地一体化网络，围绕“一个中心”（频谱高效共享），本着“两个基本点”（干扰与透明特性），通过“四项研究内容”（星地一体化网络体系结构、星地一体化网络频率规划与复用技术、星地一体化网络干扰分析及消除技术、星地一体化网络频谱快速感知与动态分配技术）实现星地一体化网络中的频谱高效共享这一终极目标。通过三年的研究项目取得了如下研究成果：在研究内容一方面，分析了星地一体化网络的典型应用场景及卫星在不同场景下的作用；研究了基于融合系统和混合系统的星地一体化网络体系架构；并提出了基于紧耦合、松耦合和网关耦合的互联互通方法。在研究内容二方面，研究了频谱共享的理论基础，引入时域隔离的概念，设计了基于软频率复用的星地一体化系统频谱共享方案，并对方案的可行性、频谱利用率等性能进行了仿真。将认知无线电技术引入星地一体化系统实现动态频谱共享，以最小化错误概率为优化目标，实现了自适应双门限的优化调整。在研究内容三方面，对星地一体化系统中所出现的同频干扰及其产生机理进行了系统研究。确定了系统的主要干扰及影响系统性能的主要参数。在研究内容四方面，设计了一种采用集中式架构的卫星认知无线网络动态频谱接入场景，易于实现高效的频谱感知和网络中的干扰抑制。基于大数据分析理论提出了一种特征值指数均值算法，能够在不知道授权用户先验信息的情况下有效提升频谱感知算法的性能。并提出了一种基于级联前向神经网络的多步预测算法，通过学习和分析授权用户对频谱的历史占用情况，对授权用户行为进行预测，进而在最大程度上降低授权用户受到干扰的风险。