卫星下行链路因其开放性、广域覆盖性而面临严峻的窃听威胁,传统以加密技术为核心的卫星下行链路防窃听方案在计算复杂度与抗量子攻击能力上存在双重瓶颈,且现有卫星下行链路物理层安全防窃听方案的应用场景存在局限性。针对以上问题,...卫星下行链路因其开放性、广域覆盖性而面临严峻的窃听威胁,传统以加密技术为核心的卫星下行链路防窃听方案在计算复杂度与抗量子攻击能力上存在双重瓶颈,且现有卫星下行链路物理层安全防窃听方案的应用场景存在局限性。针对以上问题,通过基于动态扩展因子的扰码与编码级联设计,提出一种基于信道状态信息(Channel State Information,CSI)和协作中继的卫星下行链路防窃听方案。首先,通过部署地面中继基站,建立基于协作中继的卫星下行链路通信模型,扩大合法链路与窃听链路的CSI随机性差异;其次,通过合法链路CSI对准循环低密度奇偶校验码扩展因子进行动态调控,增加编码随机性,进而增加窃听者译码难度;最后,通过动态扩展因子与合法链路CSI在卫星端与用户端构建加扰与解扰机制,使窃听者因缺乏合法链路CSI而无法解扰保密信息。仿真结果表明,在用户端误码率低至10-6的情况下,利用扰码对CSI的依赖性构建窃听者解扰壁垒,可使窃听者误码率接近0.5。所提方案凭借对CSI与地面协作中继的协同设计,既具备抵御量子计算攻击的潜在能力,又契合卫星通信网络工程部署对高效低耗的需求,能够有效平衡卫星下行链路信息传输可靠性与安全性的矛盾,可为未来6G空天地一体化场景下的信息安全传输提供具备工程实践价值的技术参考路径。展开更多
针对低轨卫星高动态场景下多服务质量(Quality of Service,QoS)时变物联业务资源调度问题,提出了一种基于Lyapunov优化的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)多业务资源切片动态管理方法。该方法综合考虑多物联业务QoS...针对低轨卫星高动态场景下多服务质量(Quality of Service,QoS)时变物联业务资源调度问题,提出了一种基于Lyapunov优化的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)多业务资源切片动态管理方法。该方法综合考虑多物联业务QoS需求、不同QoS业务队列状态以及切片大小的动态划分,构建了资源切片动态管理的资源调度优化问题。基于Lyapunov优化理论将非凸的多时隙动态资源切片划分问题转化为单时隙多QoS业务资源切片配置问题,从而在动态业务场景下实现资源切片与多QoS业务队列之间的动态适配。仿真结果表明,与传统NB-IoT上行资源调度方法相比,所提方法在低轨高动态场景下能够显著提升时延确定性业务的QoS保障和吞吐量。展开更多
当前,国内外已经开展多次卫星光通信在轨试验,激光通信终端性能不断提升,从在轨验证转入规模化应用阶段。随着星地光网络深度融合,激光通信技术也在面临新的挑战。本文对国内外激光通信研制进展和里程碑试验情况、激光通信标准化研究进...当前,国内外已经开展多次卫星光通信在轨试验,激光通信终端性能不断提升,从在轨验证转入规模化应用阶段。随着星地光网络深度融合,激光通信技术也在面临新的挑战。本文对国内外激光通信研制进展和里程碑试验情况、激光通信标准化研究进展进行了分析和总结,在此基础上明确了星地融合网络对于激光通信技术未来发展的需求,并从激光路由一体化结构、高可用度星地激光通信、空间增强OTN(Optical Transport Net,光传送网)协议、在轨智能管控四个方面,提出激光通信终端后续设计思路和初步方案,可有效提升产品的SWAP-C(尺寸、重量、功耗、成本)特性和传输效能,降低管控成本,为未来星地融合光网络建设提供参考。展开更多
随着卫星通信向低轨巨型星座演进,信道快速变化与多用户干扰已成为制约系统容量的关键因素。针对仅已知信道协方差信息的多波束低轨卫星下行传输,本文提出一套由理论最优逐步逼近工程实用的四类统计信道状态信息(Channel State Informat...随着卫星通信向低轨巨型星座演进,信道快速变化与多用户干扰已成为制约系统容量的关键因素。针对仅已知信道协方差信息的多波束低轨卫星下行传输,本文提出一套由理论最优逐步逼近工程实用的四类统计信道状态信息(Channel State Information, CSI)预编码方案:(1)以最大化遍历和速率为目标的理论基准;(2)以蒙特卡罗平均和速率为目标的采样近似方案;(3)基于逐采样加权最小均方误差(Weighted Minimum Mean Square Error, WMMSE)的性能最优方案;(4)在方案(3)的基础上进一步对导频响应取统计期望,采用复杂度最低且性能损失可忽略的实用方案。针对多用户单天线与多天线场景,分别推导了可达速率表达式,构建了相应的非凸优化问题,并采用梯度下降结合流形优化的方法进行求解。仿真结果表明:所提出的WMMSE结合导频期望方案,在和速率性能上可达理想信道状态信息下迫零算法的80%,显著优于基于信道统计信息的迫零算法,并且在仅依赖统计CSI的低轨卫星多用户场景下,该方案通过对导频响应取统计期望,实现了导频开销降低约90%,同时算法收敛速度较传统逐采样WMMSE提升约8~10倍。本研究为高动态信道条件下的高效预编码设计提供了重要理论依据与实现指导。展开更多
文摘卫星下行链路因其开放性、广域覆盖性而面临严峻的窃听威胁,传统以加密技术为核心的卫星下行链路防窃听方案在计算复杂度与抗量子攻击能力上存在双重瓶颈,且现有卫星下行链路物理层安全防窃听方案的应用场景存在局限性。针对以上问题,通过基于动态扩展因子的扰码与编码级联设计,提出一种基于信道状态信息(Channel State Information,CSI)和协作中继的卫星下行链路防窃听方案。首先,通过部署地面中继基站,建立基于协作中继的卫星下行链路通信模型,扩大合法链路与窃听链路的CSI随机性差异;其次,通过合法链路CSI对准循环低密度奇偶校验码扩展因子进行动态调控,增加编码随机性,进而增加窃听者译码难度;最后,通过动态扩展因子与合法链路CSI在卫星端与用户端构建加扰与解扰机制,使窃听者因缺乏合法链路CSI而无法解扰保密信息。仿真结果表明,在用户端误码率低至10-6的情况下,利用扰码对CSI的依赖性构建窃听者解扰壁垒,可使窃听者误码率接近0.5。所提方案凭借对CSI与地面协作中继的协同设计,既具备抵御量子计算攻击的潜在能力,又契合卫星通信网络工程部署对高效低耗的需求,能够有效平衡卫星下行链路信息传输可靠性与安全性的矛盾,可为未来6G空天地一体化场景下的信息安全传输提供具备工程实践价值的技术参考路径。
文摘针对低轨卫星高动态场景下多服务质量(Quality of Service,QoS)时变物联业务资源调度问题,提出了一种基于Lyapunov优化的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)多业务资源切片动态管理方法。该方法综合考虑多物联业务QoS需求、不同QoS业务队列状态以及切片大小的动态划分,构建了资源切片动态管理的资源调度优化问题。基于Lyapunov优化理论将非凸的多时隙动态资源切片划分问题转化为单时隙多QoS业务资源切片配置问题,从而在动态业务场景下实现资源切片与多QoS业务队列之间的动态适配。仿真结果表明,与传统NB-IoT上行资源调度方法相比,所提方法在低轨高动态场景下能够显著提升时延确定性业务的QoS保障和吞吐量。
文摘当前,国内外已经开展多次卫星光通信在轨试验,激光通信终端性能不断提升,从在轨验证转入规模化应用阶段。随着星地光网络深度融合,激光通信技术也在面临新的挑战。本文对国内外激光通信研制进展和里程碑试验情况、激光通信标准化研究进展进行了分析和总结,在此基础上明确了星地融合网络对于激光通信技术未来发展的需求,并从激光路由一体化结构、高可用度星地激光通信、空间增强OTN(Optical Transport Net,光传送网)协议、在轨智能管控四个方面,提出激光通信终端后续设计思路和初步方案,可有效提升产品的SWAP-C(尺寸、重量、功耗、成本)特性和传输效能,降低管控成本,为未来星地融合光网络建设提供参考。
文摘随着卫星通信向低轨巨型星座演进,信道快速变化与多用户干扰已成为制约系统容量的关键因素。针对仅已知信道协方差信息的多波束低轨卫星下行传输,本文提出一套由理论最优逐步逼近工程实用的四类统计信道状态信息(Channel State Information, CSI)预编码方案:(1)以最大化遍历和速率为目标的理论基准;(2)以蒙特卡罗平均和速率为目标的采样近似方案;(3)基于逐采样加权最小均方误差(Weighted Minimum Mean Square Error, WMMSE)的性能最优方案;(4)在方案(3)的基础上进一步对导频响应取统计期望,采用复杂度最低且性能损失可忽略的实用方案。针对多用户单天线与多天线场景,分别推导了可达速率表达式,构建了相应的非凸优化问题,并采用梯度下降结合流形优化的方法进行求解。仿真结果表明:所提出的WMMSE结合导频期望方案,在和速率性能上可达理想信道状态信息下迫零算法的80%,显著优于基于信道统计信息的迫零算法,并且在仅依赖统计CSI的低轨卫星多用户场景下,该方案通过对导频响应取统计期望,实现了导频开销降低约90%,同时算法收敛速度较传统逐采样WMMSE提升约8~10倍。本研究为高动态信道条件下的高效预编码设计提供了重要理论依据与实现指导。
