【摘 要】
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随着全球信息化的快速发展,人们对高通信质量、高速率的通信服务的需求越来越显著。由于地面蜂窝通信的局限性,使得处于边远地区的用户无法接受服务。卫星通信以其通信距离远、通信质量稳定的特点可以作为地面通信的补充为用户提供服务,近地轨道（Low Earth Orbit,LEO）卫星的轨道高度低,通信时延小,相对于对地静止轨道（Geostationary Orbit,GEO）卫星更适合传输话音和数据业务。L
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随着全球信息化的快速发展,人们对高通信质量、高速率的通信服务的需求越来越显著。由于地面蜂窝通信的局限性,使得处于边远地区的用户无法接受服务。卫星通信以其通信距离远、通信质量稳定的特点可以作为地面通信的补充为用户提供服务,近地轨道（Low Earth Orbit,LEO）卫星的轨道高度低,通信时延小,相对于对地静止轨道（Geostationary Orbit,GEO）卫星更适合传输话音和数据业务。LEO卫星的覆盖范围小,需要大规模组网,随着空间中的卫星数量的不断增加,空间中的频谱资源短缺问题日益严重,频谱资源短缺限制了卫星通信的发展。本文研究LEO卫星和GEO卫星的频谱共享,解决频谱稀缺问题提升频谱效率,然而LEO和GEO频谱共享存在同频干扰的问题,导致LEO卫星和GEO卫星的通信质量下降。因此,研究一种基于干扰控制的LEO和GEO卫星的频谱共享方法是当前研究的热点。本文首先对LEO和GEO频谱共享的研究现状进行梳理,分析了当前LEO和GEO频谱共享的主要研究方向和优缺点。建立星间频谱共享场景下的干扰模型,分析频谱共享时的上下行链路同频干扰,分析结果显示干扰的主要影响因素为天线增益和自由空间损耗。在干扰分析的基础上,研究了依赖地面站隔离角的静态频谱共享方法,当卫星进入隔离区域后采取关闭部分波束的方式实现频谱共享。静态频谱共享存在吞吐量损失较大问题,进一步提出了基于干扰避免的跳波束频谱共享方法,LEO卫星采用跳波束载荷,通过优化跳波束图案实现时域上的干扰避免。之后本文提出了基于干扰控制的LEO和GEO联合功率优化算法,结合功率控制的思想,首先提出LEO多波束功率控制算法,采用分式规划中的二次变换的方法将非凸问题转换成可求解的凸优化问题,同时引入空间隔离的隔离区域的思想提升算法的执行效率。针对LEO多波束功率控制算法LEO系统性能损失较大的问题,提出LEO和GEO联合功率优化算法,联合优化LEO和GEO的波束发射功率,在保证GEO卫星通信质量的前提下,提升系统容量和系统频谱效率,实现LEO和GEO的频谱共享。
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