项目名称: 高通量天基信息网络容量与多址技术研究

项目编号: No.61771158

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2018

项目学科: 无线电电子学、电信技术

项目作者: 焦健

作者单位: 哈尔滨工业大学

项目金额: 16万元

中文摘要: 高通量天基信息网(SIN)将提供一种比拟光纤网的宽带接入方法,系统容量可达Terabit/s,实现“无处不在的高速宽带接入。本项目面向国家“十三五”科技规划的“天地一体化网络”重大工程需求,首先,探索Ka/Q/V频段的毫米波链路多、变参数信道,建立ARMA信道预测模型,利用部分观测马尔科夫决策求解最大期望吞吐量的资源配置策略。在此基础上,发掘Ka频段指向性天线特性,研究最大化系统吞吐量的上下行多址接入技术和资源复用方法,包括:自适应星座复用Ka频段MIMO下行传输方案、非协作NOMA Aloha上行随机接入协议、非中心化的资源管理与复用算法。最后,采用矩阵指数分布拉普拉斯变换的方法,定量分析SIN多跳协作的容量和跨层资源模型,给出适配业务需求和通信资源认知的多跳传输方法,建立高通量SIN容量理论,并搭建软-硬件联合系统实验平台验证。希望通过本项目的研究,为天基宽带网的建设提供关键的解决方案。

中文关键词: 天基信息网络;高通量卫星;Ka频段;多址接入;协作传输

英文摘要: High throughput space-based information networks (SIN) will enable a “Terabit data rate capacity” broadband wireless access, which previously possible only with fiber-optic links, and offer the access availability of “anywhere and anytime” inherent to the satellites. The project will focus on a fundamental theoretical framework and advanced signal processing and network protocols of the high throughput SIN, and will be a significant enabling factor for the integrated space/air/terrestrial information network of China. First, we will develop a real channel model for the Ka/Q/V band millimeter wave systems, and propose a practical time-varying prediction model based on the AutoRegressive-Moving-Average (ARMA) model. The optimal resource allocation policy is analytically derived by utilizing the partially observable Markov decision process. Then, by taking into account the properties of highly directive antennas at Ka band, we will research on 1) adaptive constellation multiplexing for Ka band MIMO downlink transmission, 2) uncoordinated NOMA aloha uplink protocol with finite blocklengths, 3) decentralized frequency reuse patterns in multibeam broadband satellite communications. Last, the quantitative analysis of capacity of SIN cooperative multi-hop transmission will be modeled, based on a rational Laplace transform to derive closed-form throughput expressions in a matrix exponential distribution form. Then, we will form a cross-layer resources model, and derive the optimal matching policy over multi-type service demands and communication resource cognitive approach. In addition, a multi-hop transmission simulation platform will be developed, by hardware/software co-design method to verify the performance of the above algorithms and protocols. The targeted optimal design of SIN transmission mechanism will serve as an integrated multi-hop transmission scheme for high-efficiency and high reliability transmission. Our outcomes will have a significant impact on the standardization and design of future broadband SIN.

英文关键词: Space-based infromation networks;High througput satellites;Ka band;Multiple access;Cooperative transmission

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