卫星通信系统具有大容量、高速率以及可以覆盖海洋、荒漠、高山等地面通信设备无法覆盖的区域,在现代社会中发挥着越来越重要的作用。随着高质量卫星多媒体业务的持续快速增长以及现代人类活动领域的延伸,人们对卫星通信系统的传输效率、数据传输质量以及覆盖地区提出了更高的要求,因此现阶段亟需改善和提高卫星通信系统资源利用效率和系统吞吐量。得益于多点波束和频率复用等技术的应用,高通量卫星可提供比传统卫星高数十倍的系统容量,但是传统高通量卫星“碎片化”的资源分配方式导致波束频繁出现“忙闲不均”的现象,引起通信资源巨大浪费,无法发挥高通量卫星大容量的优势。跳波束技术由于其灵活的资源分配方式受到了国内外学者的广泛关注,然而现有的跳波束技术存在缺乏业务驱动模型、分簇方式导致不同簇内业务量需求不均以及未考虑波束之间潜在的同频干扰等问题。针对这些问题,本文建立了GEO卫星业务量需求模型,在此业务量模型基础上,针对跳波束卫星通信系统中动态分簇、资源分配以及干扰避免等进行深入研究,同时,设计跳波束技术演示系统平台对研究内容进行软件验证,主要研究内容及成果如下:基于空间和时间的业务量模型:由于跳波束技术在资源分配方面的灵活性,众多国内外学者重点研究了不同类型的跳波束资源分配算法,这些研究采用生成随机数的方式来表示业务量需求,并未建立与资源分配算法相对应的业务量模型。针对这一问题,本文提出了一种适用于跳波束卫星通信系统的空时二维模型的建模方法,分别从空间和时间两个维度描述业务量特性。在联合经济发展程度和人口密度两个主要因素建立业务量强度需求模型的基础上,结合网格划分的方式,在空间维度上对业务量进行定量分析,建立空间业务模型。在人类活动规律的基础上,结合时区划分的方式,以峰值业务量为参照,给每个时间区间定义一个时间权重指数,建立时间业务模型。仿真结果表明,业务量需求在空间维度上存在明显的差异性,该差异性会随着时间做周期性变化,而且该业务量模型的建立对跳波束技术在资源分配方面更具有实际的指导意义。跳波束资源分配研究:传统跳波束卫星通信系统在均匀分簇的基础上进行系统资源分配,均匀分簇的方式保证各簇内波束的数目基本一致,然而,由于各个波束的业务量需求存在明显的空间差异性和时变性,导致各个簇内的业务量需求大相径庭,这种分簇方式不仅导致不同簇内的波束处于“忙闲不均”的状态,而且需要建立簇间功率分配的目标函数,此外,现有的部分簇内资源分配算法求解方法也比较复杂,这些因素都会直接或间接的影响卫星系统复杂度。针对这些问题,本文采用动态分簇的方式替代了传统的均匀分簇的方式,在卫星载荷、容量和每时隙最大工作的波束数目的限制条件下,结合波束地理位置信息进行动态分簇,该分簇方法使得每个簇内的业务量需求基本一致,因此将卫星功率平均分配给每个簇以完成簇间功率分配。在动态分簇基础上,建立基于公平性目标函数的跳波束时隙分配算法,并通过CVX工具箱求解该目标函数。仿真经过动态分簇和传统分簇之后簇内业务量需求情况,以及比较CVX工具箱和构造lagrangian函数两种方式的时隙分配结果,仿真结果表明,在动态分簇的基础上进行跳波束资源分配提高了系统资源利用效率、降低了计算复杂度、使得跳波束卫星通信系统能够满足随需覆盖的要求。跳波束系统干扰消除策略:跳波束卫星通信系统采用全频率复用方式进一步提高频率利用效率,当使用相同频率的波束同时工作且其中心距离小于同频复用距离时,会产生同频干扰问题。针对这一问题,本文联合跳波束图案设计和预编码的方式进行干扰消除研究。在跳波束时隙求解的基础上,联合考虑所有簇并结合各波束时隙数目,通过“空间隔离+分时工作”的方式进行跳波束图案设计。然而,跳波束图案设计不能完全避免波束之间的干扰问题,通过波束干扰搜索算法搜索存在同频干扰的波束,对这些波束采用预编码方式进行干扰消除,同时引入业务量满意度和未满足业务量两个评价指标用以衡量不同资源分配方式优劣。仿真结果表明,跳波束图案设计通过调整波束工作顺序,从根源上避免了部分波束的干扰问题,对于其余存在干扰的波束,预编码算法能有效避免干扰,提升系统容量。基于轨道计算工具+MATLAB的仿真平台:综合上述内容,本文设计了跳波束系统软件验证平台,其是基于轨道计算工具+MATLAB的可视化平台,集成了跳波束卫星通信系统场景建立、资源分配、波束跳变演示、性能分析等模块。该软件平台可供模拟跳波束系统流程,且根据不同场景要求,可对其中的模块进行添加和删除等更改操作,以提供更好的可视化效果。

物联网具有广阔的发展前景,卫星物联网和地面物联网相互合作可以提供更好的服务,在选择卫星轨道时,低轨道（LEO）卫星相较于高轨道（GEO）卫星具有轻小型化的优点并且时延更低、成本更低。但是低轨卫星物联网系统中通信和频谱感知共用天线射频设备,低轨卫星只能在通信间隙感知频谱,因此感知间隔随着通信业务的饱和而增大。将多颗低轨卫星作为感知源获取的多维度频谱数据不完备,空间分辨率低从而使得生成的频谱态势以及频谱地图时空分辨率都较低。论文针对该问题系统地研究了基于空间插值的电磁环境图重建技术和图像超分辨率重建算法,分别对低轨卫星频谱感知数据进行补全和提高频谱感知数据的空间分辨率。论文工作如下:（1）论文基于面向物联网的电磁感知低轨星座系统,首先基于卫星工具包（Satellite Tool Kit,简称STK）构建低轨卫星星座场景,产生低轨卫星频谱感知数据,通过卫星运行特点以及导出的数据样本,分析得到数据特征为:感知数据存在大量缺失,相邻数据之间经纬度间隔大并且经度的变化幅度和纬度的变化幅度不一致。为便于后续频谱数据处理,结合STK导出的低轨卫星运行位置、地面站天线方位图等参数和卫星通信的无线信道特性获取更多频谱感知数据。（2）由于面向物联网的电磁感知低轨星座系统,低轨卫星可进行频谱感知的时间短,所以感知数据呈现出空间分布稀疏以及数量缺失的特点,有必要通过已知数据来补全未知数据。结合频谱态势生成综合调研了频谱态势补全算法和电磁环境图重建算法,依据低轨卫星频谱感知时间内可以获取的数据数量和数据特征,结合常用数据补全算法的适用场景,折中改进了经典逆距离加权插值方法和改进的逆距离加权插值方法。（3）针对感知数据经纬度变化幅度不一致的特点建立非均匀的频谱坐标系,将频谱坐标系和像素坐标系相关联将频谱转化为二维图像,从而采用图像超分辨率重建算法提高频谱感知数据的空间分辨率。针对低轨卫星频谱感知数据的空间分辨率低的问题,以获取的频谱感知数据数量为依据着重调研了传统的图像超分辨重建算法。分别采取了传统插值方法、引入先验约束的贝叶斯方法和基于图像自相似性的学习方法的图像超分辨率重建算法来提高低轨卫星频谱感知数据的空间分辨率。并且分别分析了一个信号源和两个信号源的场景中的频谱感知数据空间超分辨率重建。

大规模非静止轨道（Non-geostationary Orbit,NGSO）卫星系统具有传输时延小、全球覆盖等特点,近年来成为研究的重点。而大规模NGSO卫星系统的大量部署也带来了频轨资源紧张的问题,大量的NGSO卫星系统之间会造成严重的同频干扰。现有的干扰分析与干扰规避方法主要针对同步轨道卫星间、同步轨道与NGSO卫星系统间提出,在针对大规模、高动态的NGSO系统间干扰存在缺少合理建模、计算复杂、难以准确刻画干扰特征的问题。针对上述问题,本文对NGSO星座系统间干扰场景特点、干扰评估方法及空域干扰规避方法开展了研究。首先,针对未来大规模NGSO星座系统卫星数量多、卫星相对位置时变以及波束灵活可变的特点,本文对现有典型大规模NGSO星座的频率、波束、轨道特性进行了梳理,得到馈电链路间的干扰场景、用户链路间的干扰场景、馈电与用户间的干扰场景等三类典型干扰场景,并进一步对不同场景干扰的特点以及异同之处进行了分析。在此基础上,建立了面向NGSO动态干扰场景的多波束干扰分析模型,并对NGSO卫星动态特性以及不同链路中多天线、多波束的特点对系统间的传输信号与干扰信号进行了描述。其次,对典型大规模NGSO星座系统间的同频干扰进行了仿真分析。本文以国际电信联盟（International Telecommunications Union,ITU）规定的经典干扰分析指标为基础,结合动态特性下的多波束信号模型,对One Web与Starlink两个典型NGSO卫星星座间的干扰程度进行了评估。经过仿真分析,不同的NGSO星座系统会对同频的其他系统造成非常严重的干扰甚至造成长时间的通信中断。同时,仿真分析了不同仿真步长、地面站隔离距离、地面站纬度位置等建模参数对结果的影响,相关结果能够对星座设计及地面站布设提供指导。最后,针对NGSO星座系统之间同频干扰规避问题,传统的干扰规避方法在面对集总干扰及高动态特性时具有很大局限性。本文针对实际中影响最大的共线干扰规避问题,基于未来相控阵灵活波束控制的发展趋势,提出了基于波束切换与零陷展宽的干扰规避技术组合,通过将地面站波束切换至可视范围内的其他卫星,使得共线干扰成为旁瓣干扰,再利用旁瓣零陷展宽的自适应波束形成方法对高动态环境下的旁瓣干扰进行抑制实现完整可靠的干扰规避。所提方法使用One Web与Starlink星座间干扰场景进行了仿真验证,仿真结果证明波束切换与零陷展宽的组合方法能够有效减少低轨星座间的干扰,提高链路质量。

物联网是第五代移动通信的重要应用场景,它的出现深刻影响了人们的生活和工作方式,但是由于地面物联网的覆盖范围十分有限,而低轨卫星物联网作为地面物联网的延伸和补充,具有覆盖范围广,单一波束下用户数多等特点,很好地解决了地面物联网的不足。然而,解决海量用户终端接入,并保证其信息传输的可靠性和时效性是必须要解决的问题。因此,需要针对低轨卫星通信的特点,设计一种面向物联网海量连接的高效可靠的多址接入协议。本论文主要介绍了几种适用于卫星网络并且性能较好的随机多址接入协议,并结合了低轨卫星物联网的特点,提出了一系列改进方案,主要完成了以下几点工作:研究了低轨卫星通信系统的基本组成结构和数据的传输流程,并对现有的应用于卫星通信的多址接入协议进行简单论述,主要包括面向连接的多址接入、传统的随机多址接入和改进的随机多址接入协议。对现有的CRDSA协议进行了研究分析,详细地分析了其吞吐量计算公式,创新性地推导了CRDSA++协议的吞吐量及丢包率公式,对CRDSA++的性能进行了多次仿真,理论分析和实际仿真结果验证了CRDSA++的公式推导的可行性。此外,将CRDSA和CRDSA++的性能进行对比分析,发现发送3个副本的CRDSA++（CRDSA3）整体性能较好,并结合低轨卫星物联网的接入特点,在CRDSA3协议的基础上,加入了终端有数据包发送的概率、增大了终端数和终端发送数据包的随机性。对现有的IRSA协议进行了研究分析,并增大了帧长,有效地提高了IRSA协议的吞吐量性能,但同时传输时延也会增大。将优化后的IRSA协议与CRDSA3协议相比,吞吐量性能有了较明显的改善。此外,对IRSA协议做了进一步的研究,给用户终端加入了发送概率,增大了终端数量和终端发送数据包的随机性。最后,通过仿真证实了改进后的IRSA协议的性能要优于改进后的CRDSA3协议。

定位问题的研究以提高定位精度为导向,如何减小定位误差,更准确的对目标源进行定位成为本文的工作目标。本文重点研究了以到达时差（Time Difference of Arrival,TDOA）作为定位参数的星载无源定位技术,从影响定位精度的定位解算方法、时延估计方法、定位方法三个方面展开了研究,具体内容如下:（1）定位解算方法。本文研究了三星时差定位解算方法中的解析算法、Chan算法以及Newton算法。仿真结果表明,以上几种定位算法的均方根误差随TDOA测量精度的变化曲线均能够逼近克拉美-罗下限。（2）时差估计方法。针对基于不同加权函数的广义互相关算法需要事先知道信号和噪声的先验统计信息,且这些信息难以获取的问题,研究了基于最小均方误差准则的自适应时差估计算法。仿真结果表明,在不同信噪比差值的情况下该算法均可准确的估计出时差值。（3）高低轨三星时差定位方法。针对传统三星时差定位研究中定位精度较差的问题,提出了以不同轨道高度三星星座进行时差定位的方法。该方法结合了低轨星引入较大观测量及高轨星覆盖广的优势,更加合理高效的利用了现有卫星资源,使得处于不同轨道高度的卫星在共视的前提下能够提供较大的距离差。仿真结果表明,三星轨道高度对于定位精度有较大的影响,本文所提出的定位方法较传统三星时差定位方法其定位精度明显提高。（4）异轨分时单星时差定位方法。多星定位方法受到一定条件的限制,需要目标源与关口站同时可视多颗卫星,且这些卫星必须匹配,在用户终端处于严重遮蔽,视线受限,瞬时仅单星可视的环境下,多星定位方法将无法应用,针对这一问题,提出了异轨分时单星时差方法。与传统同轨单星时差定位方法不同的是,它利用不同时刻飞入定位目标可视区的三颗卫星进行定位。仿真结果表明,该定位方法较同轨单星时差定位方法的定位性能更好。

地面物联网应用逐渐发展成熟,但在一些大范围、跨地域、恶劣环境等领域,由于空间、环境等限制,难以建设维护地面基站,使得地面物联网出现了服务能力与需求失配的现象,如海洋、森林、沙漠等偏远区域的数据采集业务。而卫星物联网由于广覆盖、不受天气地理条件的影响、易于给大范围运动平台提供网络连接支持等特点成为地面物联网有效的补充。物联网技术体制中物理层波形设计是实现网络广覆盖低功耗的基础,地面物联网波形是针对终端准静态环境下设计的,而低轨卫星信道具有高动态的特征,近年来对地面物联网波形进行适应性改造成为低轨卫星物联网研究的热点。本文针对传统地面LoRa体制物联网中LoRa波形在低轨卫星高动态场景下捕获性能差、多普勒频移导致不同子信道终端产生子信道间干扰以及LoRa传统调制解调性能恶化等问题,在低轨卫星高动态场景下分析了传统LoRa波形适应性并提出适应性的改造方法,提升LoRa波形在低轨卫星信道下的通信性能。论文的主要研究内容如下:（1）面向基于LoRa体制的低轨卫星物联网提出了一种终端位置信息辅助的多普勒频移预补偿方法以解决低轨卫星高动态下子信道间的互干扰问题。首先,在考虑终端位置信息误差的情况下推导了终端发射信号多普勒频移服从的概率密度函数;进一步在单星和多星共视接入场景下设计了终端的多普勒频偏预补偿算法;最后,在LoRa授权频段和L频段分别仿真了所提算法的性能,相比于传统卫星通信系统中宽带终端的多普勒频移预补偿方法,本文提出的方法能够有效的缓解子信道间的干扰提升系统接入性能。（2）针对高动态场景下LoRa信号通信性能恶化问题,本文提出了一种单/双差分LoRa调制方案,相比于传统LoRa调制方案中将传输信息调制到每个符号的起始频率,本文所提出的调制方案是将传输信息调制到两个/多个相邻符号的起始频率关系中,实现通信信息的差分抗多普勒调制,并且推导了所设计的调制方案在低轨卫星信道下的通信性能表达式,设计了一种最大似然序列检测解调以及低复杂度的维特比解调算法以优化所提出的差分调制方案的误差扩散现象,仿真结果表明所提出的调制方案提升了传统LoRa波形在低轨卫星高动态信道下的通信性能。（3）通过USRP和MATLAB平台实现本文所提方案的传输流程,包括信号生成、捕获同步、解调等功能。首先针对该软件收发平台,对信号生成部分、信号接收部分进行了详细的介绍,并给出Lab VIEW的前面板和程序框图;之后在使用软件收发平台进行信号发送接收的过程中,验证了本文第四章提出差分调制方案的可行性和有效性。

近年来随着天地一体化信息网络和卫星互联网的发展,人们对卫星通信的业务需求呈爆炸式增长,而高通量卫星采用多点波束和频率复用技术,使得比传统多波束卫星具备更大的通信容量,能够较好的满足当前不断增长的业务需求。然而在高通量卫星通信系统中,分配给各个波束的功率和频率资源是相对固定的;此外,由于卫星业务存在时空分布不均匀性、业务类型的多样性等因素,以上问题使得卫星资源分配缺乏灵活性,从而引起通信资源的浪费。跳波束技术可在功率、频率、空间、时间四个维度上进行资源分配,资源调度更加灵活,为卫星资源灵活动态分配提供了新的思路,是未来高通量卫星通信系统的关键技术。然而现有跳波束卫星通信系统中资源分配算法不适用于实时匹配业务动态变化的场景,本文主要研究GEO跳波束卫星通信系统中簇间功率优化和资源动态分配方式,同时完成了跳波束资源动态管理与接入仿真软件的设计及实现。首先,本文概述了跳波束卫星通信系统基本架构、卫星信道特性和跳波束时隙模型,在此基础上建立了跳波束前向链路业务模型,并以功率资源分配为优化目标,仿真了多种功率资源优化算法。仿真结果表明,功率优化算法能提高簇间功率资源的利用率。然后,在跳波束前向链路业务模型中,以最小化数据包传输时延为目标,提出了一种基于深度强化学习的跳波束资源分配算法。算法将卫星资源分配模块和前向链路数据包业务场景分别建模为智能体和环境,并设计了基于干扰避免准则的跳波束图案集合作为智能体的动作集。算法通过智能体与环境不断交互训练获得智能体的决策神经网络,以此求解跳波束卫星系统资源分配的最优方案。仿真结果表明,与传统分配算法相比,该方法能有效地降低数据包的平均传输时延,并提高系统吞吐量。最后,为了演示和验证在复杂环境下跳波束卫星通信系统的资源管理,本文基于MATLAB平台开发完成了跳波束资源动态管理与接入仿真软件的设计及实现。仿真软件场景设计中考虑了链路雨衰、频谱资源、地面波位干扰、用户终端波束切换等复杂环境因素。此外,考虑到场景中用户接入管理,提出一种基于用户优先级的接入管理策略,并通过跳波束资源管理模块实现资源分配。仿真测试表明,该仿真软件能够实现资源分配功能、用户接入管理功能和用户终端波束切换功能,并能够有效验证跳波束资源管理方法。

物联网（Internet of Things,Io T）是5G无线网络应用中的主要方向之一,海量布置造价低廉的物联网终端需要建设大量的地面基站构成通信网络。但是在地面建设基站受到地理环境的限制,如海洋、沙漠等极端环境地区无法建设基站、人烟稀少的偏远地区建设维护基站的成本昂贵、发生自然灾害时地面网络易遭到破坏等。故传统物联网在上述的应用场景中表现出业务能力严重不足的问题。卫星通信系统由于其不受地理环境影响的全球覆盖能力成为物联网研究方向的热点之一。资源受限的低轨卫星覆盖范围内海量终端在有限时频资源下并发接入问题,需要借鉴5G地面物联网中先进的大规模天线技术,提升同一时频资源下并发接入终端的数量。然而区别于地面富反射环境信道,卫星信道是直射分量占主体的欠散射信道,地面5G网络中基于多天线收发的空时编码技术并不能取得理想的分集增益。基于大规模天线阵的波分多址技术（Beam Division Multiple Access,BDMA）在低轨卫星物联网中具有一定的应用潜力,但受限于相控阵的空间分辨能力和低轨卫星高度,相同口径的相控阵在低轨卫星上并不能取得良好的物联网终端空间分簇效果。此外,相比于数十公里量级覆盖范围的地面物联网,卫星物联网终端的信号传播距离达到上千公里量级,卫星通信链路由于长距离传输导致电磁波信号具有衰减大的特点,并且物联网终端低功率要求以及受限的发射天线增益,导致节点的传输性能受到极大的限制。针对上述的单星相控阵空间分辨率受限问题,本文将多星协作波束成形技术应用于低轨卫星物联网,在多星覆盖共视区内充分挖掘多星覆盖的空间域资源,提出了一种基于多星协作波束成形的容碰撞随机接入方案,信关站通过对多星转发信号协作波束成形的方式,提升碰撞数据包信干噪比,将多星覆盖区内多址干扰转化为系统可利用的空间域资源,从而提升同一时频资源下并发接入的终端数量。仿真结果表明,本文所提出的基于多星协作波束成形的容碰撞随机接入方案具有良好的吞吐量和丢包率性能,在系统高负载下能够缓解传统随机接入方法中存在的“死锁”问题。此外,为了解决物联网终端射频能力弱和卫星通信长距离传输之间的矛盾,本文针对物联网应用场景中一类相互之间具有通信能力的终端,提出了一种基于节点选择协作波束成形的上行接入方式,在考虑终端位置信息存在误差的条件下,推导了节点传输的平均功率方向图函数,并设计了一种区域分组的节点选择算法,通过卫星链路预算分析和区域选择缩小了优质节点的选择范围。仿真结果表明,相比于传统的分布式协作波束成形节点选择算法,本文提出的算法在终端位置误差模型中旁瓣抑制和零陷生成方面具有更好的性能。

近年来,物联网技术快速发展,应用场景涵盖了社会生活的方方面面,而卫星通信系统凭借着其覆盖范围广、机动灵活、不受地理及气候因素限制等优势,可以为放置在偏远地区的物联网终端提供接入服务,在全球范围内实现真正意义上的“万物互联”。然而,卫星的广覆盖、轻控制带来了海量物联网终端接入碰撞的问题。如何在卫星物联网海量连接条件下,降低信号碰撞对系统性能的影响是亟待解决的问题。论文在现有容碰撞随机接入框架下,综合考虑卫星物联网接入特点、信道特性、信号特征等因素,开展了针对短突发信号的开环碰撞信号分离技术的研究与方案设计,并经过了仿真和实测数据的验证。论文的主要研究内容如下:在全球覆盖、海量连接的服务场景下,卫星物联网系统将不可避免地遭遇用户信号碰撞问题,而接收端的短突发信号分离技术是解决碰撞接入的关键手段。针对该问题,论文在现有容碰撞随机接入框架下,分析了卫星信道特性,给出了所研究的接收碰撞信号模型。为了重构干净副本,以进行后续的碰撞分离操作,论文结合卫星物联网信号特征,设计了适用于短突发信号接收解调的开环解调方案。该方案通过滑动相关法捕获信号,同时,利用FFT估计载波频偏和初始相差完成载波频偏估计。最后,通过定时误差估计算法估计定时误差,并利用插值滤波实现符号定时同步。通过仿真分析,验证了所提开环解调方案的可行性。针对海量物联网终端接入碰撞的问题,论文在竞争解决分集时隙ALOHA（Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA,CRDSA）接入框架下,结合卫星信道特性与物联网信号特征,基于开环解调方案,设计了一套基于开环自适应滤波的短突发碰撞信号分离方案。该方案主要包含预处理、重构参数估计、自适应滤波等三个部分。首先,通过去调制预处理分析干净副本与碰撞信号间的频偏相差;其次,利用参数估计方法估计副本间的频偏相差,并补偿其频偏相差;最后,利用干净副本与碰撞信号的相关性,基于最小均方误差准则的自适应滤波进行对碰撞信号的分离。通过仿真分析,验证了所提碰撞分离方案的可行性。为了进一步验证本文所提方案的可行性,在MATLAB理论仿真的基础上,论文利用信号发生器、信号采集器等设备搭建信号分离实验验证平台,该平台能够模拟碰撞信号场景,并能设置信号关键参数,计算机软件通过信号采集器接收碰撞信号。最后,通过本文所提碰撞分离及开环解调方案处理实测数据来验证所提方案的性能。

高通量卫星系统在极大提升通信容量的同时,能有效地降低每比特的传输成本,从而有效克服了卫星通信系统费用昂贵的缺陷,近几年来受到了广泛关注与研究。然而卫星通信固有长路径导致的强信号衰减以及频谱资源缺乏等问题,都将严重限制高通量卫星系统的性能。采用Q/V频段和跳波束技术的高通量卫星以更高的频谱效率和系统容量为目标,有效克服了上述几个关键问题。但是Q/V频段高路径损耗和跳波束资源分配问题是设计卫星通信系统时不得不考虑的问题,鉴于此本文针对Q/V频段高链路衰减,分析了信号空间传播特性,重点分析了降雨衰减,为了提高系统链路频谱效率,对严重的降雨衰减开展了自适应编码技术研究,并利用仿真结果研究了动态雨衰影响下跳波束前向链路时隙资源分配问题,具体如下:本文首先概述了高通量卫星发展优势和国内外现状,在指出频段拓展和跳波束技术为高通量卫星的关键技术的基础上,分析了Q/V波段卫星通信信号在传播过程中受到的链路衰减,重点分析了降雨对于Q/V波段卫星通信的影响,研究了基于ITU-R模型的Q/V降雨衰减;给出了Q/V波段短期和长期降雨衰减时间序列的合成方法,仿真获得了Q/V波段降雨衰减时间序列,并验证了其有效性,为后文研究Q/V波段卫星自适应编码调制和跳波束资源分配打下了基础。接着针对Q/V频段高链路雨衰,为了提高卫星链路频谱效率,提高资源利用率,研究了自适应编码调制技术。首先阐述了常用的对抗降雨衰减策略,分析了自适应编码技术的优越性,介绍了自适应编码调制技术的基本原理,针对门限法忽略传输时延的影响,为了实现最优的自适应性能,设计了自适应编码调制模式选择方法,提出一种期望频谱效率最大的模式选择方法。最后,针对降雨影响下的自适应过程,通过Matlab仿真验证了提出优化算法的性能优劣。最后在讨论采用跳波束技术的高通量卫星系统前向链路资源分配问题时,区别以往计算链路衰减时将由降雨引起的信号衰减视为定值的情形,结合链路采用的自适应编码调制抗雨衰措施,提出了一种动态雨衰下跳波束时隙资源分配方法。考虑雨衰对链路性能造成的影响,在采用自适应编码调制动态调整链路速率时,以最小化二阶差分容量为目标建立了跳波束时隙资源分配模型。为了对所建立的目标函数模型求解出跳波束时间计划表,分析解空间跳波束时间计划表多维性和目标函数的非线性,引入遗传算法进行求解。仿真结果显示,提出的资源分配算法在满足约束条件下系统容量和业务需求满足度皆有提升。