卫星通信物理层安全技术研究展望

物理层安全技术为通信信息安全研究开辟了新的途径。论述了卫星通信物理层安全技 术应用的可行性,分析了现有物理层安全技术及其应用于卫星通信的潜在问题,提出了卫星 通信物理层安全可研究方向,及基于单星平台、星座平台、天基平台通信系统条件下的关键 技术,展望了卫星通信物理层安全技术的发展前景。     

卫星通信及其信道问题的解决

卫星通信做为通信系统的重要组成部分，一直默默地为全球数以十亿计的用户提供着移动通信、语音、视频等服务。然而，就目前卫星的通信技术来讲，卫星通信中信道问题尤为突出，常见的信道问题有多径衰落、多普勒频移以及影衰落，很好地解决信道问题将可以为人类更快地通向不分区域不分等级地免费使用卫星通信扫清障碍。     

面向用户随机分布的NOMA-卫星通信网络性能分析

针对基于正交多址接入（Orthogonal Multiple Access，OMA）技术的卫星通信网络资源利用率低的问题，提出了一种基于功率域非正交多址接入（Non-orthogonal Multiple Access，NOMA）技术的上行链路卫星通信方案。该方案在用户随机分布的前提下，利用最大或受限的发送功率同时同频发送信息给卫星节点，并采用串行干扰消除（Successive Interference Cancellation,SIC）方法提取各用户信息。通过构建用户随机位置信息与波束增益关系，分析了用户分布对系统性能的影响。通过仿真验证了基于NOMA技术的卫星上行通信网络在系统遍历容量方面具有的优势，并分析了关键参数对系统性能的影响。     

一种新颖的无人机编队拓扑形成与信道接入机制

针对全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）高精度相对定位的无人机编队飞行应用中的信息交互与通信时延问题，首先优化设计了编队飞行网络拓扑，实现所有成员的信息交互且通信代价最小；其次，基于优化设计的网络，提出一种新的通信信道接入机制；最后对16机编队飞行场景进行了仿真分析，评估通信网络及相对定位性能。结果表明，编队成员端到端通信时延小于20 ms，且当通信与载波相位差分处理的总时延小于相对位置感知时间间隔时，相对位置感知精度可达到亚分米级，且感知误差与时延和载体运动状态相关。     

结合事件触发的层次型分布式DVB-RCS网络管理

针对卫星通信网络管理研究集中在宏观的管理策略和管理协议而不是针对具体管理 任务这一问题,结合DVB-RCS卫星通信网的特点,提出了结合事件触发的主被动网络管理机 制。该管理机制分为事件触发机制、主动报告机制和被动轮询机制三部分,为DVB-RCS卫星 通信网络管理系统（NMS）不同管理模块所涉及的具体网络管理任务提供了思路。同时,利 用 该管理机制设计了一种基于Web的层次型分布式DVB-RCS网络管理系统,实现了针对不同类型 的管理消息而采取不同处理方式的网络管理方案。     

窄带信道下设备实时监控信息传输协议设计

某专用通信网络是基于卫星通信链路设计,具有带宽窄、传输时延大等特点,该网络需要对多个远端卫通站进行远程监控,而传统的网络监控协议是基于地面有线网络设计,占用带宽大,不适用于卫星信道。为满足窄带卫星信道条件下设备状态实时监控的需要,设计了基于窄带卫星信道的设备监控信息传输协议,协议中包含了设备状态发送日期、发送时间、设备标识码等基本信息,重点对参数上报数据帧结构进行了优化,根据设备参数的具体特点,将开关量参数与其他参数区别处理,有效提高了协议的带宽利用率。实际使用效果证明,采用优化的协议后,带宽利用率较优化前提高约40%,监控信息传输实时准确,方便了设备的故障排查和问题分析,提高了系统运行管理能力。     

低轨卫星接入系统中基于位置信息的时隙分配协议

针对浮标卫星通信系统中卫星覆盖范围广、接入链路传播时延差异大的场景结构引起的统一延迟分配协议中端到端时延长、吞吐率低的问题,提出了一种基于位置信息的时隙分配协议。协议中卫星通过获取浮标位置信息来控制时隙分配的起点,实现时隙离散分配,增大可用传输时隙长度,同时降低传输时延。OPNET 仿真结果表明所提出的时隙分配协议可以显著提高单信道传输模式下的网络吞吐量,并有效降低单信道与双信道模式下浮标卫星通信系统接入时的端到端时延。     

VoIP空中交通管理系统甚高频电台网关设计

根据民航航空系统组块升级计划，网络语音（Voice over Internet Protocol，VoIP）空中交通管理系统将是未来发展趋势。在此背景下，提出了一种自主研发的支持多电台接入的VoIP电台网关的设计方案。阐述了设备功能和技术难点，以及高速硬件平台和分层软件实现方案。经过测试，网关功能指标符合标准要求，并实现了与民航现役多型语音电台的互联，为国产化VoIP空中交通管理系统的发展奠定了基础。     

一种低截获卫星通信技术及其抗侦测性能分析

针对海上低截获通信应用,提出了一种低截获卫星通信技术并分析了其抗侦测性能。通过宽频带、低信息速率实现高增益扩频,系统设计上综合高工作频率、高增益天线等措施,降低卫星通信信号的功率谱密度;结合卫星链路计算,重点分析在同步轨道、低轨道电子侦察卫星侦测时的抗截获性能。理论分析和数值计算结果表明,增大扩频增益和天线增益可有效对抗同步轨道电子侦察卫星天线增益优势,对抗低轨道电子侦察卫星轨道优势,实现卫星低截获通信。     

LEO星地Wi-Fi方案设计与验证

低轨（LEO）卫星到地面之间的无线保真(Wi-Fi)通信系统当前已经获得了广泛关注。针对LEO卫星信道的高误码、长时延等特点，采用导频插入、选择重传、帧聚合等方法对IEEE802.11g进行改进，并在开放式无线接入研究平台（WARP）v3上完成了改进方案的设计。对改进后方案的多普勒频偏性能、远距离传输速率以及高速移动条件下的传输速率等系统性能进行测试的结果表明，改进后方案在复杂信道环境下可以获得比商业Wi-Fi更好的系统性能。通过模拟验证改进方案的系统性能，证明了基于LEO卫星的Wi-Fi卫星通信系统的可实现性。     

应急多方话务通信方案设计

针对突发地质灾难中无法利用常规通信网络通信的问题,提出一种基于于嵌入式微处 理器OMAP5912 的实时多用户通信方案。采用WiFi无线网卡组建Ad Hoc网络,通过AIC23芯 片实现语音采集和输出,利用动态多用户语音解码算法实现实时多用户话音通话功能。测试 表明,该系统支持多用户同时语音通信功能,语音延迟约60 ms,适合于各种应急通信 等无线应用场合。     

海事卫星信号接收处理系统实现方案

针对日益增强的反恐和安全防护需求,分析了海事卫星信号接收处理的可行性,提出了海事卫星信号接收处理系统的实现方案。该方案在侦测一体化的基础上,通过运用上行信号引导的工作方式,解决了对一定范围内的目标进行抵近接收的问题。与以往的方案相比,所提方案从系统角度研究解决了海事卫星信号接收、解调等关键问题。试验表明,本系统方案能够对实际海事卫星终端的上下行卫星信号进行实时接收处理,具有很好的工程应用价值。     

基于IP网络的语音通信系统设计

介绍了网络语音通信的原理，重点分析了影响语音质量的因素，如混音合成、语音延时等。随后描述了一个局域网的语音通信系统的设计实现，并对测试结果进行了详细分析。     

Ku波段通信卫星模拟转发器设计中的关键问题

转发器是通信卫星中的通信分系统,是通信卫星的核心。模拟转发器作为通信卫星转发器地面测试的专用设备,主要用于模拟该转发器的频率关系及电平关系。在介绍转发器的结构、特点的基础上,对转发器噪声系数、增益分配、电磁兼容等转发器设计中的关键问题进行分析,并给出某一采用一次变频体制方案的Ku波段模拟转发器的系统实现方法。最后得到系统测试结果,证明了设计的可行性和可靠性。     

BS路由协议的FPGA实现方案

研究了光突发交换(OBS)网络路由协议。以FPGA芯片EP2C20Q240C8为基础,通过模拟OBS节点之间的通信,对协议的4类帧的通信流程进行了验证。最后,对该路由协议的时序仿真结果、资源占用情况和时延进行了分析,结果表明,该OBS路由协议实现方案能够满足OBS网络的通信要求。     

直升机卫星通信系统信道模拟与通信实现

针对直升机卫星通信系统中直升机旋翼对通信信道造成的周期性衰落问题,采用射频收发器AD9361模拟了信道周期性衰落模型,基于此模型在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)上优化并实现了缝隙检测算法。根据信道衰落模型和缝隙检测算法及数据链路速率和带宽的要求,提出了一套直升机卫星通信系统可靠通信方案,即前向链路采用重发和分集接收及短码LDPC编码技术,返向链路根据前向链路缝隙检测的结果在无遮挡缝隙采用突发通信和长码低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)编码技术,实现可靠通信。系统测试结果表明,该方案不受直升机机型限制,系统可在40%遮挡率下实现前向链路25.6 kb/s和返向链路4 Mb/s速率下的可靠通信。     

多用户远程语音交互终端接入设备设计与实现

基于低空飞行航空管制组网话音通信应用背景,从音频接口、模数/数模转换接口和网络接口3个核心处理模块出发,研究了网络化语音接入设备的硬件关键技术。从C语言级和汇编级两方面对G.729A语音编解码算法进行改进优化,并给出了语音数据的处理流程,以单片TMS320C6455DSP实时实现了语音4路压缩编码和20路解码处理。采用TCP/IP网络协议实现了多路语音网络通信功能,分析了多路语音串扰问题并设计了相应的解决方案。测试表明,基于该技术实现的设备语音处理延迟小于10 ms,满足多用户语音实时传输要求。     

基于DSP＋ARM＋TINI平台的网络话音终端设计

为了解决分布式通信系统中话音信号点对点和点对多点传输问题,提出了以IP网络为基础的话音终端设计。从硬件及软件两个方面分别介绍了基于DSP ARM TINI平台的网络话音终端的设计,充分克服网络传输的弊端,有效保证网络传输质量,提高话音数据播放音质。     

基于状态相关字段识别的未知二进制协议状态机逆向方法

协议状态机逆构技术是分析未知协议行为逻辑的基本方法,是网络安全、信息对抗领域的一个重要研究方向。针对截获的未知二进制协议的通信数据,提出了一种二进制协议状态机逆向方法,该方法能够根据通信数据逆构协议状态转移图。在该方法中,设计了针对通信数据帧的基于多序列比对的对应字段对齐算法以及基于字段统计量分析的协议状态相关字段提取算法,并根据提取出的协议状态相关字段构建状态转换模型。在地址解析协议（ARP）和传输控制协议（TCP）上的实验结果表明该方法能够有效逆构出协议的状态转换模型。     

空中异构战术网络IP通信架构及协议开销分析

空中异构战术无线网络由多种不同类型的无线数据链网络构成,IP通信技术可有效解决空中平台异构无线网络的互联互通问题。给出了空中异构战术无线网络模型,并根据不同类型的无线数据链网络特点,分析了端到端通信协议栈关系以及不同无线数据链网络间协议转换与适配方式。探讨了网络静态和动态IP地址分配方法以及网络的路由架构与寻址方式,提出了不同无线数据链网络间IP报文传输的打包方式。对传输的开销性能仿真对比分析表明,基于通用成帧协议的打包方式的协议开销性能较优。