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面向非合作低轨卫星反射通信的类椭圆信道特性研究

低轨卫星；反射通信；星历模型；大尺度衰落；多普勒频移

第六代（The Sixth Generation，6G）移动通信系统拟实现空天地一体化的全域融合及泛在服务。近年来，低轨卫星星座、平流层通信、无人机通信等软件直播观看飞速发展，通信网络已经成功地从地面扩展到空、天、海乃至地下与深空等多个领域，实现了全域泛在连接。这种突破性的进展使得信息服务能够无缝地覆盖到任何用户，无论他们身处何时何地，极大地丰富了人类的生产和生活方式。此外，高空平台通信系统因其覆盖范围广、信号传输距离远、通信质量稳定等优势，成为解决区域性通信盲区和应急救援通信问题的关键解决方案。其中，低轨卫星（Low Earth Orbit，LEO）以其通信时延低、部署成本低、覆盖范围广的特点，成为了未来6G网络突破地面网络限制、构建空天地一体化信息网络的重要基石。随着卫星天线尺寸的逐渐增大和非合作低轨卫星部署的增多，低轨卫星反射通信的媒介选择灵活度也随之增大，轨道高度大致在400至2000公里之间，为全球覆盖、远距离传输、超低延迟通信提供了强有力的支持。

随着非合作低轨卫星密集化和低轨卫星天线面大型化的发展趋势，低轨卫星反射通信有潜力成为新型远距离空间保底通信手段，实现全球覆盖。然而，与星地直接通信的信道建模相比，关于低轨卫星反射通信的信道建模研究相对较少，目前几乎还处在空白状态。现有的散射通信和月面反射通信等保底通信方式存在远距离-高速率兼顾难的问题。

因此，本文专注于低轨卫星反射通信，构建了基础的级联信道模型。基于星历模型研究了低轨卫星反射级联信道的大尺度衰落特性与多普勒频移效应，并探讨了卫星高度、信号频点以及收发机间距等因素对衰落和频移的具体影响。实验结果表明，入射链路与出射链路产生的多普勒频移可实现部分抵消，反射通信级联信道相较于传统卫星通信展现出了显著的多普勒频移降低现象。基于这些分析，本文为收发机的选址提供了参考建议，这些建议同样可以为卫星媒介的选择提供指导。具体而言，当收发机和卫星的运动轨迹基本保持在同一平面内时，可以最大程度地降低多普勒频移，从而提高通信的稳定性和效率。这一发现对于低轨卫星反射通信系统的设计、部署和优化具有重要意义，旨在促进低轨卫星反射通信的优化和效率提升。