1、隨著地面無線接力、衛(wèi)星和地面蜂窩等傳輸技術的突破，無線通信得到了飛速發(fā)展。近二十多年來，無線和有線兩種通信系統(tǒng)相結合，構成了幾乎覆蓋全球的現(xiàn)代通信網(wǎng)，形成了信息事業(yè)蓬勃發(fā)展的大好形勢。但是，目前已有的通信系統(tǒng)仍各有弱點。有線通信只適用于固定用戶。蜂窩移動通信需要建設大量的基站和天線，才能有足夠大的覆蓋范圍；同步衛(wèi)星的覆蓋范圍雖然很大，但它離地面太遠，傳輸損耗很大，延時長；中低軌衛(wèi)星必須采用幾十顆星組成星座才能持續(xù)為一個區(qū)域服務。正在發(fā)展

2、中的高空平臺站(HAPS)，其高度介于地面和各種通信衛(wèi)星之間。它利用良好的電波傳輸特性，通過平臺實現(xiàn)地面用戶之間、平臺之間或平臺與衛(wèi)星之間的通信連接，具有布局靈活、應用廣泛、成本低廉、安全可靠等優(yōu)點。由高空平臺構成的信息系統(tǒng)將是新一代的無線通信系統(tǒng)，它融合了陸地和衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)勢，又不同程度地避免了兩者的缺點，在通信領域的應用得到了廣泛認同，是現(xiàn)有通信方式的有效補充。積極開展高空平臺與有關信息系統(tǒng)的研究，有助于我國在通信事業(yè)上與國際先

3、進技術保持同步，為通信事業(yè)開拓一個新的領域。
　　高空平臺通過使用多波束天線對覆蓋區(qū)域進行分區(qū)覆蓋，實現(xiàn)了CDMA和SDMA混合多址接入技術，使得寬帶通信網(wǎng)系統(tǒng)容量和頻譜利用率的大幅度提高成為可能。天線技術，小區(qū)劃分，覆蓋方案，鏈路特性，干擾特性等都是高空平臺通信系統(tǒng)的關鍵技術，對于HAPS通信系統(tǒng)的設計和應用具有非常重要的意義。在此背景下，本文重點對高空平臺通信的小區(qū)劃分，覆蓋，鏈路特性及小區(qū)干擾等從理論給予推導和數(shù)值分析，并在

4、此基礎上對高空平臺準靜止狀態(tài)的呼叫接入控制(CAC)，熱點區(qū)域通信及系統(tǒng)容量估算等關鍵技術進行深入和系統(tǒng)的研究。
　　首先，本文給出了HAPS通信的基本結構，對HAPS通信覆蓋和鏈路特性做了大量的研究。通過給出3種小區(qū)劃分方法并對其性能和實現(xiàn)等方面給予比較。分析了功率控制對小區(qū)鏈路的影響，給出了有無功率控制下對系統(tǒng)性能的分析。為下一步的研究工作做充分的鋪墊。
　　其次，由于高空平臺的準靜止狀態(tài)導致平臺接收信號的變化，要實現(xiàn)信

5、號動態(tài)變化情況下的呼叫接入控制機制，并且保證各種業(yè)務的服務質(zhì)量，需要采取特定的措施來避免平臺準靜止狀態(tài)對接入控制機制的影響。針對現(xiàn)階段對HAPS研究基本都假設平臺靜止不動或調(diào)整波束指向能夠補償由于高空平臺移動造成的剩余指向誤差。本文重點研究高空平臺通信的準靜止狀態(tài)，并在鏈路特性中反應準靜止狀態(tài)帶來的影響。本文通過建模把平臺的不穩(wěn)定特性通過上行鏈路的非理想功率控制來體現(xiàn)。為解決平臺不穩(wěn)定等造成接收信號隨機變化很大導致接入困難的問題，本文提

6、出了基于平均Eb/N0測量值的呼叫接入控制策略，與基于瞬時Eb/N0測量值相比，準確真實的反映平臺接收信號的情況，消除平臺準靜止狀態(tài)而導致信號變化對呼叫接入控制的影響。同時通過對每種業(yè)務的新呼叫和切換呼叫設置不同的Eb/N0接入門限，該CAC機制很好的支持了多媒體業(yè)務。
　　再次，在高空平臺通信系統(tǒng)中，當多個高空平臺為同一區(qū)域服務或覆蓋區(qū)域有重疊的時候，位于覆蓋區(qū)域內(nèi)的用戶可以和多個高空平臺進行通信。利用高空平臺通信結構這種獨有的

7、優(yōu)勢，網(wǎng)絡能夠極大的增加系統(tǒng)服務區(qū)內(nèi)的移動用戶容量，解決由于負載不均衡造成的無線信道資源無法滿足用戶需求的情況，為熱點區(qū)域通信問題提供很好的解決方案。本文提出了基于資源代理的資源分配算法，實時監(jiān)測高空平臺通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡性能，處理資源分配過程中出現(xiàn)的各種情況，解決由于負載不均衡造成的無線資源無法滿足用戶需求的問題。本文對熱點區(qū)域移動用戶群的通信做了擴展研究，通過對移動用戶群采用業(yè)務量預測與呼叫量變化預測的方法，可以為移動用戶群預留合適的資

8、源，避免了移動用戶群切換時所需要大量資源而系統(tǒng)無法提供導致移動群通信中斷的問題，具有很好的應用前景。
　　最后，在當前的無線通信體制中，系統(tǒng)容量主要受到來自帶寬與功率這兩方面物理條件的制約。HAPS作為無線通信的一個分支，系統(tǒng)容量主要也是受到上面兩個物理指標的約束。而且在不同的系統(tǒng)和不同的技術體制下均需要建立相似但又不同的估算模型，涉及到大量的參量，實現(xiàn)復雜，工作量巨大。本文基于高空平臺通信的特點，在聯(lián)合帶寬和功率下給出了系統(tǒng)在頻