[发明专利]面向卫星物联网的异步非正交大规模随机接入方法

说明书

本发明涉及一种非正交大规模随机接入方法，尤其涉及一种面向卫星物联网通信环境的用户接入技术，适用于卫星物联网中海量用户突发性传输和随机接入过程，属于通信领域。本发明的目的是为了解决卫星物联网中的随机接入和异步传输带来的用户信号之间干扰不可控的问题，提出一种基于串行干扰删除的非正交大规模随机接入方法；该方法采用激活用户在帧中多个时隙重复传输，并在接收端利用用户之间的异步信息进行帧间的串行干扰删除来恢复用户信息，从而解决用户异步随机接入带来的不可控干扰，在卫星物联网中实现非正交随机接入方案。

技术领域

本发明涉及一种非正交大规模随机接入方法，尤其涉及一种面向卫星物联网通信环境的用户接入技术，适用于卫星物联网中海量用户突发性传输和随机接入过程，属于通信领域。

背景技术

随着第五代(5G)通信技术全球标准逐渐成熟，其支持多样化的场景和不同的业务需求。作为5G最具前景的应用之一，物联网(Internet of Things，IoT)旨在连接数十亿数量的设备，彻底改变我们现在的生活方式。5G的mMTC场景的连接密度为每平方公里100万台设备，已经能够应对当前密集城市场景下的物联网用户接入量的增长。通过地面网络的大规模部署，可以支持热点区域的物联网应用。然而目前仍缺乏高效的针对偏远地区的覆盖方案。

与5G相比，6G网络有望在2030年实现无处不在的大规模覆盖，即6G将提供全球范围的无线通信服务并实现广泛的物联网应用，特别是在偏远地区。6G将实现严格的无缝物联网，覆盖海洋、森林、山区等近100％的地理范围。目前的地面物联网系统，如Sigfox、LoRa、NB-IoT和eMTC等，无法满足6G物联网广覆盖和高通信可靠性的要求。卫星通信作为一种替代方式，具有覆盖范围广、全天候工作能力强、通信可靠性强的特点。为了满足物联网的新要求，6G需要与卫星系统进行互补。

高效的物联网服务依赖于精心设计的多用户接入技术。在5GmMTC场景中，随机接入(RA)和非正交多址(NOMA)技术已成为突出的研究趋势，其可以分别通过允许用户自主传输和非正交信号叠加来降低发射机的复杂性。然而，由于传输环境存在显著差异，针对地面物联网开发的多址技术无法直接部署在卫星对应设备中。具体来说，卫星通信中空间与地面之间的传播距离较长，导致往返传输时延大，大尺度路径损耗高。此外，卫星通信信道的快速波动将导致设备之间的时间和频率不同步。

卫星物联网中的随机接入和异步传输会导致传输业务的不确定激活和非正交信号之间不可控的干扰，而这将破坏传统NOMA方案用户之间的约束关系，降低传输鲁棒性。如何设计适用于卫星物联网通信环境的大规模用户随机接入方案，仍缺乏相关的解决方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决卫星物联网中的随机接入和异步传输带来的用户信号之间干扰不可控的问题，提出一种基于串行干扰删除的非正交大规模随机接入方法；该方法采用激活用户在帧中多个时隙重复传输，并在接收端利用用户之间的异步信息进行帧间的串行干扰删除来恢复用户信息，从而解决用户异步随机接入带来的不可控干扰，在卫星物联网中实现非正交随机接入方案。

本发明的目的是通过下技术方案实现的。

面向卫星物联网的异步非正交大规模随机接入方法，包含以下步骤：

步骤一、用户随机接入

卫星通信覆盖范围内M个用户终端，根据自己的需要进行传输，随机接入到卫星，每帧时间内激活用户数为ε*M，其中ε为随机接入概率。激活用户在该帧的b个时隙上重复传输d个相同突发数据包，其中b＝d；不同激活用户占用的b个时隙位置不同。其中每帧一共包含N个时隙，Nb；

步骤二、接收端信号处理

在发送端处，用户随机接入，每个激活用户发送帧的时隙边界不同，最大用户间相对时延在一个时隙内，接收端接收到信号为激活用户发送信号的叠加，然后接收端依据每个用户的时延对接收到叠加的信号进行匹配滤波，得到每个用户的接收帧信号。