[发明专利]一种基于功率域非正交多址接入的星地融合中继网络传输方法

说明书

本发明公开了一种基于功率域非正交多址接入的星地融合中继网络传输方法，应用于卫星、地面中继节点及地面用户。其中卫星根据两个地面用户信道状况的优劣，为发送给两用户的信号分配以不同比例的发射功率并进行混叠，之后从多个地面中继节点中选出瞬时信噪比最高的中继节点，向该中继节点和两用户发送信号；被选出的中继节点对卫星信号进行解码并转发给两用户；两用户接收卫星直链信号和中继转发信号，采用最大比值合并和串行干扰消除对其进行整合。本方法用以在频谱资源稀缺的条件下增加接入卫星网络的用户数量，增大信号覆盖范围，提高通信资源分配的公平性，减弱星地间阴影衰落和设备硬件损伤造成的不利影响。

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种基于功率域非正交多址接入的星地融合中继网络传输方法。

背景技术

卫星通信通常被认为是未来全球通信网络的重要组成部分，因为现有的地面网络无法为通信基础设施不足的偏远地区提供高质量的服务。由于其在灵活部署和信号覆盖方面的显著优势，卫星通信还能够地震和海啸等自然灾害的灾后救援中发挥关键作用，在地面蜂窝网络被破坏的情况下提供应急通信支持。

然而，受普遍存在的阴影衰落和掩蔽效应影响，卫星和地面用户之间的视距链路面临可靠性不足的问题，直链信号到达目的地时质量会显著下降，甚至导致通信中断。为此，人们提出了一种传统卫星通信的改进方法，即星地融合中继网络(hybrid satellite-terrestrial relay network，HSTRN)，该方法利用地面中继转发、增强卫星信号，进一步提高了通信的可靠性和信号的覆盖范围。

现有关于星地融合中继网络的传输方法主要采用传统的正交多址接入(orthogonal multiple access，OMA)技术，将各种正交的通信资源块分配给系统中的每个用户。然而，随着接入卫星网络的终端数量迅速增加，OMA正遭受频谱效率低下的困扰，难以满足未来网络激增的流量需求。为解决这一问题，有必要在星地融合网络中引入功率域非正交多址接入(non-orthogonal multiple access，NOMA)技术。NOMA在发射端采用非正交多路复用，对发送给不同用户的信号进行混叠，在接收端通过串行干扰消除(serialinterference cancellation，SIC)将信号分开。NOMA不仅通过正交资源块的复用大大提高了频谱效率和接入容量，而且能够为信道条件较差的用户分配更多的资源，提升通信的公平性。因此，NOMA被认为在未来卫星网络中具有巨大的应用价值和宽广的应用前景。

此外，以往对于星地融合网络的研究大多假设系统中的所有节点都能够完美工作，不存在硬件损伤。然而在实际工程中，射频器件不可避免地会受到诸如同相和正交相不平衡、功率放大器非线性失真和相位噪声等与硬件损伤有关的干扰。虽然某些补偿算法可以部分抵消硬件损伤的影响，但仍然难以彻底消除硬件损伤带来的干扰，从而限制了系统性能。因此，有必要在针对星地融合网络的研究中考虑硬件损伤的存在与影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于功率域非正交多址接入的星地融合中继网络传输方法，包含作为信源的卫星、多个地面中继以及由近用户和远用户组成的用户对，同时假设所有节点均遭受硬件损伤。该方法应用非正交多址接入增加了频谱的使用效率，提升通信的公平性。基于工程实践考虑了硬件损伤的影响，并采用机会调度和最大比值合并等手段减弱了硬件损伤带来的干扰，同时降低了星地链路间的阴影衰落对信号的损耗，提高了通信质量，建立了相对可靠的信号传输机制。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于功率域非正交多址接入的星地融合中继网络传输方法，特点是应用于卫星、中继和用户,所述方法包括：