卫星通信系统中基于CRDSA的增强接入技术研究

摘要

物联网是下一代移动通信系统，即所谓的5G，的一个主要应用场景，而卫星通信依靠着其覆盖范围广，不易受自然灾害影响等优点，将卫星通信结合物联网而成的卫星物联网具有丰富的应用前景如：智能电网的监控、环境监测以及灾害应急响应等等。卫星物联网的一大特点是网络中存在海量的设备，但并不是每个节点设备都需要时刻连接网络的，因此传统的固定分配多址接入方式（如TDMA）等不适用于这种海量的竞争接入。为了提高卫星物联网场景下高链路负载下的吞吐率，本文在CRDSA的基础上提出了一种基于扩频增强的的DS-CRDSA接入方案。 首先，在DS-CRDSA中，每个待发送终端用户在帧到达时，发送两个携带相同有效负载信息并使用相同扩频码扩频后的副本，接着随机选择两个不同的时隙发送；在接收端采用迭代干扰消除技术，每次迭代中利用已解的packet去消除其副本带来的干扰。仿真证明，相较于CRDSA，DS-CRDSA提升了高链路负载下的吞吐率。 接着对于DS-CRDSA中出现的，高链路负载下吞吐率随负载增加而急速下降的问题，提出了两种不同的接入优化方案，这两种方案均通过自适应负载技术来确定接入门限，从而达到控制接入用户数量的方式来保证系统的稳定性。两种方案不同之处在于采用了两种不同的获取链路负载和估计链路负载的策略。 最后考虑到卫星物联网中混合连接场景，将对于时延更为敏感的高优先级用户视作随机接入优化的重点，针对不同优先级的业务，通过将一帧的所有时隙也划分为相同数量的优先级来表征不同业务。结合负载估计算法，提出了基于优先级的TLE-DS-CRDSA，通过仿真验证了提出的方案可以有效的保证高优先级业务的接入成功率。

目录

声明

缩略词表

第1章绪论

1.1研究背景和意义

1.1.2研究意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容及贡献

1.4结构和章节安排

第2章卫星通信随机接入和CRDSA技术研究

2.1引言

2.2经典的随机接入技术

（1） ALOHA

（2） 时隙Aloha

（3） 直接序列扩频Aloha

（4） 多样性时隙ALOHA（DSA）

（5） 不规则重复时隙ALOHA（IRSA）

2.3 CRDSA技术

2.4本章小结

第3章基于扩频增强的DS-CRDSA

3.1引言

3.2 DS-CRDSA的主要思想和系统架构

（1） 主要思想

（2） 系统架构

3.3 DS-CRDSA接入方案和SIC

（1） DS-CRDSA的接入方案

（2） DS-CRDSA的SIC接收

3.4 DS-CRDSA的数学模型

3.5仿真设计与分析

3.6 本章小结

第4章基于自适应业务负载的DS-CRDSA

4.1引言

4.2自适应业务负载时隙ALOHA（ATL-SALOHA）

4.3基于“两步走”的ATL-DS-CRDSA

4.3.1策略流程

4.3.2仿真设计与分析

4.4基于TLE的ATL-DS-CRDSA

4.4.1负载估计TLE的研究现状

4.4.2基于TLE的ATL-DS-CRDSA

4.4.3仿真设计与分析

4.5本章小结

第5章基于优先级的TLE-DS-CRDSA

5.1引言

5.2针对不同优先级业务场景下的算法研究现状

5.2.1PR-ALOHA

5.2.2SPMA

5.3基于优先级的TLE-DS-CRDSA

5.3.1策略流程

5.3.2仿真设计与分析

5.4本章小结

第6章总结与展望

6.1全文总结

6.2后续工作展望

致谢

参考文献