[发明专利]基于稀疏码分多址的卫星物联网随机接入增强方法与系统

说明书

本发明提供了一种基于稀疏码分多址的卫星物联网随机接入增强方法，稀疏码分多址简写为SCMA，在经过地面终端的SCMA编码器的SCMA编码处理之后，传输过程开始，卫星端收到来自多个（两个或两个以上）地面终端的数据包，这些数据包在卫星端以混合数据包的形式存在，随后，卫星将接收到的混合数据包转发到地面的卫星接收器进行解码，成功解码的数据包被送往服务器。本发明还提供了一种基于稀疏码分多址的卫星物联网随机接入增强系统。本发明的有益效果是：提升了卫星网络的随机接入能力，对提升系统吞吐量、避免终端因随机接入失败而频繁重传数据包起到重要作用。

技术领域

本发明涉及卫星物联网随机接入增强方法，尤其涉及一种基于稀疏码分多址的卫星物联网随机接入增强方法与系统。

背景技术

1、CRDSA随机接入技术

在卫星物联网中，由于卫星通信系统本身的时延较大，地面终端接入卫星时需要采取免调度的随机接入方案。相比传统的aloha随机接入技术，争用解决的分集时隙aloha(Contention Resolution Diversity Slotted Aloha，CRDSA)技术具有更高的吞吐量性能。随着CRDSA技术的不断优化，其支撑多用户竞争同一信道、并发传输的优良表现使得卫星物联网支持大量数据进行随机接入成为现实。CRDSA技术主要包括多副本传输和迭代干扰消除两个方面。

1)多副本传输

多副本传输的主要思想是终端发送数据包前生成一个具有相同负载信息的数据包，然后在传输帧中随机选择两个时隙分别发送这两个数据包。要求在这两个数据包的头部加上指针信息，用于这两个副本找到对方的时隙位置。

2)迭代干扰消除

迭代干扰消除的主要思想是利用已经恢复出来的数据包消除其副本对其它数据包造成的干扰，在随机接入完成之后随机接入帧的数据会被存储并送往解调器，解调器并行搜索随机接入帧的每个时隙进行译码。当任一数据包被成功解码时，可以从数据包的头部获取其副本所在时隙位置的信息，从而消去此数据包副本对其它数据包造成的干扰，由于干扰消除，会有新的无干扰数据包被恢复出来，至此，干扰消除的一次迭代过程完成。通过不断迭代以上的干扰消除过程，完整的数据包可以被不断地恢复出来。

2、稀疏码分多址技术

随着5G技术的发展以及对支持大规模终端接入的需求，非正交接入技术被提出。目前应用最广泛之一的非正交接入技术是由华为公司提出的稀疏码分多址(Sparse CodeMultiple Access，SCMA)技术。SCMA是一种低密度签名的CDMA(LDS-CDMA)，它将QAM映射和CDMA扩频相结合，通过SCMA的编码器可以将二进制的比特数据按照设计好的码本规则映射为复数域的码字。终端的比特流数据经过SCMA编码器后进行物理资源映射并发送，在接收端，接收到的信号为多终端数据包的叠加信号，在经过物理资源解映射之后通过SCMA解码器可以恢复出来终端的数据包。

3、已有技术的缺陷

针对卫星物联网的多用户随机竞争接入问题，在利用CRDSA的随机接入系统中，吞吐量性能与数据包冲突情况呈负相关的关系，若数据包冲突严重则会造成吞吐量性能急剧下降，因此CRDSA的使用受限于特定负载下的传输场景。现有成熟的CRDSA增强技术一般仅仅适用于中低负载下的随机接入场景，在这些场景下，随机接入帧的数据包冲突情况比较缓和。对于数据量庞大的卫星物联网来说，经常会出现高负载下的随机竞争接入，此时数据包的冲突较为严重，因此，将现有的CRDSA技术应用于卫星物联网的随机接入中往往会表现出明显的缺点。