一种低轨卫星网络中的随机接入方法技术

本发明专利技术涉及一种低轨卫星网络中的随机接入方法，包括：步骤S1，卫星建立波束小区和信道资源的映射关系，并向用户广播波束小区分组信息和前导码分配信息；步骤S2，根据波束小区分组信息和前导码分配信息，确定用户所在分组和分配到的前导码，获取对应的信道资源，并将前导码和负载信息发送给卫星；步骤S3，卫星识别前导码，对物理上行共享信道进行多用户叠加信号解码，回复用户的接入响应消息；步骤S4，用户根据卫星的回复判断是否成功接入，若是，则完成随机接入；若否，则在下一个时隙重新发起接入。本发明专利技术降低了非视距传播用户解码失败概率和卫星解码误码率，提高了信道资源的利用率。提高了信道资源的利用率。提高了信道资源的利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种低轨卫星网络中的随机接入方法


[0001]本专利技术涉及无线通信
，更具体地涉及一种低轨卫星网络中的随机接入方法。

技术介绍

[0002]低轨卫星网络是指通过低轨卫星为地面用户等提供无线通信网络服务的通信网络系统，相较于地面网络，低轨卫星网络具有不受地面环境限制、覆盖范围广和传输容量大的优势，其传输链路具有更大的时间偏移、更高的多普勒频移以及超大小区覆盖的特性。
[0003]随机接入是用户接入网络的首要环节，低轨卫星网络的传输特性使得现有地面网络的随机接入方法难以直接应用于低轨卫星网络中。国际通信标准组织3GPP给出了两步随机接入的实现流程。两步随机接入减少了基站和用户间的信令交互次数，降低了传输时延，成为卫星场景下的主流技术方案。
[0004]两步随机接入的关键挑战之一是不同用户使用相同数据信道时，存在信道冲突。在两步随机接入过程中，MsgA是用户向卫星发起接入的第一条传输信息，包含了前导码和负载信息的内容。相较于传统的四步随机接入，两步随机接入由于简化了通信步骤，在MsgA信息的传输前缺少了信道资源的调度信息，导致MsgA基于竞争传输前导码和负载信息。此时，可能多个用户选择了相同的前导码或物理上行共享信道(Physical Uplink Share Channel，PUSCH)传输负载信息，导致MsgA前导码和负载传输可能存在冲突，降低两步随机接入的接入成功率。
[0005]针对两步随机接入过程中MsgA前导码和负载传输可能存在冲突的问题，现有研究提出了两种PRU资源配置方法，用以降低负载部分产生碰撞的冲突概率。一种是“一对一映射”，即建立前导码与物理资源单元(Physical Resource Unit，PRU)之间的一一映射。这种做法需要基站分配与前导码资源同样数量的PUSCH信道资源。用户随机选择到前导码后，根据映射关系可以获取到基站预留的PUSCH信道资源。“一对一映射”保障了前导码无冲突的用户会分配正交的PUSCH信道资源，从而消除负载部分的碰撞冲突，这是以资源换效率的解决方案。另一种方法是“多对一映射”，即建立前导码与信道资源单元的“多对一映射”，允许不同用户的负载以非正交的方式共享同一信道资源，而叠加负载解码效率低的问题通过发射端低码率处理和接收端的复杂接收机设计来缓解。
[0006]在上述两种方法中，“一对一映射”保证了更高的接入效率，而“多对一映射”节省了更多的信道资源。前者保证了MsgA冲突概率等于前导冲突概率；后者利用发送端的低码率处理和接收端的复杂接收机设计提高解码效率。考虑到MsgA的负载信息传输存在信道资源和接入效率折中的问题，因此，如何最大化利用卫星预留的信道资源，从而优化两步随机接入机制是低轨卫星网络系统需要考虑的关键问题。

技术实现思路

[0007]为解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种低轨卫星网络中的随机接入
方法，该方法能够根据卫星预留的PUSCH信道资源大小动态调整前导码与PRU资源的映射比例，通过为非视距传播(Non Line of Sight，NLOS)用户预留部分前导码资源，降低非视距传播用户解码失败概率，并利用低轨卫星网络广覆盖下不同用户的信道差异性，降低卫星解码误码率，提高信道资源的利用率。
[0008]本专利技术提供的一种低轨卫星网络中的随机接入方法，包括：
[0009]步骤S1，卫星建立波束小区和信道资源的映射关系，并向用户广播波束小区分组信息和前导码分配信息；
[0010]步骤S2，根据波束小区分组信息和前导码分配信息，确定用户所在分组和分配到的前导码，获取对应的信道资源，并将前导码和负载信息发送给卫星；
[0011]步骤S3，卫星识别前导码，对物理上行共享信道进行多用户叠加信号解码，回复用户的接入响应消息；
[0012]步骤S4，用户根据卫星的回复判断是否成功接入，若是，则完成随机接入；若否，则在下一个时隙重新发起接入。
[0013]进一步地，所述步骤S1包括：
[0014]步骤S11，在用户接入时隙到达前，卫星为波束小区分配信道资源；
[0015]步骤S12，基于仰角阈值，将波束小区划分为若干个子小区，并为每个子小区分配前导码；
[0016]步骤S13，建立前导码与PUSCH传输时机的映射关系。
[0017]进一步地，所述步骤S12中将波束小区划分为若干个子小区的方法包括：
[0018]步骤S121，获取波束小区内的用户最小仰角表θ
min
和用户最大仰角θ
max
，建立仰角阈值集合θ＝{θ
min
,θ1,θ2,...,θ
K
‑1,θ
max
}，K表示划分的子小区数；
[0019]步骤S122，根据仰角阈值集合，确定K个仰角区间，每个仰角区间对应一个子小区。
[0020]进一步地，所述步骤S12中为每个子小区分配前导码的方法为：
[0021]步骤S123，将波束小区内N
PA
个前导码平均划分为K个部分，对应分配到每个子小区。
[0022]进一步地，所述步骤2中确定用户所在分组的方法包括：
[0023]步骤S211，基于用户位置和卫星星历信息，计算用户所处位置的仰角θ；
[0024]步骤S212，将仰角θ与所述步骤S121中的仰角阈值集合进行对比，确定用户所在的子小区。
[0025]进一步地，所述步骤2中确定用户分配到的前导码的方法包括：
[0026]步骤S221，每个子小区预留部分前导码给非视距传播类型用户，并将剩余前导码分配给视距传播类型用户；
[0027]步骤S222，判断用户是非视距传播类型还是视距传播类型，获取可用的前导码集合。
[0028]进一步地，所述步骤S222中判断用户是非视距传播类型还是视距传播类型的方法包括：卫星周期性地广播K个子小区内可用的前导码索引集合，用户基于非视距传播信道识别算法，判断自身信道状态是非视距传播状态还是视距传播状态，从而判断自身是非视距传播类型还是视距传播类型。
[0029]进一步地，所述步骤S3中卫星识别前导码的方法包括：
[0030]步骤S31，卫星检测用户发送的前导码，得到对应前导码序列；
[0031]步骤S32，利用前导码序列之间的正交性，与本地根序列进行互相关运算，根据相关峰值出现的位置得到每个用户选择的前导码索引。
[0032]进一步地，所述步骤S3中对物理上行共享信道进行多用户叠加信号解码采用基于滑动检测窗口的最小均方误差串行干扰消除算法。
[0033]进一步地，所述步骤S4中判断是否成功接入的方法为：用户接收到卫星的回复消息后，将回复消息中包含的前导码序列标识与自身前导码ID对比，若两者相同，则表示成功接入；若两者不同或用户在响应时间窗口内未收到卫星的回复消息，则表示未成功接入。
[0034]本专利技术提供的一种低轨卫星网络中基于空间分组和用户配对的两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低轨卫星网络中的随机接入方法，其特征在于，包括：步骤S1，卫星建立波束小区和信道资源的映射关系，并向用户广播波束小区分组信息和前导码分配信息；步骤S2，根据波束小区分组信息和前导码分配信息，确定用户所在分组和分配到的前导码，获取对应的信道资源，并将前导码和负载信息发送给卫星；步骤S3，卫星识别前导码，对物理上行共享信道进行多用户叠加信号解码，回复用户的接入响应消息；步骤S4，用户根据卫星的回复判断是否成功接入，若是，则完成随机接入；若否，则在下一个时隙重新发起接入。2.根据权利要求1所述的低轨卫星网络中的随机接入方法，其特征在于，所述步骤S1包括：步骤S11，在用户接入时隙到达前，卫星为波束小区分配信道资源；步骤S12，基于仰角阈值，将波束小区划分为若干个子小区，并为每个子小区分配前导码；步骤S13，建立前导码与PUSCH传输时机的映射关系。3.根据权利要求2所述的低轨卫星网络中的随机接入方法，其特征在于，所述步骤S12中将波束小区划分为若干个子小区的方法包括：步骤S121，获取波束小区内的用户最小仰角表θ
min
和用户最大仰角θ
max
，建立仰角阈值集合θ＝{θ
min
,θ1,θ2,...,θ
K
‑1,θ
max
}，K表示划分的子小区数；步骤S122，根据仰角阈值集合，确定K个仰角区间，每个仰角区间对应一个子小区。4.根据权利要求2所述的低轨卫星网络中的随机接入方法，其特征在于，所述步骤S12中为每个子小区分配前导码的方法为：步骤S123，将波束小区内N
PA
个前导码平均划分为K个部分，对应分配到每个子小区。5.根据权利要求3所述的低轨卫星网络中的随机接入方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴昊南，杨健，杨秀梅，赵宇，卜智勇，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：