【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多址接入，涉及基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法。
技术介绍
1、近年来，卫星互联网技术高速发展，具有低时延、高带宽、广覆盖的优点。随着其星座规模的逐步增长和接入用户业务需求的增加，需要设计适用于海量用户场景的接入方式，保障系统接入和解算效率。传统的接入方式多为授权模式，需要通过专门的资源分配方式来协调系统中用户的接入，且接入过程中需要经过多次握手。首先，用户需要在前导序列池中选择一个序列进行发送，网络管控节点接收后进行上行资源授权，打包在随机接入响应消息中进行广播。用户解析得到资源授权信息后，在给定的资源中发送链接请求，若该请求被正确解调，则会返回碰撞解决确认消息，反之则接入失败。
2、基于授权的接入方式中，用户容量受限于前导序列池的大小和可分配接入资源的规模。当系统中业务需求激增时，协调接入用户产生的开销会使得系统不堪重负。因此，需要研究适用于海量用户、零星访问、短包通信的新型的卫星互联网多址接入方案，使用户无需经过授权就可直接接入系统传输信息，节省授权机制中的信令开销，同时降低接入时延，提高服务效率。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法，解决当大规模用户接入卫星互联网，但同一时刻仅有部分用户进行业务传输时，传统的基于授权的多址接入方式存在信令开销大、接入时延高、不再适用的问题。
2、本专利技术解决技术的方案是：基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入
3、对第k个用户的原始信息进行树形编码、压缩感知编码；
4、将经过压缩感知编码后的用户数据进行bpsk调制，通过基于非规则编码时隙aloha的时隙分配方式接入信道，得到每个子块经过传输后的叠加信号；
5、在接收端对每个子块上的叠加信号进行压缩感知解码，得到对应时隙上的子块列表，通过树形译码将各子块进行串联，进行多用户数据检测，得到最终解算结果。
6、进一步的，所述对第k个用户的原始信息进行树形编码，具体为：
7、将用户的原始数据bk分割为m个子块，每个子块包含bm个原始比特，nb为单个用户的原始数据长度，则该用户的原始数据表示为：
8、bk＝bk(0)bk(1)…bk(m)…bk(m-1)
9、其中，bk(m)表示bk被分割后得到的第m个子块；
10、对划分后得到的m个子块进行树形编码，完成校验比特分配，子块bk(m)将被分配得到pm个校验比特，且满足关系：
11、pm+bm＝j
12、其中，j为经过编码后的码块长度，完成校验比特分配后的数据表示为：
13、uk＝uk(0)uk(1)…uk(m)…uk(m-1)
14、其中，uk(m)＝bk(m)vk(m)，表示每一个子块都是原始数据和校验比特串联得到的，vk(m)为第k个用户第m个子块中的校验比特，且有|vk(m)|＝pm，m′为临时变量，gm′m是维度为bm′×pm的随机二进制矩阵，矩阵中每个元素均由参数为1/2的伯努利分布生成。
15、进一步的，所述压缩感知编码，具体为：
16、将用户k经过树形编码后生成的每个码块uk(m)映射为一个稀疏度为1的列向量sk(m)：
17、
18、其中，[·]b2d表示将二进制数转换为十进制数，sk，u(m)表示列向量sk(m)中的第u个元素；
19、定义压缩感知码本为c，是维度为的矩阵，其中，n为系统中可用的资源块数目，码本c中的每一列均为一个bch码字；经过压缩感知编码后的数据包可表示为：
20、wk＝wk(o)wk(i)...wk(ijz)...wk(i/r-i)
21、其中，wk(m)＝c·sk(m)表示wk中的第m个子块。
22、进一步的，所述通过基于非规则编码时隙aloha的时隙分配方式接入信道，得到每个子块经过传输后的叠加信号，具体为：
23、定义时隙分配码本为fc，是维度为tc×n(l,tc)的矩阵，其中，n(l,tc)表示码本fc中包含的码字个数，与发送数据包的重复率个数l的取值以及争用周期内时隙的个数tc有关；
24、码本fc中的每一列对应时隙资源的分配情况，用fc(n')表示fc中的第n'个码字，1≤n'≤n(l,tc)；当码字中出现元素“1”时，表示数据包占用该时隙传输，出现“0”时表示用户数据不占用该时隙；
25、生成码本后，系统中的用户随机选择fc中的码字进行传输，用xk表示经过码字选择后得到的传输向量，|xk|＝tc·n；
26、各用户的信息经过信道后到达接收端：
27、
28、其中，ka为同一时刻活跃用户的数量，y为ka个活跃用户在接收端的叠加信号，z表示加性高斯白噪声向量，信号y的第m个子块经过传输后的叠加信号表示为z(m)为第m个子块上的噪声向量。
29、进一步的，所述在接收端对每个子块上的叠加信号进行压缩感知解码，具体为：
30、根据凸优化理论，对第m个子块上的稀疏向量进行估计：
31、
32、其中，||a||表示矩阵a的2-范数，||a||1表示矩阵a的1-范数，为第m个子块上的稀疏向量估计结果，λ为优化系数、argmin为求最小值所在位置的函数；
33、对估计结果进行量化调整：选择中取值最大的t个元素置1，并将其中的2j-t个元素置0，得到最终的估计结果t的取值对应接收端可解算的最大叠加用户数目；
34、标记中非零元素的位置l1，…，lt，…，lt，用于恢复该子块上叠加的信息块
35、
36、其中，[·]d2b表示将十进制数转换为二进制数。
37、进一步的，所述通过树形译码将各子块进行串联，进行多用户数据检测，得到最终解算结果，具体为：
38、完成每个子块上的叠加信号压缩感知解码后，解算得到所有子块上的叠加信息块；
39、对解算得到的各个子块上的叠加信息块进行树形解码，验证第0个子块上的各根节点与后续子块上数据的校验关系是否满足编码时的关系，直到找到一个子块序列满足所有的校验关系，接收机输出对应的解算结果。
40、一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现所述基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法的步骤。
41、一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现所述基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法的步骤。
42、一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法的步骤。
43、本专利技术与现有技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法，其特征在于，所述对第k个用户的原始信息进行树形编码，具体为：
3.根据权利要求2所述的基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法，其特征在于，所述压缩感知编码，具体为：
4.根据权利要求3所述的基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法，其特征在于，所述通过基于非规则编码时隙ALOHA的时隙分配方式接入信道，得到每个子块经过传输后的叠加信号，具体为：
5.根据权利要求4所述的基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法，其特征在于，所述在接收端对每个子块上的叠加信号进行压缩感知解码，具体为：
6.根据权利要求5所述的基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法，其特征在于，所述通过树形译码将各子块进行串联，进行多用户数据检测，得到最终解算结果，具体为：
7.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述的计算机程序被处理器执
8.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现如权利要求1～权利要求6任一所述方法的步骤。
9.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～权利要求6任一所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法，其特征在于，所述对第k个用户的原始信息进行树形编码，具体为：
3.根据权利要求2所述的基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法，其特征在于，所述压缩感知编码，具体为：
4.根据权利要求3所述的基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法，其特征在于，所述通过基于非规则编码时隙aloha的时隙分配方式接入信道，得到每个子块经过传输后的叠加信号，具体为：
5.根据权利要求4所述的基于编码压缩感知的卫星互联网随机接入传输方法，其特征在于，所述在接收端对每个子块上的叠加信号进行压缩感知解码，具体为...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨成瑶，张宏杰，刘书豪，潘俊峰，李思然，罗期丰，眭晓虹，彭亏，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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