【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于卫星通信，尤其是一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法。
技术介绍
1、作为地面移动通信网络的有效补充，低轨卫星凭借其较低的轨道高度和较小的传输延迟在物联网领域受到了广泛关注和研究。然而，由于物联网设备数量逐渐庞大且全球分布广泛，如何高效地实现灵活接入，成为了低轨卫星物联网通信面临的主要挑战之一。
2、在传统的卫星通信接入技术中，通常采用的是时分多址或频分多址等正交的方式，这些方法在资源有限的情况下可能会带来频谱利用率低、干扰严重、设备接入效率低等问题。特别是针对物联网设备异构接入的情况，例如对于需要长时保持低功耗的设备和高速率传输的设备，传统的单一接入方式可能无法进行灵活的资源分配满足他们的接入需求，从而导致通信服务质量的下降。另一方面，随着无人机技术的发展，无人机作为中继设备在低轨卫星物联网中逐渐得到应用。无人机能够实时获取地面设备的位置信息，并通过中继转发等手段提高通信覆盖范围。然而，现有的无人机辅助卫星通信系统没有充分利用设备的实时位置信息和设备之间的位置相关性等特征进行有效地资源调度和优化。
3、因此，如何在低轨卫星物联网系统中充分利用时域、空域和功率域资源，为不同类型的设备提供异构接入需求，进一步提高频谱效率成为亟待解决的技术问题。针对上述问题，本专利技术提出了一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法。
技术实现思路
1、专利技术目的：提供一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，该方法针对低轨卫星物联网通信网络，其中无法与
2、技术方案：
3、一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，包括地面物联网设备和接入网络，所述接入网络包括无人机网络和低轨卫星网络，所述地面物联网设备配置全向天线，所述地面物联网设备包括直传设备和非直传设备，所述无人机网络包括无人机中继网络和无人机，所述非直传设备通过所述无人机中继网络将信号转发至所述低轨卫星网络，所述直传设备与所述无人机共享频谱资源，同时接入所述低轨卫星网络，该方法包括如下步骤：
4、步骤1：所述低轨卫星网络和所述无人机中继网络通过位置估计方法获取所述地面物联网设备的位置信息；
5、步骤2：基于获取的所述位置信息，计算所述非直传设备间的位置相关性系数，根据所述相关性系数的大小将所述非直传设备进行分组优化，获得若干个非直传组；
6、步骤3：所述无人机中继网络采用基于位置信息的波束成形技术的方法结合轮询调度算法每个时隙内服务一个非直传组；
7、步骤4：所述直传设备与所述无人机共享频谱资源，采用基于加权波束叠加的多波束非正交多址技术同时接入所述低轨卫星网络。
8、在进一步的实施例中，在所述步骤1中，所述位置估计方法包括北斗卫星导航系统、全球导航卫星系统和全球定位系统；
9、所述位置估计方法的表达方式如下：
10、第i个所述地面物联网设备的位置信息表示为(xi,yi,0)，所述接入网络的位置信息表示为(xl,yl,hl),l∈{s,u}；
11、其中，s为所述低轨卫星网络，u为所述无人机中继网络；
12、计算得到第i个所述地面物联网设备相对于所述接入网络的角度信息，所述角度信息包括到达角，所述到达角表示为θi；
13、基于计算得到的所述角度信息，将第i个所述地面物联网设备与所述接入网络间的信道矢量表示如下：
14、hi＝liβia(θi)；
15、其中，li表示路径损耗，其db形式计算如下：
16、
17、其中，di表示第i个所述物联网设备到所述接入网络的距离，所述di表示如下；
18、
19、其中，βi表示小尺度衰落，所述无人机中继网络信道服从nakagami-m分布，而所述低轨卫星网络信道服从阴影莱斯分布。
20、在进一步的实施例中，所述无人机中继网络配置均匀直线阵列天线，所述均匀直线阵的阵列导向矢量的表示如下：
21、
22、其中，λ为波长，da为天线阵元间距，nu为无人机配置的均匀直线阵列天线数。
23、在进一步的实施例中，在所述步骤2中，基于所述位置信息计算得到的信道矢量，计算第i个和第j个所述非直传设备的位置相关性系数表示如下：
24、
25、其中(·)t表示转置。
26、在进一步的实施例中，将gk个所述非直传设备分为g个组，每组k个设备，所述步骤2具体包括如下步骤：
27、步骤2-1：计算非直传设备与非直传组的相关性系数，从gk个所述非直传设备中随机选定一个设备分配到第一个组，计算剩余任一未分配的设备j与已知设备组gi的位置相关性系数；
28、步骤2-2：若所述相关性系统的计算结果小于预先设定的门限值ρth，即ρij＜ρth，则将该设备j分配到设备组gi中，反之将设备j分配到一个新的空集设备组；
29、步骤2-3：重复步骤2-1和步骤2-2，直至所有非直传设备分组完毕。
30、在进一步的实施例中，在所述步骤3中还包括建立优化问题，所述优化问题表示如下：
31、
32、s.t.||wk||＝1,k＝1,2,…,k；
33、其中，pk和pj表示所述物联网设备的发射功率；wk表示无人机接收波束成形权矢量；表示加性高斯白噪声的方差。
34、在进一步的实施例中，基于所述无人机中继网络已知非直传设备的位置信息，且所述无人机接收波束成形权矢量wk彼此独立，将所述优化问题可以转化为：
35、
36、s.t.||wk||＝1,k＝1,2,…,k；
37、根据广义瑞利商，计算得到优化的波束成形权矢量表示如下：
38、
39、在进一步的实施例中，在所述步骤4中，所述无人机中继网络将接收到的所述非直传设备信号成功译码后，将重新编码的信号转发至所述低轨卫星网络，并且所述无人机与多个所述直连设备共享频谱资源，同时接入所述低轨卫星网络，在第t个时隙，所述低轨卫星网络接收到的信号表示为：
40、
41、其中，ps,s∈{0,1,2,…,m}表示所述无人机和所述直传设备的发射功率；v表示所述低轨卫星网络的接收模拟波束成形权矢量；hs表示信道矢量，n(t)表示加性高斯白噪声；
42、所述低轨卫星网络配置相控阵天线，采用基于加权波束叠加的多波束非正交多址技术同时接收来自m个所述直传设备和所述无本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，包括地面物联网设备和接入网络，所述接入网络包括无人机网络和低轨卫星网络，所述地面物联网设备配置全向天线，所述地面物联网设备包括直传设备和非直传设备，所述无人机网络包括无人机中继网络和无人机，所述非直传设备通过所述无人机中继网络将信号转发至所述低轨卫星网络，所述直传设备与所述无人机共享频谱资源，同时接入所述低轨卫星网络，其特征在于：该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，其特征在于：在所述步骤1中，所述位置估计方法包括北斗卫星导航系统、全球导航卫星系统和全球定位系统；
3.根据权利要求2所述的一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，其特征在于：所述无人机中继网络配置均匀直线阵列天线，所述均匀直线阵的阵列导向矢量的表示如下：
4.根据权利要求1所述的一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，其特征在于：在所述步骤2中，基于所述位置信息计算得到的信道矢量，计算第i个和第j个所述非直传设备的位置相关性系数表示如下：
5.根据权利要求4所述
6.根据权利要求1所述的一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，其特征在于：在所述步骤3中还包括建立优化问题，所述优化问题表示如下：
7.根据权利要求6所述的一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，其特征在于：基于所述无人机中继网络已知非直传设备的位置信息，且所述无人机接收波束成形权矢量wk彼此独立，将所述优化问题可以转化为：
8.根据权利要求1所述的一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，其特征在于：在所述步骤4中，所述无人机中继网络将接收到的所述非直传设备信号成功译码后，将重新编码的信号转发至所述低轨卫星网络，并且所述无人机与多个所述直连设备共享频谱资源，同时接入所述低轨卫星网络，在第t个时隙，所述低轨卫星网络接收到的信号表示为：
9.根据权利要求8所述的一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，其特征在于：所述系数矩阵U包括对角矩阵，并且所述对角矩阵的对角元素计算表示如下：
10.根据权利要求8所述的一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，其特征在于：通过调整所述加权因子ωs,s∈{0,1,2,L,M}，对需要接入所述低轨卫星网络的所述无人机和所述直传设备进行信道质量排序，以满足x0→x1→L→xM的解码顺序；
...【技术特征摘要】
1.一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，包括地面物联网设备和接入网络，所述接入网络包括无人机网络和低轨卫星网络，所述地面物联网设备配置全向天线，所述地面物联网设备包括直传设备和非直传设备，所述无人机网络包括无人机中继网络和无人机，所述非直传设备通过所述无人机中继网络将信号转发至所述低轨卫星网络，所述直传设备与所述无人机共享频谱资源，同时接入所述低轨卫星网络，其特征在于：该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，其特征在于：在所述步骤1中，所述位置估计方法包括北斗卫星导航系统、全球导航卫星系统和全球定位系统；
3.根据权利要求2所述的一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，其特征在于：所述无人机中继网络配置均匀直线阵列天线，所述均匀直线阵的阵列导向矢量的表示如下：
4.根据权利要求1所述的一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，其特征在于：在所述步骤2中，基于所述位置信息计算得到的信道矢量，计算第i个和第j个所述非直传设备的位置相关性系数表示如下：
5.根据权利要求4所述的一种适用于低轨卫星物联网的混合多址接入方法，其特征在于：将gk个所述非直传设备分为g个组，每组k个设备，所述步骤2具体包括如...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔槐聪，赵海涛，雷斌，王龄瑶，王信人，徐波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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