一种适用于GEO/LEO网络的LEO上行异步协同多址接入方法技术

本发明专利技术提供了一种适用于GEO/LEO网络的LEO上行异步协同多址接入方法，在GEO接收节点处通过串行干扰消除方法解决LEO上行消息在异步随机接入时的碰撞问题。本发明专利技术方法中，各LEO节点编码调制消息包发送出去，每个LEO节点发送的消息包至少被两个GEO节点接收；各GEO节点将接收到的消息包回传给地面的信关站；信关站的解调装置为每个GEO节点对应设置有一个滑动检测窗口，进行消息检测和编码解调。在解调时，利用异构时延和未碰撞的消息包来进行跨节点协同干扰消除，恢复碰撞的消息包。本发明专利技术无需系统同步，减少了用于系统同步所引入的功率和信令开销，并降低了终端的功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于GEO/LEO网络的LEO上行异步协同多址接入方法
本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种适用于GEO/LEO网络的LEO上行异步协同多址接入方法。
技术介绍
空天信息网络作为我国重要的基础设施，受到越来越多的关注。截止到2015年8月31日中国在轨卫星数目达142颗，已超过俄罗斯，仅次于美国成为世界拥有卫星数目第二多的国家。为全面推进国家民用空间基础设施健康快速发展，促进空间资源规模化、业务化、产业化应用，我国于2015年发布了“国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025年)”。通过业界和国家对空天信息网络相关研究的重视可以看出，空天信息网络的发展将是我国经济和国防建设不可或缺的核心组成部分。由于地球同步轨道卫星(GeosynchronousEarthOrbit,GEO)和低轨卫星(LowEarthOrbit,LEO)在传输时延、覆盖范围，传输损耗等方面具有优势互补的特性，为了满足卫星网络中实时/非实时业务、低速/高速业务的共存服务需求，GEO/LEO网络是未来空天信息网络的重要组成部分。在GEO/LEO网络中，一般基于软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork,SDN)思想，利用GEO和LEO在覆盖范围上的天然差异性，将GEO/LEO网络分为GEO控制面和LEO数据面，在GEO控制面完成对底层LEO节点消息的汇集和分发。由于未来LEO数量在千颗的数量级(例如OneWeb公司采用720颗LEO卫星组成星座)，因此LEO的多址接入技术设计成为重要的问题。对于未来GEO/LEO网络，随机接入技术比其他多址接入方式更具有优势，它在提升资源利用率，降低接入时延等方面具有重要意义。然而，现有的随机接入方法并没有考虑如何分配和利用空天网络的多节点资源，大数量级的LEO节点在同时接入一个GEO节点时会导致大量消息的碰撞；此外，现有的随机接入协议大多基于时隙同步，对于GEO/LEO网络而言其时延是异构时变的，整体同步难度很大，而且同步需要带来额外的信令和功率等资源开销。因此，异构时延下的LEO异步随机接入方法的研究对空天网络的发展具有重要意义。在GEO/LEO网络中，GEO-LEO链路存在较明显的异构时延(heterogeneousdelay)，它是由于网络中GEO节点及LEO节点由于位置上的差异性引起的同一GEO节点与不同LEO节点间的传播时延差异，主要体现在以下几个方面：不同LEO发送节点到同一GEO接收节点的时延不同；同一LEO发送点到不同GEO接收节点的时延不同以及同一LEO发送节点到同一GEO接收节点的时延随时间变化(LEO卫星相对GEO卫星高速运动)。由于异构时延的这种时延多样性和时变性，在GEO/LEO网络中实现时间同步会存在同步开销大和同步频繁的问题，使得传统基于时隙同步随机接入技术难以得到应用。典型的异步随机接入技术如纯ALOHA协议[1]，吞吐量只有0.18packet/slot，性能较好的AsynchronousFlippedDiversityALOHA(AFDA)[2]和AsynchronousContentionResolutionDiversityALOHA(ACRDA)[3]技术可以获得较高的吞吐量，但他们都是针对单接收点的异步接入。随着星间协作技术的发展，星间链路传输能力不断增强，为星间协作提供了可能性。在地面网络中，已有研究者提出基于时隙ALOHA的多基站协作随机接入(CooperativeSlottedALOHA)技术[4]，利用不同发送节点到同一接收节点的时延不同，通过多节点协作干扰消除技术最大化系统吞吐量，完成多址接入。但该技术只适用于时隙ALOHA的场景，在具有异构时延的GEO/LEO网络中，会存在同步开销大和频繁同步的问题。因此，如何利用GEO/LEO网络节点数量多、节点间存在星间链路可协同工作的优势，设计一种适用于GEO/LEO网络的LEO异步协同多址接入技术，同时保证系统的吞吐量和丢包率，是推动空天通信网络发展的关键。参考文献如下：[1]Roberts,LawrenceG."ALOHApacketsystemwithandwithoutslotsandcapture."AcmSigcommComputerCommunicationReview5.2(1975):28-42.[2]Zheng,Lei,andL.Cai."AFDA:AsynchronousFlippedDiversityALOHAforEmergingWirelessNetworksWithLongandHeterogeneousDelay."IEEETransactionsonEmergingTopicsinComputing3.1(2015):64-73.[3]DeGaudenzi,R,etal."AsynchronousContentionResolutionDiversityALOHA:MakingCRDSATrulyAsynchronous."WirelessCommunicationsIEEETransactionson13.11(2014):6193-6206.[4]etal."CooperativeSlottedAlohaforMulti-BaseStationSystems."IEEETransactionsonCommunications63.4(2015):1443-1456.
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于GEO/LEO网络的LEO异步协同多址接入技术，利用GEO-LEO链路的时延差以及GEO间协同工作能力，在GEO接收节点处通过串行干扰消除方法解决LEO上行消息在异步随机接入时的碰撞问题。本专利技术提供的一种适用于GEO/LEO网络的LEO上行异步协同多址接入方法，各LEO节点编码调制消息包发送出去；每个LEO节点发送的消息包至少被两个GEO节点接收；各GEO节点将接收到的消息包回传给地面的信关站；信关站的解调装置为每个GEO节点对应设置有一个滑动检测窗口，进行消息检测和编码解调。所述的信关站的解调装置，对各GEO节点发送的消息包进行检测和编码解调的过程包括：步骤1，在GEO节点i处检测到未发生碰撞的消息包并解码；步骤2，将步骤1的解码信息在本地发送给协作GEO节点j处，j≠i；在GEO节点j处，根据LEO节点到GEO节点j再到信关站的信道信息，对该解码信息重新编码调制，生成消息包Pkreg；所述的重新编码调制的方式与LEO节点的相同；步骤3，在GEO节点j处，消息包Pkreg与其他消息包发生了碰撞，将Pkreg与GEO节点j的滑动检测窗口内所有的信息进行相关运算，产生一个峰值，峰所在的位置就是消息包Pkreg在GEO接收节点j的中心位置；步骤4，在GEO节点j处，根据消息包Pkreg和确定的位置，将Pkreg所引入的干扰消除，使得与消息包Pkreg发生碰撞的消息包变成未发生碰撞的消息包；然后对未发生碰撞的消息包进行解码；重复上面步骤1～步骤4，进行迭代干扰消除，直到到达设置的最大迭代次数。本专利技术与现有技术相比，具有以下明显优势：(1)本专利技术利用了GEO/LEO网络中存在较为明显的异构时延，无需系统同步，减少了用于系统同步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于GEO/LEO网络的LEO上行异步协同多址接入方法，其特征在于，各LEO节点编码调制消息包发送出去；每个LEO节点发送的消息包至少被两个GEO节点接收；各GEO节点将接收到的消息包回传给地面的信关站；信关站的解调装置为每个GEO节点对应设置有一个滑动检测窗口，进行消息检测和编码解调；其中，GEO为地球同步轨道卫星，LEO为低轨卫星；信关站的解调装置，对各GEO节点发送的消息包进行检测和编码解调的过程包括：步骤1，在GEO节点i处检测到未发生碰撞的消息包并解码；步骤2，将步骤1的解码信息在本地发送给协作GEO节点j处，j≠i；在GEO节点j处，根据LEO节点到GEO节点j再到信关站的信道信息，对该解码信息重新编码调制，生成消息包Pkreg；所述的重新编码调制的方式与LEO节点的相同；步骤3，在GEO节点j处，消息包Pkreg与其他消息包发生了碰撞，将Pkreg与GEO节点j的滑动检测窗口内所有的信息进行相关运算，产生一个峰值，峰所在的位置就是消息包Pkreg在GEO接收节点j的中心位置；步骤4，在GEO节点j处，根据消息包Pkreg和确定的位置，将Pkreg所引入的干扰消除，使得与消息包Pkreg发生碰撞的消息包变成未发生碰撞的消息包；然后对未发生碰撞的消息包进行解码；重复上面步骤1～步骤4，进行迭代干扰消除，直到到达设置的最大迭代次数。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于GEO/LEO网络的LEO上行异步协同多址接入方法，其特征在于，各LEO节点编码调制消息包发送出去；每个LEO节点发送的消息包至少被两个GEO节点接收；各GEO节点将接收到的消息包回传给地面的信关站；信关站的解调装置为每个GEO节点对应设置有一个滑动检测窗口，进行消息检测和编码解调；其中，GEO为地球同步轨道卫星，LEO为低轨卫星；信关站的解调装置，对各GEO节点发送的消息包进行检测和编码解调的过程包括：步骤1，在GEO节点i处检测到未发生碰撞的消息包并解码；步骤2，将步骤1的解码信息在本地发送给协作GEO节点j处，j≠i；在GEO节点j处，根据LEO节点到GEO节点j再到信关站的信道信息，对该解码信息重新编码调制，生成消息包Pkreg；所述的重新编码调制的方式与LEO节点的相同；步骤3，在GEO节点j处，消息包Pkreg与其他消息包发生了碰撞，将Pkreg与GEO节点j的滑动检测窗口内所有的信息进行相关运算，产生一个峰值，峰所在的位置就是消息包Pkreg在GEO接收节点j的中心位置；步骤4，在GEO节点j处，根据消息包Pkreg和确定的位置，将Pkreg所引入的干扰消除，使得与消息包Pkreg发生碰撞的消息包变成未发生碰撞的消息包；然后对未发生碰撞的消息包进行解码；重复上面步骤1～步骤4，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：王程，李鹏绪，张梦圆，胡欣，王卫东，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11