基于空间信息网络的中继通信系统和通信方法技术方案

本申请涉及一种基于空间信息网络的中继通信系统、通信方法、计算机设备和存储介质，所述系统包括：地面基站，用于获取多个空间终端对应的发射信号，将多个发射信号生成非正交多址接入叠加信号，将所述非正交多址接入叠加信号转换为卫星信号，将所述卫星信号发射至中继卫星；中继卫星，用于将所述卫星信号进行放大，利用放大后的卫星信号生成与空间终端对应的终端信号，将多个终端信号分别转发至对应的空间终端；空间终端，用于将所述终端信号进行串行相干消除处理以及去噪处理，得到对应的发射信号。采用本系统能够有效提高地面基站与空间终端通信效率。

Relay communication system and communication method based on spatial information network

【技术实现步骤摘要】
基于空间信息网络的中继通信系统和通信方法
本申请涉及通信
，特别是涉及一种基于空间信息网络的中继通信系统、通信方法、计算机设备和存储介质。
技术介绍
空间信息网络(SpatialInformationNetworks，简称SIN)是指由在轨运行的多颗卫星及卫星星座组成的骨干通信网，可以应用于大型机器通信、环境与灾害监测、资源勘察、地形测绘、通信广播以及科学探测等多种领域。在空间信息网络中，当地面基站无法与空间终端无法建立直射链路时，需要通过中继卫星进行转发。在传统的方式中，空间信息网络采用OMA(OrthogonalMultipleAccess,正交多址接入)方案，但是OMA方案中地面基站向空间终端发射信号时，每次只能通过中继卫星向一个空间终端发射信号。由此导致地面基站与多个空间终端之间的通信耗时较长。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够有效提高地面基站与空间终端通信效率的基于空间信息网络的中继通信系统、通信方法、计算机设备和存储介质。一种基于空间信息网络的中继通信系统，所述系统包括：地面基站，用于获取多个空间终端对应的发射信号，将多个发射信号生成非正交多址接入叠加信号，将所述非正交多址接入叠加信号转换为卫星信号，将所述卫星信号发射至中继卫星；中继卫星，用于将所述卫星信号进行放大，利用放大后的卫星信号生成与空间终端对应的终端信号，将多个终端信号分别转发至对应的空间终端；空间终端，用于将所述终端信号进行串行相干消除处理以及去噪处理，得到对应的发射信号。在其中一个实施例中，所述中继卫星还用于获取空间终端对应的端对端信号与干扰加噪声比；获取地面基站与中继卫星链路的信道模型；利用所述端对端信号与干扰加噪声比、所述信道模型预测所述空间终端对应的中断概率。在其中一个实施例中，所述中继卫星还用于利用中断概率、所述信号与干扰加噪声比计算端与端信噪比的一阶矩、二阶矩；利用所述端与端信噪比的一阶矩、二阶矩进行遍历系统容量的计算，得到NOMA系统遍历容量。一种基于空间信息网络的中继通信方法，所述方法包括：获取多个空间终端对应的发射信号，将多个发射信号生成非正交多址接入叠加信号，将所述非正交多址接入叠加信号转换为卫星信号；将所述卫星信号进行放大，利用放大后的卫星信号计算向多个空间终端进行广播的终端信号；将所述终端信号进行串行相干消除处理以及去噪处理，得到与每个空间终端对应的发射信号。在其中一个实施例中，所述将所述卫星信号进行放大，利用放大后的卫星信号计算向多个空间终端进行广播的终端信号包括：利用空间基站的发射功率、中继卫星的发射功率、地面基站与中继卫星链路的信道矢量与信道噪声计算可变增益因子；利用所述可变增益因子、卫星信号、发射波束成形权重向量、中继卫星与空间终端链路的信道向量与信道噪声、中继卫星的发射功率，分别计算每个空间终端对应的终端信号。在其中一个实施例中，在所述将所述终端信号进行串行相干消除处理以及去噪处理之后，所述方法还包括：获取空间终端对应的端对端信号与干扰加噪声比；获取地面基站与中继卫星链路的信道模型；利用所述端对端信号与干扰加噪声比、所述信道模型预测所述空间终端对应的中断概率。在其中一个实施例中，所述方法还包括：利用中断概率、所述信号与干扰加噪声比计算端与端信噪比的一阶矩、二阶矩；利用所述端与端信噪比的一阶矩、二阶矩进行遍历系统容量的计算，得到NOMA系统遍历容量。在其中一个实施例中，所述方法还包括：模拟OMA系统，计算所述OMA系统遍历容量；当所述NOMA系统遍历容量与所述OMA系统遍历容量相同时，计算所述NOMA系统中空间终端对应的功率系数；将计算出的功率系数作为优化后的功率系数。一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤。一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述各个方法实施例中的步骤。上述基于空间信息网络的中继通信系统、通信方法、计算机设备和存储介质，地面基站将面向多个空间终端的发射信号进行叠加，生成非正交多址接入叠加信号，通过将非正交多址接入叠加信号转换为卫星信号，可以将卫星信号发射至中继卫星。通过中继卫星将卫星信号进行放大，利用放大后的卫星信号生成与空间终端对应的终端信号，由此能够在地面基站无法与空间终端无法建立直射链路时，可以通过中继卫星将多个终端信号分别转发至对应的空间终端。在空间终端接收到终端信号后，进行串行相干消除处理以及去噪处理，由此使得每个空间终端都能够准确接收到来自地面基站的发射信号。与传统的OMA方案相比，本实施例中的能够同时向多个空间终端传输相应的发射信号，有效提高了空间信息网络中的信号传输效率。附图说明图1为一个实施例中基于空间信息网络的中继系统的示意图；图2为一个实施例中基于空间信息网络的中继通信方法的流程示意图；如图3为一个实施例中单根接收天线情况下不同天气条件NOMA系统和OMA系统遍历容量理论仿真对比图；如图4为一个实施例中四根接收天线情况下不同天气条件NOMA系统和OMA系统遍历容量理论仿真对比图；如图5为一个实施例中八根接收天线情况下不同天气条件NOMA系统和OMA系统遍历容量理论仿真对比图；图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于空间信息网络的中继系统，该系统包括：地面基站102、中继卫星104和空间终端106，其中：地面基站102，用于获取多个空间终端对应的发射信号，将多个发射信号生成非正交多址接入叠加信号，将非正交多址接入叠加信号转换为卫星信号，将卫星信号发射至中继卫星104。中继卫星104，用于将卫星信号进行放大，利用放大后的卫星信号生成与空间终端对应的终端信号，将多个终端信号分别转发至对应的空间终端。空间终端106，用于将终端信号进行串行相干消除处理以及去噪处理，得到对应的发射信号。本实施例中的中继通信系统可以是Ka频段非正交多址接入(Non-orthogonalMultipleAccess,NOMA)中继系统。其中，Ka频段(30GHz左右)能提供较大的传输带宽，有效提高传输吞吐量。在传统的方式中，是根据信道条件区别不同空间终端，从而为发射信号分配不同的功率。但是在空间信息网络中，空间终端拥有的信道条件相接近，不同的空间终端对功率的要求是不同的。若按照传统方式分配功率，难以有效为每个终端分配适当的功率。在本实施例中，地面基站获取面向多个空间终端发送的信号。地面基站利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空间信息网络的中继通信系统，其特征在于，所述系统包括：/n地面基站，用于获取多个空间终端对应的发射信号，将多个发射信号生成非正交多址接入叠加信号，将所述非正交多址接入叠加信号转换为卫星信号，将所述卫星信号发射至中继卫星；/n中继卫星，用于将所述卫星信号进行放大，利用放大后的卫星信号生成与空间终端对应的终端信号，将多个终端信号分别转发至对应的空间终端；/n空间终端，用于将所述终端信号进行串行相干消除处理以及去噪处理，得到对应的发射信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于空间信息网络的中继通信系统，其特征在于，所述系统包括：
地面基站，用于获取多个空间终端对应的发射信号，将多个发射信号生成非正交多址接入叠加信号，将所述非正交多址接入叠加信号转换为卫星信号，将所述卫星信号发射至中继卫星；
中继卫星，用于将所述卫星信号进行放大，利用放大后的卫星信号生成与空间终端对应的终端信号，将多个终端信号分别转发至对应的空间终端；
空间终端，用于将所述终端信号进行串行相干消除处理以及去噪处理，得到对应的发射信号。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中继卫星还用于获取空间终端对应的端对端信号与干扰加噪声比；获取地面基站与中继卫星链路的信道模型；利用所述端对端信号与干扰加噪声比、所述信道模型预测所述空间终端对应的中断概率。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中继卫星还用于利用中断概率、所述信号与干扰加噪声比计算端与端信噪比的一阶矩、二阶矩；利用所述端与端信噪比的一阶矩、二阶矩进行遍历系统容量的计算，得到NOMA系统遍历容量。


4.一种基于空间信息网络的中继通信方法，所述方法包括：
获取多个空间终端对应的发射信号，将多个发射信号生成非正交多址接入叠加信号，将所述非正交多址接入叠加信号转换为卫星信号；
将所述卫星信号进行放大，利用放大后的卫星信号计算向多个空间终端进行广播的终端信号；
将所述终端信号进行串行相干消除处理以及去噪处理，得到与每个空间终端对应的发射信号。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将所述卫星信号进行放大，利用放大后的卫星信号计算向多个空间终端进行广播的终端信号包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦健，何一智，李启文，吴绍华，张钦宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，鹏城实验室，
类型：发明
国别省市：广东;44