一种卫星物联网活跃用户检测方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种卫星物联网活跃用户检测方法、装置及存储介质，方法包括：多用户身份信息接收、用户码字的识别和用户角度的估计三部分。多用户身份信息接收是卫星接收端对在同一时隙中多个活跃用户叠加的身份序列信息和噪声的接收；用户码字的识别是运用稀疏重构算法，得到活跃用户的码字索引；用户的角度估计是对经过码域滤波后得到的重构估计信号进行波达方向估计，得到用户角度信息；最终将不同活跃用户的码字索引和角度识别出来，联合码域和空域达到用户辨识的目的。和空域达到用户辨识的目的。和空域达到用户辨识的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星物联网活跃用户检测方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术涉及一种卫星物联网活跃用户检测方法、装置及存储介质，属于卫星通信


技术介绍

[0002]随着社会的不断发展，我们对通信技术的要求也越来越高，并且随着物联网向“泛在化连接”深入渗透，设备间如何能够及时、有效连接到通信网络，将成为当前乃至今后的一大难题。虽然我国大力建设地面基站及相关设备，但从全国范围看，地面基站的覆盖仍然在人多区域，在无人区域地面基站覆盖率很低，尤其是在偏远山区、海洋、沙漠等地质条件较差的环境下，在这些区域的物联网设备如何连接，问题有待解决。因此近年来，国内外对于“卫星物联网”的研究、建设的力度正逐年加大。
[0003]我们所熟知的地面移动通信已经由4G时代迈向5G时代，5G的通信频段、应用需求和技术标准等关键技术指标已经陆续确定，其中面向连接的海量物联网业务(Massive Machine Type Communications，mMTC)是5G通信系统的一个重要应用场景。随着通信技术发展，预计2025年后，3GPP国际标准组织将启动第六代移动通信技术(6G)国际技术标准研制。6G网络将地面无线与卫星通信集成，实现空天地海一体化无缝覆盖，这将大大促进物联网的发展。
[0004]卫星物联网技术的快速发展，同时也给卫星通信技术带来了巨大挑战，如何保证用户的服务质量，如何满足大规模用户接入的需求，都是亟需解决的问题。当在物联网等要求大连接、低功耗的场景下，若采用基于授权的随机接入方式，虽然卫星可以在握手过程中获取活跃用户ID以识别活跃用户，但这种传输方式将给通信系统带来沉重的负担，降低通信系统资源的利用率。在降低接入时延，提高通信系统效率方面，免授权传输技术能够获得明显的优势，然而免授权传输的一个重要前提是用户的数据传输行为在卫星端往往是不可完全预知的，并且由于免授权传输不经过无线资源控制连接过程，因此系统不能保证每个用户正交传输。对于大量小数据包场景，系统的无线资源是有限的，采用传统的正交多址接入会使得系统资源得不到充分利用，且系统容量较低。避免正交性的限制，考虑使用非正交接入，实现对资源的高效利用。因此，在上行NOMA传输中结合免授权接入技术，能使系统更高效。由于海量用户的存在，不同用户的数据传输往往在同一个无线资源块上进行，此时不同用户的数据相互叠加，系统无法确知用户是活跃的，这不利于多用户检测，因此需要首先进行活跃用户检测。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种卫星物联网活跃用户检测方法。
[0006]在卫星物联网短突发通信中，一个波束范围内，仅依靠码域辨识的情况下，无论是人为划分还是错误编码导致不同用户使用了相同码字，在接收端进行活跃用户识别时就会
出错，达到系统性能的瓶颈。为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种卫星物联网活跃用户检测方法。目前，多使用码域方法进行活跃用户辨识，但物联网用户多，仅依靠码域辨识会导致地址码维度激增，大大降低帧效率。考虑到位置等信息是重要的接入辅助信息，因此，从空域扩展原有码域的方式，基于相控阵技术，引入空域，对信号进行波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计，采用多域级联方法进行活跃用户检测。
[0007]本申请研究的一种卫星物联网活跃用户检测方法，将用户位置信息加入到检测流程中，扩展用户信息识别维度，提高通信系统容量，满足海量连接的要求。为了减小复杂度，可以在码字辨识阶段进行冲突判断，在码字序列发生冲突情况下，对用户进行波达方向估计，得到角度信息，在码域识别方法受限的情况下进一步进行活跃用户辨识。在用户活跃度未知情况下，可以通过数据交叉验证，找到准确活跃用户数，减小识别误差。
[0008]技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0009]第一方面，提供一种卫星物联网活跃用户检测方法，包括：
[0010]获取卫星接收端接收到的信号y(t)，其中所述信号为：基于多个用户在同一时隙发送信息，卫星接收端接收到的多个活跃用户身份序列信息和噪声的叠加信号；
[0011]基于卫星接收端的观测矩阵C，将所述接收到的信号作为初始残差；进入迭代步骤进行迭代，直至满足迭代停止条件；其中所述迭代步骤包括：
[0012]计算残差与观测矩阵C的相关性系数，取观测矩阵C中最大的L个列对应列序号γ加入更新用户索引集Ω
β
；
[0013]根据用户索引集Ω
β
，得到此次估计的活跃用户码字索引以及按用户索引集Ω
β
选出来的观测矩阵C的列集合
[0014]根据所述列集合对所述接收到的信号y(t)利用最小二乘法进行重构得到估计信号并更新残差；
[0015]所述迭代步骤，还包括：对L进行判断，响应于L>1，对所述估计信号基于构造阵列流形矩阵A，利用稀疏重构算法进行用户波达方向估计，得到用户角度信息；
[0016]根据所有检测到的用户码字索引信息与角度信息，得到活跃用户的检测结果。
[0017]在一些实施例中，所述的卫星物联网活跃用户检测方法，多个活跃用户同时发送信息，第i个用户t时隙发送的信息x
i
(t)表示为：
[0018][0019]其中：u
i
、s
i
(t)、c
i
分别为发送用户的复包络、符号信息、扩频码，ω
i
为发送用户的载频，ω
i
＝2πv/λ
i
，v为信号在空间传播速度，λ
i
为波长，j表示复数符号；e为自然对数的底；
[0020]参考阵元在t时隙接收信号表示为：
[0021][0022]其中：c
i
＝[c
i,1
…
c
i,m
]T
为第i个用户的码字矢量，h
i
＝[h
i,1
…
h
i,m
]T
为卫星与第i个用户之间的信道矢量，T为矩阵的转置符号，diag()为对角矩阵表示符号，N为一个波束范围内潜在用户总数，n(t)为高斯噪声矢量；
[0023]第m个阵元的接收信号为：
[0024][0025]其中：n
m
(t)为第m个阵元在t时隙的噪声，τ
mi
为第i个信号到达第m个阵元式相对于参考阵元的时间差，τ
mi
＝(m
‑
1)dsinθ
i
/v，d为阵元间距，θ
i
为第i个用户入射角度；
[0026]将所有M个阵元在t时隙接收的信号排列成一个列矢量，构成一个快拍的数据，由于空域与码域正交性，将信号表示为：
[0027][0028]写成矢量形式为：
[0029]Y(t)＝AP(t)+N(t)
[0030]其中：Y(t本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星物联网活跃用户检测方法，其特征在于，包括：获取卫星接收端接收到的信号y(t)，其中所述信号为：基于多个用户在同一时隙发送信息，卫星接收端接收到的多个活跃用户身份序列信息和噪声的叠加信号；基于卫星接收端的观测矩阵C，将所述接收到的信号作为初始残差；进入迭代步骤进行迭代，直至满足迭代停止条件；其中所述迭代步骤包括：计算残差与观测矩阵C的相关性系数，取观测矩阵C中最大的L个列对应列序号γ加入更新用户索引集Ω
β
；根据用户索引集Ω
β
，得到此次估计的活跃用户码字索引以及按用户索引集Ω
β
选出来的观测矩阵C的列集合C
Ωβ
；根据所述列集合C
Ωβ
，对所述接收到的信号y(t)利用最小二乘法进行重构得到估计信号并更新残差；所述迭代步骤，还包括：对L进行判断，响应于L>1，对所述估计信号基于构造阵列流形矩阵A，利用稀疏重构算法进行用户波达方向估计，得到用户角度信息；根据所有检测到的用户码字索引信息与角度信息，得到活跃用户的检测结果。2.根据权利要求1所述的卫星物联网活跃用户检测方法，其特征在于，多个活跃用户同时发送信息，第i个用户t时隙发送的信息x
i
(t)表示为：x
i
(t)＝u
i
·
s
i
(t)
·
c
i
·
e
jωit
其中：u
i
、s
i
(t)、c
i
分别为发送用户的复包络、符号信息、扩频码，ω
i
为发送用户的载频，ω
i
＝2πv/λ
i
，v为信号在空间传播速度，λ
i
为波长，j表示复数符号；e为自然对数的底；参考阵元在t时隙接收信号表示为：其中：c
i
＝[c
i,1
…
c
i,m
]
T
为第i个用户的码字矢量，h
i
＝[h
i,1
…
h
i,m
]
T
为卫星与第i个用户之间的信道矢量，T为矩阵的转置符号，diag()为对角矩阵表示符号，N为一个波束范围内潜在用户总数，n(t)为高斯噪声矢量；第m个阵元的接收信号为：其中：n
m
(t)为第m个阵元在t时隙的噪声，τ
mi
为第i个信号到达第m个阵元式相对于参考阵元的时间差，τ
mi
＝(m
‑
1)d sinθ
i
/v，d为阵元间距，θ
i
为第i个用户入射角度；将所有M个阵元在t时隙接收的信号排列成一个列矢量，构成一个快拍的数据，由于空域...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘子威，江诗禹，张更新，
申请(专利权)人：南京御通信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：