基于NOMA的频谱感知星地通信方法、系统、介质、电子设备技术方案

本发明专利技术提供一种基于NOMA的频谱感知星地通信方法、系统、介质、电子设备，所述方法包括以下步骤：基于NOMA进行星地下行通信时，多个卫星通过共享频谱的方式与地面用户进行通信；基于NOMA进行星地上行通信时，地面用户之间通过共享频谱的方式与单个卫星进行通信。本发明专利技术的基于NOMA的频谱感知星地通信方法、系统、介质、电子设备通过结合NOMA和特征型检测的频谱感知技术，实现卫星地面通信，有效提高了系统内和系统间的资源利用率。内和系统间的资源利用率。内和系统间的资源利用率。

【技术实现步骤摘要】
基于NOMA的频谱感知星地通信方法、系统、介质、电子设备


[0001]本专利技术涉及无线通信的
，特别是涉及一种基于NOMA的频谱感知星地通信方法、系统、介质、电子设备。

技术介绍

[0002]在移动通信网络从第1代到第5代的不断演进过程中，生活方式的变化推动了移动通信方法的变化，而移动通信技术的创新继续推动着社会需求的发展。随着地面互联网、移动通信网络和空间网络服务的逐步融合，构建统一的空间和地面综合信息网络已成为未来第六代移动通信(6G)网络的一个重要特征。
[0003]面向6G的综合信息网络由高地球轨道卫星(High Earth Orbital，HEO)、中地球轨道卫星(Middle Earth Orbital，MEO)和低地球轨道卫星(Low Earth Orbital，LEO)以及地面通信系统组成，形成大时空尺度的多层异构网络来更好地为用户提供服务。从频谱资源来看，由于地面网络已经开始使用与卫星通信重叠的更高频谱，卫星终端可以潜在地以集成方式接入地面网络。然而，需要有效的频谱管理技术来避免卫星地面频谱共享造成的拥塞和干扰。无论是地面通信系统还是空间通信系统，频谱资源都是不可再生的稀缺资源。传统的频谱资源分配则是采用的固定分配方案，通过国界、地域等进行频率指配。而空间通信系统则是按照国际电信联盟“先占先得”的频率使用原则进行频率资源分配。目前地球静止轨道平均每1
°
即有一颗通信卫星，双星共轨甚至多星共轨的现象已经非常普遍。另外，频率资源和轨道资源并没有按照轨道进行区分，造成频谱资源分配的拥挤和混乱，同时大规模低轨卫星星座快速发展，进一步加剧了空间频率、轨道资源的拥挤程度。伴随着用户业务需求的增长，卫星频率使用环境日益复杂，频谱资源变得越来越匮乏，迫切需要发展高效频谱管理技术。为了解决频谱资源利用的困境，非正交多址技术(Non Othogonal Multiple Access，NOMA)应运而生。例如功率域的NOMA的核心思想是通过不同的功率区分用户，并使用某些剩余的无线资源访问尽可能多的用户。NOMA突破了频谱资源正交性的限制，将功率视为可分割的资源域，突破了单个时频资源块只能容纳单个用户的限制。
[0004]NOMA可以实现高的系统内资源利用率，但随着接入设备的激增，需要进一步提高系统间资源利用率。在频谱资源方面，许多研究指出，固定模式下的频谱分配使得大部分频谱资源没有得到有效利用。为了进一步优化频谱资源，与认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术的结合很有必要，同时频谱感知技术是CR实现授权用户传输状态感知的核心技术，它可以避免未授权用户对授权用户的干扰。频谱感知的主要方法包括特征检测、能量检测、和匹配滤波检测。
[0005]因此，将NOMA和频谱感知技术引入通信中可以发挥很好的性能。目前的技术主要集中于能量检测型感知方法，其具有快速响应和低开销的优点，并且在传统的、较温和的通信环境中变得流行。而对于恶劣环境，如低信噪比(SNR)或需要区分和识别用户的场景，适应性有限。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于NOMA的频谱感知星地通信方法、系统、介质、电子设备，通过结合NOMA和特征型检测的频谱感知技术，实现卫星地面通信，有效提高了系统内和系统间的资源利用率。
[0007]本专利技术提供一种基于NOMA的频谱感知星地通信方法，所述方法包括以下步骤：基于NOMA进行星地下行通信时，多个卫星通过共享频谱的方式与地面用户进行通信；基于NOMA进行星地上行通信时，地面用户之间通过共享频谱的方式与单个卫星进行通信。
[0008]于本专利技术一实施例中，还包括卫星将循环特征延时量嵌入到OFDM信号流中，并通过多天线进行发送。
[0009]于本专利技术一实施例中，所述循环特征延时量基于CDD技术生成。
[0010]于本专利技术一实施例中，多个卫星通过共享频谱的方式与地面用户进行通信包括以下步骤：
[0011]将多个卫星中的一个卫星作为主卫星，其他卫星作为次卫星；
[0012]所述主卫星基于NOMA与地面用户进行通信；
[0013]所述次卫星在进入所述主卫星的波束范围时，感知信道中是否存在主卫星的信号，并在不存在主卫星和的信号时基于所述信道与地面用户进行通信。
[0014]于本专利技术一实施例中，感知信道中是否存在主用户的信号包括以下步骤：
[0015]计算信道中信号的特征值其中T表示采样信号长度，Δ表示循环特征延时量，r(n)表示接收到的信号，r
*
(n+Δ)表示接收信号的共轭时延，n表示信号采样点；
[0016]比较所述特征值和门限值；当所述特征值大于等于所述门限值时，表明信道中存在主卫星的信号；当所述特征值小于所述门限值时，表明信道中不存在主卫星的信号。
[0017]于本专利技术一实施例中，地面用户之间通过共享频谱的方式与单个卫星进行通信包括以下步骤：
[0018]将多个地面用户中的一个地面用户作为主用户，其他地面用户作为次用户；
[0019]所述主用户和所述次用户基于NOMA与所述单个卫星进行通信；
[0020]所述次用户感知信道中是否存在所述主用户的信号，并在不存在主用户的信号时基于所述信号与所述单个卫星进行通信。
[0021]于本专利技术一实施例中，所述次用户感知信道中是否存在主用户的信号包括以下步骤：
[0022]计算信道中信号的特征值其中T表示采样信号长度，Δ表示循环特征延时量，r(n)表示接收到的信号，r
*
(n+Δ)表示接收信号共轭时延，n表示信号采样点；
[0023]比较所述特征值和门限值；当所述特征值大于等于所述门限值时，表明信道中存在主用户的信号；当所述特征值小于所述门限值时，表明信道中不存在主用户的信号。
[0024]于本专利技术一实施例中，还包括调节地面用户与卫星构成的仰角、地面用户之间的仰角差距和天线增益以提升星地通信的性能。
[0025]如上所述，本专利技术的基于NOMA的频谱感知星地通信方法、系统、介质、电子设备，具
有以下有益效果：
[0026](1)通过结合NOMA和特征型检测的频谱感知技术，实现卫星地面通信；
[0027](2)有效提高了频谱利用率和吞吐量，缓解了卫星频谱短缺的问题；
[0028](3)解决在恶劣通信环境下例如低信噪比下难以检测主用户的问题。
附图说明
[0029]图1显示为本专利技术的基于NOMA的频谱感知星地通信方法于一实施例中的流程图；
[0030]图2显示为下行星地通信场景于一实施例中的结构示意图；
[0031]图3显示为基于CDD技术的双天线发射机结构于一实施例中的结构示意图；
[0032]图4显示为基于NOMA的两用户发射机结构于一实施例中的结构示意图；
[0033]图5显示为上行星地通信场景于一实施例中的结构示意图；
[0034]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NOMA的频谱感知星地通信方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：基于NOMA进行星地下行通信时，多个卫星通过共享频谱的方式与地面用户进行通信；基于NOMA进行星地上行通信时，地面用户之间通过共享频谱的方式与单个卫星进行通信。2.根据权利要求1所述的基于NOMA的频谱感知星地通信方法，其特征在于：还包括卫星将循环特征延时量嵌入到OFDM信号流中，并通过多天线进行发送。3.根据权利要求2所述的基于NOMA的频谱感知星地通信方法，其特征在于：所述循环特征延时量基于CDD技术生成。4.根据权利要求2所述的基于NOMA的频谱感知星地通信方法，其特征在于：多个卫星通过共享频谱的方式与地面用户进行通信包括以下步骤：将多个卫星中的一个卫星作为主卫星，其他卫星作为次卫星；所述主卫星基于NOMA与地面用户进行通信；所述次卫星在进入所述主卫星的波束范围时，感知信道中是否存在主卫星的信号，并在不存在主卫星和的信号时基于所述信道与地面用户进行通信。5.根据权利要求4所述的基于NOMA的频谱感知星地通信方法，其特征在于：感知信道中是否存在主卫星的信号包括以下步骤：计算信道中信号的特征值其中T表示采样信号长度，Δ表示循环特征延时量，r(n)表示接收到的信号，r
*
(n+Δ)表示接收信号的共轭时延，n表示信号采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐天衡，徐银骏，周婷，胡宏林，赵建龙，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：