面向星地融合网络基于频谱共享和速率分裂的下行链路广播单播联合传输方法技术

本发明专利技术提出面向星地融合网络基于频谱共享和速率分裂的下行链路广播单播联合传输方法。星地融合网络提供全球无缝的信息服务，其服务的终端用户必然种类多样，业务类型丰富，信息服务往往是广播和单播混合形式。为此，本发明专利技术结合数据类型(如广播和单播数据)，设计下行链路多卫星联合服务的NOBU联合传输方案。因为设计的NOBU联合传输方案基于一层连续干扰消除算法，系统复杂度随着终端数量增加而线性增加，检测算法复杂度明显低于其他非正交接入技术。因此，本发明专利技术算法在提升系统的频谱效率和通信QoS，具有较低的复杂度。具有较低的复杂度。具有较低的复杂度。

【技术实现步骤摘要】
面向星地融合网络基于频谱共享和速率分裂的下行链路广播单播联合传输方法


[0001]本专利技术属于无线电
，特别是涉及面向星地融合网络基于频谱共享和速率分裂的下行链路广播单播联合传输方法。

技术介绍

[0002]星地融合网络通过有机整合卫星网络和地面网络优点，已成为未来无线通信系统的重要发展方向。在星地融合网络中，用户随时随地都需要信息服务，这些信息服务通常是广播和单播通信数据的混合。与地面网络相比，卫星通信系统具有更大的覆盖面积，可以提供无缝的全球信息服务，可以比地面网络更好地实现联合广播和单播服务。另一方面，速率分割多址(Rate
‑
splitting MultipleAccess，RSMA)技术将用户数据分为公共数据和私有数据两部分，然后在功率域中重叠传输这两部分，这非常适合联合广播和单播传输模式，并且具有比正交多址更高的频谱效率。基于这一事实，将RSMA技术引入卫星通信系统，设计非正交广播和单播(Non
‑
orthogonal Broadcast and Unicast,NOBU)联合传输方案将非常有意义。另一方面，星地融合网络中地面网络和卫星网络共享同样的频谱资源，地面网络的通信对卫星通信不可避免的产生影响。频谱共享技术的发展，为卫星网络和地面网络协调利用频谱资源提供了重要保障。因此，探索一种面向星地融合网络的下行链路基于频谱共享和速率分裂技术的下行链路广播单播联合传输方案将具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的是为了解决现有技术中的问题，提出了面向星地融合网络基于频谱共享和速率分裂的下行链路广播单播联合传输方法。星地融合网络提供全球无缝的信息服务，其服务的终端用户必然种类多样，业务类型丰富，信息服务往往是广播和单播混合形式。为此，本专利技术结合数据类型(如广播和单播数据)，设计下行链路多卫星联合服务的NOBU联合传输方案。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出面向星地融合网络基于频谱共享和速率分裂的下行链路广播单播联合传输方法，所述方法包括以下步骤：
[0005]步骤一：卫星控制中心首先分析当前时隙接入终端数量和请求业务类型，在这一过程中，卫星终端协同捕获周围环境中地面终端的频谱使用情况，实时检测频谱空洞；
[0006]步骤二：卫星终端协同捕获周围环境中地面终端的状态信息，将其感知结果报告给统一的融合中心，在分布式协作频谱感知模式中，卫星终端作为融合中心交换感知结果并决定频谱资源分配；
[0007]步骤三：融合中心根据卫星终端感知到的可用频谱资源，对所有终端信道进行分析，根据终端的业务需求和通信服务质量分配最适合接入的信道；
[0008]步骤四：星地融合网络中，卫星控制中心和地面基站协作，使卫星终端和地面终端能够共享相同的频谱资源；
[0009]步骤五：判断卫星终端是否可以继续使用频谱资源，假设卫星终端仅暂时使用地面终端的频谱资源，如果地面终端想要在卫星终端的数据传输过程中恢复通信，卫星终端则转移到另一个空闲的频谱资源；
[0010]步骤六：卫星控制中心和地面站共同选择多址接入的频谱共享模式；
[0011]步骤七：卫星控制中心根据当前时隙可利用的频谱资源、请求接入的终端数量和业务需求类型，设计接入模式，即叠加到一个时频资源块上的用户数量和广播数据大小；在一个时频资源块上设计用户的公共数据和私有数据；公共数据和私有数据通过不同的功率层传输，每个功率层采用不同的信道编码、调制和交织集；公共数据在功率层1中传输，私有数据在功率层2中传输；用户将首先解调公共数据，并在执行其自己的专用数据解调之前使用SIC来剔除广播数据；
[0012]步骤八：N颗卫星在同一时间频率资源上为K个单天线用户提供服务，每个时频源中，用户k，需要广播消息W0和专用单播消息W
k
；在卫星上，广播消息W0和K个单播数据W1,W2,
…
,W
K
被编码到数据流矢量其中E(ss
H
)＝I；用户k，的单播消息W
k
被分成一个子公共消息W
k,c
和一个子私有消息W
k,p
；单播消息的子私有消息W
1,p
,W
2,p
,
…
,W
K,p
被独立地编码到私有流s1,
…
,s
K
，而单播消息的子公共消息W
1,c
,W
2,c
,
…
,W
K,c
与广播消息W0联合编码成超级公共流s0，超级公共流s0包括整个广播消息和部分单播消息；
[0013]步骤九：卫星控制中心用预编码矩阵P＝[p0,p1,...,p
K
]对总的数据流s＝[s0,s1,...,s
K
]进行线性预编码，
[0014][0015]通过对线性预编码矩阵P进行优化，来获得最优的系统性能；
[0016]步骤十：用户k处的接收信号可以表示为，
[0017][0018]其中，是N颗卫星和用户k之间的信道增益；接收到的噪声n
k
是复杂的高斯白噪声；解码顺序遵循以下规则，即针对更多用户的数据流具有更高的解码优先级；在对每个用户的私有流进行解码之前，首先对公共流s0进行解码，并使用SIC从接收信号中消除；在用户k处解码s0的信号SINR可以表示为：
[0019][0020]步骤十一：用户k在解码s0并将其从接收信号y
k
中消除后，通过将其他用户的私有数据视为噪声来解码自己的私有数据s
k
；在用户k处解码s
k
的SINR可以表示为：
[0021][0022]那么，在用户k处解码s0和s
k
的相应可实现速率为R
k,0
＝log2(1+γ
k,0
)和R
k
＝log2(1+γ
k
)；s0的实际信息传输速率R0不应超过R
k,0
,k∈K，即R0＝min{R
1,0
,
…
R
K,0
}；R0是广播消息
W0和子公共消息W
1,c
,
…
,W
K,c
共同的到达速率，它可以表示为C0+∑
k∈K
C
k,0
＝R0，其中C0是对应于R0中广播数据W0的部分，而C
k,0
是对应R0中用户k单播数据分裂出来的子公共消息W
k,c
的部分；在NOBU传输模型中，每个用户数据的传输速率包含经由在超级公共流s0中传输的C
k,0
和在私有流s
k
中编码地传输的R
k
；然后，用户k的单播数据W
k
的可实现速率为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向星地融合网络基于频谱共享和速率分裂的下行链路广播单播联合传输方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：卫星控制中心首先分析当前时隙接入终端数量和请求业务类型，在这一过程中，卫星终端协同捕获周围环境中地面终端的频谱使用情况，实时检测频谱空洞；步骤二：卫星终端协同捕获周围环境中地面终端的状态信息，将其感知结果报告给统一的融合中心，在分布式协作频谱感知模式中，卫星终端作为融合中心交换感知结果并决定频谱资源分配；步骤三：融合中心根据卫星终端感知到的可用频谱资源，对所有终端信道进行分析，根据终端的业务需求和通信服务质量分配最适合接入的信道；步骤四：星地融合网络中，卫星控制中心和地面基站协作，使卫星终端和地面终端能够共享相同的频谱资源；步骤五：判断卫星终端是否可以继续使用频谱资源，假设卫星终端仅暂时使用地面终端的频谱资源，如果地面终端想要在卫星终端的数据传输过程中恢复通信，卫星终端则转移到另一个空闲的频谱资源；步骤六：卫星控制中心和地面站共同选择多址接入的频谱共享模式；步骤七：卫星控制中心根据当前时隙可利用的频谱资源、请求接入的终端数量和业务需求类型，设计接入模式，即叠加到一个时频资源块上的用户数量和广播数据大小；在一个时频资源块上设计用户的公共数据和私有数据；公共数据和私有数据通过不同的功率层传输，每个功率层采用不同的信道编码、调制和交织集；公共数据在功率层1中传输，私有数据在功率层2中传输；用户将首先解调公共数据，并在执行其自己的专用数据解调之前使用SIC来剔除广播数据；步骤八：N颗卫星在同一时间频率资源上为K个单天线用户提供服务，每个时频源中，用户k，需要广播消息W0和专用单播消息W
k
；在卫星上，广播消息W0和K个单播数据W1,W2,
…
,W
K
被编码到数据流矢量其中E(ss
H
)＝I；用户k，的单播消息W
k
被分成一个子公共消息W
k,c
和一个子私有消息W
k,p
；单播消息的子私有消息W
1,p
,W
2,p
,
…
,W
K,p
被独立地编码到私有流s1,
…
,s
K
，而单播消息的子公共消息W
1,c
,W
2,c
,
…
,W
K,c
与广播消息W0联合编码成超级公共流s0，超级公共流s0包括整个广播消息和部分单播消息；步骤九：卫星控制中心用预编码矩阵P＝[p0,p1,...,p
K
]对总的数据流s＝[s0,s1,...,s
K
]进行线性预编码，通过对线性预编码矩阵P进行优化，来获得最优的系统性能；步骤十：用户k处的接收信号可以表示为，其中，是N颗卫星和用户k之间的信道增益；接收到的噪声...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志强，韩帅，孟维晓，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：