基于GEO卫星的IoT NTN系统设计及实践

提出了一种基于地球同步轨道（Geostationary Earth Orbit,GEO）卫星的非地面物联网（Internet of Things Non-Terrestrial Networks,IoT NTN）网络系统。该系统结合了NB-IoT技术和5G NTN标准，旨在满足空天地海一体化物联网通信和应急通信的需求。详细描述了系统设计、调度和通信时序等方面，并给出了k-Offset参数的计算方法。借助我国自主研制的天通一号卫星移动通信系统，完成了基于3GPP Rel 17 NTN标准的5G卫星物联网通信系统实践，并在预商用基站上完成通信组网测试，实现了基站和终端之间通过GEO卫星的双向数据通信，且整个系统的通信时延、速率等性能指标符合预期。该研究能够对未来卫星物联网通信系统的设计和应用提供参考。     

基于USRP的NB-IoT/FSK异构物联网系统实现

窄带物联网(NB-IoT)技术因具备广域覆盖、低功耗、海量用户接入的优点,成为当前广域物联网的主流技术,但单一的NB-IoT组网模式在某些极端功率受限环境(如水表井、地下车库等深度覆盖区域)仍会出现覆盖不足以及终端耗电大的问题。针对传统应用场景下的NB-IoT单独组网方式的不足,提出一种NB-IoT/FSK混合异构组网广域物联网架构,该架构能够借助频移键控(FSK)调制的较低解调门限进一步提高混合网络的覆盖范围,降低最末端终端节点功耗,从而实现深度覆盖下更多终端用户接入能力。使用通用软件无线电外设(USRP)平台搭建了该异构网演示系统,模拟了物联网智能水表的应用场景,仿真与实际的简单外场测试验证证明了该异构组网架构的可行性与优良性能。     

卫星物联网混合随机接入技术

在卫星物联网(IoT)场景中,随着终端数量不断增加,频谱资源日益紧张。传统的随机接入技术频谱利用率较低,使得传统随机接入协议不适用于未来卫星IoT的高并发业务需求。同时,卫星通信链路长,开放性强,难以保证特种终端信号的安全性。对此,本文提出一种适用于卫星IoT的混合随机接入方案。该方案引入重叠传输的容量提升与安全性优势,利用扩频码对瞬时功率谱密度的控制能力,构造功率域非正交接入条件,并通过接收端的迭代分离实现稳健接收。对本文所提方案的吞吐量性能进行闭式解推导分析与计算机仿真,结果表明,与传统的随机接入协议相比,所提方案可提高系统吞吐量。同时,相较于常用信号隐藏方法,所提方法利用常规接入数据包的功率优势,强化了波形隐藏效果,提升了特种信息接入的安全性。     

面向6G低轨卫星物联网的能效优先的多波束鲁棒预编码设计

如今,物联网已经应用在经济社会的各个领域,但是由于空间、环境等限制,地面物联网在一些应用场景中表现出了服务能力严重不足的问题。针对这个问题,第六代移动通信技术（6th generation mobile networks,6G）,提出将卫星通信与地面通信融合,从而实现全球无缝覆盖。对于卫星通信,卫星通常由太阳能供电,导致能量有限,因此想要实现大规模设备高质量的通信,卫星的能量效率设计非常必要。本文为6G低轨（low earth orbit,LEO）卫星物联网（Internet of Things,IoT）设计了一个能量有效的非正交多址接入（non-orthogonal multiple access,NOMA）框架,以支持广域分布设备的大规模机器通信（massive machine-type communications,mMTC）。考虑到LEO卫星的能量有限性和信道状态信息（channel state information,CSI）不准确,本文建立了一个在功率和信干噪比（signal-tointerference-plus-noise ratio,SINR）约束下最大化能效的优化问...     

NB-IoT网络结构优化方法研究

窄带蜂窝物联网(NB-IoT)具有覆盖广泛、并发接入终端多、传输速率小、低功耗、建设成本低等优点,具有广阔的应用前景。但是现阶段的NB-IoT存在诸多网络结构问题,本文系统性的提出一种NB-IoT网络结构优化方法,能够有效提升网络结构性能,改善用户感知,为NB-IoT后期的大规模应用打好基础。     

窄带物联网无线容量拥塞问题的研究

随着物联网应用的不断发展,NB-IoT网络业务大量增长.本文基于NB-IoT相关协议规范,结合其覆盖广、连接多、成本和功耗低的技术优点,深入分析其接入机制,从网络侧和终端侧进行了研究论证,梳理归纳了一种NB-IoT网络的容量优化方法,使读者对NB-IoT网络容量能力及优化有一个较深入的了解.     

NB-IoT网络容量和优化方法研究

随着物联网技术的不断发展和普及，人类社会正进入“万物互联”的时代。新一代物联网无线接入技术：窄带物联网（Narrow Band-Internet of Things，NB-IoT）具有大连接的特性，但如此大的连接仍对NB-IoT网络容量造成挑战，本文对网络容量进行研究，并提出高并发用户场景下的优化方法，为应对大量用户接入NB-IoT网络而做好准备。     

智能家电NB-IoT业务模型优化设计及应用

NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，窄带物联网)是一种基于蜂窝通信3G/4G演进的物联网通信技术，工作于专用授权频段，主要应用于低吞吐量、海量连接的场景，未来将承接大量物联网业务接入。当前，越来越多的家电企业开始使用NB-IoT技术替代传统的WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)技术作为通信的解决方案，但由于WiFi与NB-IoT的网络接入情况存在一定的差异，传统WiFi方案难以在基于NB-IoT的系统中进行套用。设计基于NB-IoT的智能家电业务模型，针对关键业务流程技术问题提出工程改进方案。智能家电业务模型优化实例证明，可有效实现NB-IoT网络与终端无缝配合，从而提高通信效率，节约客户成本。     

卫星物联网场景下基于节点选择的协作波束成形技术研究

针对卫星物联网(IoT)场景下信号长距离传输衰减大以及单个终端节点传输性能受限的问题，该文提出一种基于节点选择的协作波束成形算法，增强终端节点的传输能力。在实际终端位置信息存在误差的条件下，推导出了协作波束成形平均方向图函数，分析了不同系统参数对于协作波束成形平均方向图和瞬时方向图差异的影响。在此基础上，根据卫星物联网链路传输性能需求，提出一种区域分组优化的协作节点选择算法。仿真结果表明，相比于传统的分布式协作波束成形节点选择算法，该文提出的算法在实际的误差模型中旁瓣抑制和零陷生成方面具有更好的性能。     

解惑之三：如何加速现有行业终端的接入

行业终端/行业应用如何接入物联网平台目前国内各运营商都对物联网终端标准化及其接入物联网平台进行了深入的研究,基本上完成了物联网终端和平台通信协议标准的制定工作,如中国联通的UMMP（Ubiquitous Machine to Machine Protocal,平台与终端协议）和UAAP（Ubiquitous Appli...     

基于自适应算子与非支配排序的星地网络多目标优化方法

低轨(Low Earth Orbit,LEO)高通量卫星将成为未来非地面网络的重要组成部分。基于星上灵活载荷技术,探索未来6G星地网络动态高效的多维资源调度和多指标优化方法。实际优化过程中,多个指标间如吞吐量、接入用户数等往往相互冲突。已有工作多通过加权求和将多个优化目标转换为单目标优化问题进行求解。然而此种方法通常存在不同目标函数之间量纲单位无法统一,病态矩阵造成各目标函数权重无法准确分配,以及在大规模优化中难以接近帕累托前沿等问题。针对星地融合网络如何同时提高终端接入数量与提高多用户吞吐的优化问题,建立单目标和多目标优化模型,通过对单目标优化问题分配不同权重,进行最优求解,产生多组优化结果作为性能比较的基准方案之一,提出基于快速非支配排序与自适应算子调整的高效多目标优化算法。实验结果表明,所提算法较加权单目标优化与传统多目标优化算法,可有效提升整体的优化性能,进而提升星地融合网络的通信性能。     

一种卫星物联网上行干扰分析高效计算方法

低轨卫星物联网(IoT)作为空间信息网络的重要组成部分,由于其星座规模激增,卫星平台动态性强,终端数量多,在与其他通信系统进行干扰分析及协调时,存在干扰计算复杂度较高的问题。实际中,物联网终端的分布与地理和人口高度相关,但由于单颗卫星覆盖面积大,面临多种密度和部署终端,采用静态遍历计算的方式将带来运算量爆炸。本文从同频干扰产生的机理出发,以区域化发射场强作为密集物联网终端上行集总干扰的建模核心,并引入泊松点过程(PPP)分布模型对地面终端进行等效建模,使区域化的上行集总干扰仅与分布参数及发射参数有关,而与终端确切位置、数量均无关。仿真结果表明,本文方法与传统链路分析结果相比误差较小,对不同数量终端的拟合性能均较好,并能有效降低长时分析的计算复杂度,能够用于高效干扰分析与计算。     

基于TDD的低轨卫星跳波束资源分配算法

低轨(LEO)卫星跳波束技术可以灵活分配系统资源,适用于业务分布不均匀的场景。时分双工(TDD)方式可以减少星载和地面终端设备的天线数量,有效降低其复杂度,并有利于开展上下行非对称业务。本文提出一种基于TDD的LEO卫星跳波束资源分配算法,在满足业务需求的基础上,以最小化时域资源消耗为目标,建立支持跳波束和多频时分多址接入(MF-TDMA)机制的LEO卫星反向链路资源分配模型;综合考虑星地动态时延补偿,采取一种多层次的跳波束时隙架构设计,以最大化可用时隙为目标,建立上下行时隙切换模型,并提出一种基于TDD的跳波束时隙排布优化方法。仿真结果表明,对比于传统的MF-TDMA资源分配方法或固定多波束均分算法,本文提出的算法能有效提高系统的时隙利用率和吞吐量。     

异构无线网络中多模终端多接入选择机制研究

为进一步提升多模移动终端的传输性能和服务连续性,设计了一种利用异构无线网络多无线传输分集进行多网络同时接入和并行传输的多模终端多接入选择机制,该机制应用指数平滑方法处理已测量参数;使用状态转移模型管理终端多个网卡的接入选择策略;采用效用函数动态平衡终端功耗与传输速率。仿真结果表明与传统切换式接入选择相比,所提出的方法显著减少了不必要的接入重选次数,并在保证终端功耗与吞吐量的前提下提高了传输能效。     

专题:6G的智能通信计算融合技术

内容导读目前,针对潜在6G关键技术的场景与需求研究成为学术界的热点。面向未来更多类型终端的智能互联与新兴服务的需求,人工智能应用于无线通信物理层的信道估计、编译码及接收机设计,解决基于大数据的网络自主优化,基于泛在无线感知和边缘侧的强大算力构成的多接入边缘计算,已成为6G无线技术发展的重要趋势。在未来智能车联网、物联网、有人/无人交互、全息通信等场景下,面向未来的智能通信计算融合需求,存在许多拟待解决的关键科学问题。     

基于智能电网终端系统的设计与实现

随着能源行业的迅猛发展,数字化的电网转型不断加深,物联网技术被逐渐引入电力行业。伴随着电力业务的高接入、高并发、高交互要求越来越严格,采取分布式的终端系统需求越来越大。针对上述问题,该文基于云、管、边、端4个层面需求分析的方法,并通过各类接口设计、业务应用与I/O接口资源的聚合和断电业务保护关键技术3个方面的软件设计,得出一套可满足高接入、高并发、高交互要求的终端系统。     

物联网技术在检验检测实验室管理中的应用研究

文中结合物联网技术的发展与应用现状,探讨了物联网技术在检验检测实验室管理中的应用。对物联网技术及检验检测实验室的发展现状及存在的问题进行了分析,在检验检测过程中,使用多种传感器获取实验室的各种信息(如射频信息、环境参数、高清全角度视频、实验仪器状态、样品参数等),通过局部的无线或有线网络等通信网路交互传递,实现对检测全过程的数据感知,经过信息智能接入检测平台的统一处理,最终通过物联网终端进行分布式呈现,实现实验室检验检测中的过程溯源、效率分析、质量管理和智能预警。     

面向6G通信的多层低轨卫星网络路由算法

在面向6G的移动通信网络中,低轨卫星网络（LEO, Low Earth Orbit）运行高度低、时延小,可大范围部署实现全球广域低时延通信。当前低轨卫星星座正朝着多层轨道面发展,多层轨道的跨层链路增加了数据传输路径,但跨层轨间链路的频繁通断,增大了多层LEO网络层间路由选择的难度。为此提出了一种面向6G移动通信的多层LEO卫星网络路由算法。首先建立跨层链路,面向端到端传输时延和可靠性需求,分析影响跨层轨间链路频繁通断的因素,基于LEO卫星网络虚拟位置思想,选择卫星节点对建立可靠跨层链路;然后实现路由选择,基于所建立的跨层星间链路,采用时空演化图模型刻画动态网络拓扑,设计最短路径算法计算最佳传输路径。最后,构建三层卫星网络场景对所提算法进行仿真验证。结果表明,相对于现有方法,所提算法在端到端时延和可靠性均有明显提升。     

基于帕累托最优的雷达-通信共享孔径研究

针对雷达-通信综合射频系统,该文提出一种基于环境信息的共享孔径动态分配方法。首先基于帕累托最优理论将共享孔径分配建模为一个多目标优化问题,并建立了雷达阵列方向图的峰值旁瓣电平和多输入多输出(MIMO)通信系统的信道容量两个优化目标函数。然后提出一种基于整数编码的改进粒子群算法,通过迭代求解以帕累托前沿的形式给出一组最优解,供决策者根据任务需求从中选出一个最满意的解。最后,仿真结果验证了该方法的有效性。     

逆伽马纹理复合高斯杂波参数的贝叶斯估计方法

复合高斯杂波(CGC)在拟合高分辨力、低掠射角海杂波中已得到广泛应用,带有逆伽马纹理的CGC的强度分布为广义帕累托(GP)分布。在实际雷达工作场景中,由于观测区域内海杂波的非平稳非均匀特性,导致独立同分布杂波样本的获取十分困难。提出一种广义帕累托分布参数的贝叶斯估计方法,通过在线更新数据的先验信息,获取小样本情形下GP分布参数。仿真实验证明,该方法能够在样本数量较小的情况下,对GP数据实现较为精确的参数估计。