面向用户随机分布的NOMA-卫星通信网络性能分析

针对基于正交多址接入(Orthogonal Multiple Access,OMA)技术的卫星通信网络资源利用率低的问题,提出了一种基于功率域非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)技术的上行链路卫星通信方案。该方案在用户随机分布的前提下,利用最大或受限的发送功率同时同频发送信息给卫星节点,并采用串行干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)方法提取各用户信息。通过构建用户随机位置信息与波束增益关系,分析了用户分布对系统性能的影响。通过仿真验证了基于NOMA技术的卫星上行通信网络在系统遍历容量方面具有的优势,并分析了关键参数对系统性能的影响。     

两步随机接入机制的深度解析和未来增强

3GPPRel-16版本对两步随机接入技术的信道结构和接入流程等方面做了增强设计,显著降低了随机接入过程中的时延、信令开销以及功耗.对两步随机接入空口增强技术进行阐述和研究,包括上行接收信号的定时偏移分析、基于串行干扰消除接收机的信号检测、上行接收波束优化与发送波束重选以及随机接入类型的自适应选择,同时对两步随机接入技...     

5G低轨卫星两步随机接入方案及其FPGA实现

为了实现低轨卫星通信系统高效率低时延的用户接入,提出了适用于低轨卫星系统的两步随机接入方案,对随机接入信道的数据发送、信道结构、前导码设计以及映射关系进行了设计,并进行了现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA)实现。针对传统MAX-LOG-MPA算法FPGA处理时延长的问题,提出了一种节点并行迭代更新的FPGA接收机设计来降低处理时延。仿真结果验证了所设计的信道结构以及FPGA实现的可行性,相比传统接入方式可接入的用户数量更多,同时采用并行节点迭代更新的接收机将迭代处理时延降低为1/6。     

一种NOMA系统中的反馈深度神经网络检测算法

在上行非正交多址(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)系统中,针对传统基于串行干扰消除(Successive Interference Cancellation, SIC)检测存在同个时频块内用户间干扰的问题,提出了一种新型的NOMA检测算法。通过将SIC检测的反馈消除结构和深度神经网络结合起来,设计出了一种新型的反馈深度神经网络(Feedback Deep Neural Network, FDNN)结构。FDNN模型分为两个模块,检测模块通过深度神经网络实现非线性检测,反馈模块通过权重矩阵重构信号并消除用户干扰。通过重复检测和反馈过程,FDNN依次检测出各个用户的符号,并达到了良好的性能。仿真结果表明FDNN检测算法相较于SIC检测具有更低的误符号率和误比特率,并验证了其具有更良好的抗用户间干扰的性能。     

TH预编码的超奈奎斯特系统残余干扰消除算法

超奈奎斯特(Faster-Than-Nyquist, FTN)技术能够有效提高传输系统的频谱效率，然而代价是引入了严重的码间串扰(Inter-Symbol Interference, ISI)。在基于Ungerboeck模型的FTN系统中的发送端使用TH预编码(Tomlinson-Harashima Precoding, THP)并不能完全有效消除FTN系统所引入的ISI,会存在残余ISI。对此，针对FTN系统中的残余干扰提出了两种接收端检测算法，分别是基于后向串行干扰消除(Backward Serial Interference Cancellation, BSIC)的无迭代检测算法和基于连续干扰消除(Successive Interference Cancellation, SIC)的Turbo迭代均衡改进算法，并通过蒙特卡洛方法寻找最优的扩展取模间隔。计算机数值仿真结果表明，在选定的扩展取模间隔下，两种接收端检测算法在FTN系统的加速因子为0.8和0.9时均能有效消除FTN技术所引入的ISI,其误码率趋近于奈奎斯特正交传输性能。     

不完美SIC下NOMA系统用户配对和功率分配联合优化

当前非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)系统的用户配对和功率分配通常作为独立的问题进行研究,未考虑接收端不能完美执行串行干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)的限制.鉴于此,提出一种不完美SIC下NOMA系统用户配对和...     

大时延卫星通信的随机接入分段前导检测

针对卫星通信场景下具有较大用户传输时延的特点,提出了一种随机接入分段前导检测算法.不同于现有随机接入前导检测算法中仅提取前导序列区间对应接收信号的做法,该算法根据发送信号中前导序列与保护间隔对应的时间区间,分两段提取接收信号,从而分别估计传输时延的小数倍与整数倍部分.此外,设计了峰值二次有效性评估机制,有效解决了整数倍时延估计过程中小数倍时延带来的伪峰问题.最后,推导了虚警概率与相关门限关系的闭式表达式以确定最小相关门限值.仿真结果表明,所提算法能够在大时延环境下对时延进行准确估计,并且极大节省了前导根序列和时间资源开销,适用于卫星通信随机接入场景.     

双迭代级联译码的Turbo V-BLAST结构

垂直贝尔实验室分层空时(V-BLAST)方案能有效提高系统的信道容量而成为研究的热点。但多发送天线造成了接收信号的空间干扰,这严重造成了误比特(误帧)系统性能的下降。在接收端,采用了迫零(Zero-forcing)排序的迭代混合干扰消除(Hybird Interference Cancellation,HIC)算法,相比迫零排序的串行干扰消除(Serial Interference Cancellation,SIC)算法,在降低复杂度的同时提高系统性能。干扰消除后的软信息经过Turbo迭代译码,得到的硬判决信息可以反馈回到V-BLAST的迭代ZF-HIC干扰检测,进行系统级联迭代。因此,文中的Turbo V-BLAST结构具有双迭代级联的多迭代环特征。仿真证明能很大程度上改进系统的BER和FER,是一种理想的系统结构。     

MIMO系统中基于信号可靠性判定的OSIC检测

排序串行干扰消除（Ordered Successive Interference Cancellation,OSIC）是多输入多输出无线通信系统中一种重要的信号检测技术。为了降低该算法的计算复杂度,首先提出了基于信号可靠性判决的排序串行干扰消除算法,根据所设计的信号可靠性判决（Signal Reliability Decision,SRD）结构的判决结果选择不同的方法消除信号间的干扰。为了进一步提升SRD-OSIC算法的检测性能,提出了局部最优（Local Optimized,LO）的LO-SRD-OSIC算法。仿真结果表明,SRD-OSIC算法仅需要传统OSIC算法一半的复杂度就能获得相近的误码率性能。不仅如此,当LO-SRD-OSIC算法与SRD-OSIC算法的计算复杂度相同时,LO-SRD-OSIC算法可以获得额外3 dB的误码率性能增益。     

大规模MIMO信号检测IPIC算法的深度学习网络

针对在大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)系统中，信道硬化现象减弱时最小均方误差(Minimum Mean Square Error, MMSE)检测算法及Richardson、Jacobi等迭代检测算法检测性能退化严重的问题，提出了一种深度检测网络，称为IPICNet,将深度学习技术和迭代并行干扰消除(Iterative Parallel Interference Cancellation, IPIC)检测算法结合。在IPICNet中，将IPIC检测算法的迭代过程展开为深度网络，并在此基础修改网络架构和添加可训练参数，同时对网络中需要使用的投影函数和损失函数进行了讨论和设计。实验结果表明，训练完成的IPICNet能有效提升IPIC检测算法的检测性能并在信道硬化现象不明显的MIMO系统中稳定工作。     

A novel MAC protocol for IDMA‐based multi‐beam satellite communication systems

Considering the limitations of satellite communication systems and advantages of new emerging interleave‐division multiple access (IDMA) technology, IDMA is introduced into the satellite systems, providing a new solution for multiple access techniques of satellite systems. To further validate the IDMA into satellite systems, a novel medium access control (MAC) scheme is proposed. In the random access channel, the interleave‐division slotted ALOHA method is adopted to alleviate the collision of access requests. Furthermore, a novel minimum power allocation scheme based on signal‐to‐interference‐plus‐noise ratio (SINR) evolution is proposed to maximize the capacity of such an interference‐sensitive system. By virtue of SINR evolution, our proposed scheme can accurately estimate multi‐user detection efficiency with low computational cost and further reduce the transmitted power, illustrating the high power efficiency of IDMA. To further enhance the performance of the MAC protocol, an effective call admission control scheme considering the effect of power control error is designed and combined into our MAC protocol. Analysis and simulation results show that, by taking full advantage of the chip‐by‐chip multi‐user detection technique, the proposed IDMA MAC protocol achieves high throughput and low average packet delay simultaneously, with low onboard processing complexity in the multi‐beam satellite communication systems. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

基于IEEE802.11的星间链路最短接入时延退避算法

为满足空间信息网络低轨卫星用户多址接入骨干中继卫星的访问需求,基于IEEE 802.11机制,提出最短接入时延退避算法（Delay-Optimal Backoff,DOB）,可解决大时空尺度条件下,传统二进制退避算法（Binary Exponential Backoff,BEB）造成的网络平均接入时延高和吞吐量低的问题.根据用户卫星与中继卫星的相对位置特性,设定中继卫星通信窗口,利用通信窗口内不同用户卫星数量时用户接入时延与平均接入请求概率的变化关系,确定最短接入时延条件下用户平均接入请求概率,实现动态调整碰撞窗口大小.研究结果表明,该算法使网络接入时延较BEB算法平均降低了10s,饱和吞吐量提升一倍,归一化业务量阈值比BEB算法增加至0.6,网络多址接入性能显著提高.     

窄带物联网信道接收端检测算法的并行化实现

针对窄带物联网物理随机接入信道检测和到达时间估计算法处理数据量大、计算耗时的问题,通过分析接收端检测算法的可并行性和数据相关性,基于可重构阵列处理器提出了一种并行化硬件实现方案。该算法在高层配置参数产生的前导符号和通过前期信道处理后的接收符号具有最大相关性时,将此时的到达时间和残留子载波偏移作为估计指标,通过流水线的方式使用多个轻核处理元(Processor Element,PE)实现并行计算以提高运算效率。实验结果表明,使用6个PE同时调度实现算法的映射,运行了35985个周期,其性能比单个PE提升36.18%。用可重构多核阵列处理器实现该算法的运行时间相较于用Matlab实现降低了173.09倍,有效提高了接收端检测算法的运算效率。     

面向mMIMO系统的模式分割随机接入方案

为提升海量机器类通信（massive machine-type communication,m MTC）设备的随机接入（random access,RA）性能,提出一种面向大规模多输入多输出（massive multiple-input multiple-output,m MIMO）系统的模式分割随机接入（pattern division random access,PDRA）方案。该方案将导频竞争空间扩展到模式域,通过叠加同一ZC(Zadoff-Chu）根序列的L个不同循环移位序列,设计基于“图样叠加”的模式域导频,在不增加物理资源的前提下扩大导频集合。仿真结果表明,在不影响信道估计和数据检测性能的前提下,与传统RA方案相比,PDRA方案能够显著降低导频碰撞概率,提高接入成功率。     

联合时域−波束域非正交多址接入

为了提高系统容纳连接设备的能力,提出了一种适用于毫米波大规模多输入多输出系统的联合时域?波束域非正交多址接入方案。该方案利用用户空间信道的相关性和差异性实现波束域接入,利用稀疏扩频技术实现时域接入,并以提高系统的通信可靠性为优化目标,构造并求解了联合域稀疏接入矩阵设计的优化问题。最后,基于联合域信道质量对接入矩阵进行重构,并在消息传递算法中加入干扰消除操作,降低译码复杂度的同时提高了通信可靠性。     

Combined Random/Reservation Access for Packet Switched Transmission Over a Satellite with On-Board Processing: Part I--Global Beam Satellite

A combined random/reservation multiple access (CRRMA) scheme for packet-switched communication over a global beam satellite with on-board processing is proposed and analyzed. Channel time is divided into contiguous slots; each slot containsNminislots for transmission of request packets andN'minislots for data. WithNsubstantially smaller than the number of earth stations, collisions will occur in request packet transmissions. Two channel access algorithms for the CRRMA model are proposed: uncontrolled channel access (UCA) and controlled channel access (CCA). UCA is simpler but has an inherent stability problem particularly when the number of minislotsNis small. The CCA algorithm restricts the transmission of request packets for new arrivals to take place only when the slot is in the FREE state. WithN = 3, the CCA algorithm exhibits good delay-throughput characteristics. AsNincreases, the UCA algorithm offers stable operation. ForN geq 5the simpler UCA algorithm is preferred over CCA.     

基于量子计算方法的多址DCSK通信系统的研究

为了降低多用户之间的干扰问题,提出了一种新的混沌多址通信系统（多比特MA-DCSK）,并设计了该系统的多用户检测算法。通过仿真实验,比较了该多比特MA-DCSK系统与可变延时MA-DCSK系统的误码率性能,证明了该系统具有更低的误码率。利用量子并行运算的特性,采用Grover量子算法解决多用户检测算法的计算复杂度,这种算法可以将复杂度从 降低到 。仿真结果表明,在不影响系统性能的同时,量子算法可以有效地降低计算复杂度。