[发明专利]基于hadamard码和波束成形的终端身份辨识方法

说明书

本发明属于卫星通信技术，具体地说，是一种基于hadamard码和波束成形的终端身份辨识方法，包括波束成形设计和终端身份检测两部分：波束成形设计是在异步情况下，采用hadamard作为终端身份序列，终端发送信号到簇头，簇头经过波束成形把信号发送到卫星；终端身份检测是从接收到的序列中，把活跃的终端身份序列检测出来，估计信道系数，然后在接收到的序列中减去检测出来的活跃终端，一直迭代检测，最后通过能量检测设置一个判决门限，用于结束迭代。本发明解决了卫星在海量物联网终端和异步的场景下，终端身份序列难以被正确检测的问题。

技术领域

本发明属于卫星通信技术，具体地说，是一种基于hadamard码和波束成形的终端身份辨识方法。

背景技术

物联网(Internet ofthings,IoT)成为5G和即将到来的6G通信系统的关键驱动力，因为物联网网络可以实现万物互联的愿景。此外，到2025年，物联网终端的数量可能超过270亿，显示出巨大的发展潜力。然而，如此大规模的物联网终端给物联网网络带来了巨大的挑战，尤其是在孤立的地区，如海洋、山脉和沙漠。造成这些挑战的原因是，在偏僻地区部署物联网基站(Base station,BS)可能具有挑战性和不经济性。与人们主要居住的地区相比，这些偏僻地区高度依赖物联网网络，如环境监测、智能农业和海洋监测。此外，地面物联网BS可能会受到自然灾害的干扰，如洪水、地震和海啸。相比之下，在卫星上部署物联网BS可以被认为是地面物联网网络的补充和延伸，因为卫星可以克服上述孤立地区缺乏物联网BS的问题。此外，与地球静止轨道卫星相比，低地球轨道(Low earth orbit,LEO)卫星可能更适合物联网，因为低地球轨道卫星和物联网终端之间的距离要短很多。

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。大规模机器类通信服务交通、自动化、医疗、工业和农业等多个行业，推动社会生产方式变革。而随机接入过程是实现大规模连接的关键，在大规模连接的情况下，频繁的冲突和突然的重传将会导致网络拥塞、延迟增加和资源浪费。为了减少拥塞和实现低时延，必须以高精度和低复杂性完成这个过程。一般而言，从几十或者几百个用户序列空间中检测活跃用户，可以通过精心的序列设计和详尽的序列搜索来实现，然而，在用户序列空间可能高达几十万甚至上百万的大规模访问场景中，要做到这一点是十分具有挑战性的，这样的检测令人想起大海捞针。因为不同活跃用户发送信号的时间不同，接入点接收到的用户序列也不是同步的，无疑又增大了在接收信号中正确检测出多个用户的难度。因此，关键的挑战是获得相对大的序列空间，同时获得可靠的检测。

在卫星物联网中，物联网终端可以通过直连方式或随机接入方式接入网络。直连模式下，由于可用的频率和传输时间资源不足，基于正交多址(如频分多址和时分多址)的海量物联网终端可能无法与卫星成功通信。因此，非正交多址(NOMA)成为一种可行的设计方案。然而，大量终端的随机接入会导致严重的同频干扰(CFI)，从而限制了接入容量。同时也为活跃终端检测增加了难度。

基于以上观点，这里研究的基于hadamard和波束成形的异步接入卫星物联网终端身份辨识方法，基于分簇的模式，物联网终端首先将数据发送给中继节点，中继节点再将接收到的数据转发给卫星，这种模式可以通过减少大量物联网终端同时传输造成的CFI，从而来提升传输能力。同时，可以通过对空间域资源的利用，生成波束，不同波束中的终端可以共享相同的频率资源，而不会产生严重的CFI。然后在卫星端进行活跃用户检测，选择hadamard作为用户序列，hadamard码正交性好，检测复杂度低，可以得到较好的检测性能，并且用户序列可以唯一且明确地映射到用户身份标识，然后用最小二乘法进行信道估计，最后进行迭代干扰消除。

发明内容