面向空间信息网络的高能效非正交接入方法研究

The proposal which is based on the requirement of the future mobile communication and emergency communication, discusses how to utilize the air-based resource of space information network and provide flexible and reliable service under the limited spectrum resource. And the proposal aims at service diversity and studies the high-efficiency transmission and multiple access technology of the high-density ground users and space-based users of the space communication network based on service sense. The proposal supports the various service requirements, realizes the requirement-based access technology on the basis of sensed service and changes of channel while taking account of high efficiency of spectrum and energy. Moreover, the proposal offers reliable and efficient adaptive waveform based on the philosophy of compressed factor and non-orthogonality. Furthermore, the accomplishments of the program will be presented by patents and essays and the relative hardware platform will be built to verify the key technology.

本项目以面向未来移动通信以及应急通信等发展需求为指向，探讨如何合理高效的利用空间信息网络的天基资源为基础，以在有限的带宽资源下为终端用户提供灵活可靠的用户服务为目标，针对服务多样化与动态随需接入问题，主要对基于业务感知的空间通信网络中地面密集用户及天基动态用户的高效可靠传输与多址接入技术进行研究。根据业务和信道变化实现按需动态接入，支持多业务多类用户的需求，同时兼顾更高的频谱利用率和能量效率；提出基于压缩因子及非正交的思想提供可靠高效的自适应传输波形；基于理论研究完成以专利和论文形式的理论成果输出，并搭建相应的硬件平台与半实物验证平台，进行关键技术验证。

本项目面向空间信息网络的高、低轨异构卫星网络及地面网络所构成的立体网络，首先以低轨卫星物联网为研究背景，针对低轨卫星网络星地链路频谱资源利用效率低、链路通信干扰严重以及信道随机变化等特点，提出低轨卫星网络星地上行链路高谱效稀疏码多址接入方法，所提方法可实现单位频谱资源容纳更多的用户信息，提升系统的频谱效率性能；其次，可实现载波间和符号间干扰消除，提升系统通信可靠性；提出基于频谱检测的全双工协作非正交多址接入机制，利用频谱检测、NOMA以及带内全双工技术解决传统机制的上述三个问题，以期提高频谱效率；提出该机制后，对其性能参量进行推导和分析；再从理论分析拓展到实际系统设计，提出可改善频谱效率的功率分配方案和中继选择策略；最后，在基于云架构的星地频谱共享网络结合了异构云接入网络高效灵活的资源管理、卫星网络辽阔的覆盖范围以及地面网络良好的通信质量三重优势，能够根据用户需求给终端提供无时不在且无处不在的高速泛在通信服务。虽然其高集成度使其相较于传统网络更具优势，但其中最严峻的问题是星地频谱共享为网络用户带来高频谱复用增益的同时也给网络带来复杂的混合共信道干扰。因此，基于干扰约束，在云处理池中高效分配与管理整个系统的频谱和功率等无线资源将有助于发挥基于云架构的星地频谱共享网络的优势，进一步提升网络的整体性能。本项目面向未来移动通信网络需求，深入研究了基于云架构的星地频谱共享网络体系架构，对网络覆盖性能和干扰进行了数学建模、理论推导和数值分析。同时，深入研究了频率、功率和带宽等多维资源高效管理方法。