【摘 要】
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星地一体化构成全球网络无缝覆盖的网络通信体系,依靠卫星系统强大的网络覆盖能力和移动通信低延迟高速率的特性将满足人们几乎所有的网络业务需求。如今卫星之所以还无法达到全球覆盖,这与其本身所处地理高度导致其延迟较高、速率较慢、信道衰落幅度随天气影响和地理环境影响较大有关。另一方面,全球用户量庞大,当前卫星通信系统所能容纳的用户数量远远满足不了如此庞大的用户基数,当前热门解决方案之一就是提高卫星频带资源利
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星地一体化构成全球网络无缝覆盖的网络通信体系,依靠卫星系统强大的网络覆盖能力和移动通信低延迟高速率的特性将满足人们几乎所有的网络业务需求。如今卫星之所以还无法达到全球覆盖,这与其本身所处地理高度导致其延迟较高、速率较慢、信道衰落幅度随天气影响和地理环境影响较大有关。另一方面,全球用户量庞大,当前卫星通信系统所能容纳的用户数量远远满足不了如此庞大的用户基数,当前热门解决方案之一就是提高卫星频带资源利用率。非正交多址接入（Non-orthogonal Multiple Access,NOMA）技术通过在一个时频资源块上同时传输多个用户,提高单个时频资源块的频带利用率,在功率域复用主动引入干扰,在接收端通过串行干扰消除（Successive Interference Cancellation,SIC）的方式解码用户信号,在同一个卫星波束内,距离波束较远的信号受到干扰较多,信道衰落较大,而且在调用时,由于信道状况较差,在一般通信系统中,这种用户调用优先级更低,在本文中主要为了改善这种用户的资源分配,提升用户公平性。本文验证在卫星通信系统中应用NOMA系统的可行性之后,分析基于公平性调度算法的用户公平性和系统性能。本文具体研究内容和创新点包括:1.目前的星地链路系统仍以正交多址接入技术为主,这将无法满足未来庞大的用户需求。本文提出了一种将NOMA系统应用于星地链路Shadow Rician模型,分析该模型下系统容量随信噪比变化产生的影响。2.5G(5thGeneration)中的NOMA技术虽然对通信系统性能带来巨大的提升,考虑卫星通信模型和蜂窝移动通信模型存在较大差别,本文研究了在卫星通信系统中应用NOMA技术的可行性,以及应用该技术对卫星系统提升的性能幅度。主要从用户组匹配,功率分配两方面来尝试使用多种算法来提高系统性能,本文还比较了用户在NOMA系统和在正交多址接入（Orthogonal Multiple Access,OMA）系统的系统容量、系统遍历容量和用户吞吐量等差异。仿真发现,在信噪比为40 bit/s/Hz时,在系统容量上,NOMA系统远用户比OFDMA系统远用户高0.7 d B,NOMA系统总用户比OFDMA系统总用户高0.2 d B。在遍历容量上,NOMA系统远用户比OFDMA系统远用户高1.0 d B,NOMA系统总用户比OFDMA系统总用户高0.2 d B。3.考虑采用基于用户公平性的功率调度方式,以多种功率分配算法作为比较,验证了基于公平性功率分配算法的可行性,仿真分析了系统容量和信道较差用户吞吐量的提升幅度。采用两种基于用户公平性的功率分配调度方式来保证用户公平性,通过对比两者性能的优劣,分析了不同的功率调度方式对卫星通信系统性能影响。通过仿真分析可知,在信噪比为40.0 bit/s/Hz时,在近用户的吞吐量上,PF（Proportional Fairness）准则调度方式高于基于Jain的调度方式0.4 d B,在远用户的吞吐量上,基于PF准则的调度方式高于基于Jain约0.2 d B。4.在确定功率分配调度方式之后,在带间功率分配和带内功率分配上,采用几种不同的功率分配算法追求最大的用户公平性。公平性的提升改善了信道信道差的用户吞吐量,对基于用户公平性的调度方式进行对比。通过仿真分析可知,在信噪比20 bit/s/Hz时,基于PF准则算法比穷尽遍历搜索算法高2.0 d B,比固定功率分配算法高4.2 d B。
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