【摘 要】
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低轨卫星移动通信系统具有覆盖面广、不受天气与自然灾害影响、安全高效等特点,成为了未来全球化通信网络中的重要组成部分。随着5G技术的发展,低轨卫星物联网也得到了越来越多的关注,卫星与5G的融合,是构建未来“万物互联”世界的必然趋势。针对卫星物联网系统中的大规模终端接入问题,本文在卫星移动通信系统的基础上研究了稀疏码多址技术(Sparse Code Multiple Access,SCMA)的接收端检
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低轨卫星移动通信系统具有覆盖面广、不受天气与自然灾害影响、安全高效等特点,成为了未来全球化通信网络中的重要组成部分。随着5G技术的发展,低轨卫星物联网也得到了越来越多的关注,卫星与5G的融合,是构建未来“万物互联”世界的必然趋势。针对卫星物联网系统中的大规模终端接入问题,本文在卫星移动通信系统的基础上研究了稀疏码多址技术(Sparse Code Multiple Access,SCMA)的接收端检测方法,取得了以下成果。首先,对卫星物联网系统及其信道模型进行了简述。给出了低轨卫星物联网的系统组成及其业务特点,分析了卫星物联网下的多址技术需求。介绍了卫星移动通信系统中的链路传输特性,并给出了信道模型,包括AWGN模型和Lutz模型。接着,对卫星上行链路SCMA系统接收端算法进行研究。研究了上行SCMA系统的系统模型,简要介绍了码本的设计准则,接着对接收端检测算法进行研究。针对最优性能检测算法MAP复杂度过高的问题,研究了性能次优的消息传递算法(MPA),为了进一步降低复杂度,从降低计算量的角度提出Log-MPA算法,Max-Log-MPA算法以及改进型Max-Log-MPA算法,通过分析比较了各个算法的复杂度,最后仿真验证表明提出的改进型Max-Log-MPA算法可以达到性能与复杂度之间的均衡。最后,研究了卫星多天线SCMA系统的接收端检测算法。将MIMO技术与SCMA技术相结合,建立了卫星上行链路MIMO-SCMA系统模型,并分析了其扩展因子图模型,重点对接收端检测技术进行研究。一方面,首先考虑将MIMO的线性滤波技术与SCMA系统的MPA检测算法相联合,联合检测算法可以使指数复杂度降为线性;另一方面,提出针对原始MPA算法降低复杂度的QR-MPA检测算法,利用QR分解将全连接因子图转化为传递消息边数较低的子图,以此降低多天线MPA的复杂度。在QR-MPA算法的基础上,进一步提出了动态节点选择方案D-QR-MPA,筛选出已经收敛的用户节点,不再参加后续迭代,从而进一步的降低了复杂度。最后仿真验证了提出的D-QR-MPA算法可以在降低复杂度的同时保证检测性能。
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