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卫星物联网中跨层同步随机接入协议的研究

卫星物联网中跨层同步随机接入协议的研究

作者：拜嘉玲西安电子科技大学

学位级别：硕士

为了实现全球互联,对于地面通信网络难以覆盖的偏远区域,卫星通信提供了一种更具有成本效益的解决方案。同时,在智能电网、公用事业等应用场景下,地面网络的中断可能会损坏固定的无线基础设施。为了在合理的成本内实现最高的数据通信可... 详细信息

为了实现全球互联,对于地面通信网络难以覆盖的偏远区域,卫星通信提供了一种更具有成本效益的解决方案。同时,在智能电网、公用事业等应用场景下,地面网络的中断可能会损坏固定的无线基础设施。为了在合理的成本内实现最高的数据通信可用性,卫星可以提供真正的替代途径。因此,在支持物联网的应用中,卫星网络发挥着关键的作用。随机接入协议用于卫星网络的初始接入,可以避免频繁的资源申请和动态调度过程,但随着物联网节点的增加,随机接入信道中的碰撞概率将增加,系统资源利用率将降低,导致接入性能恶化。因此高吞吐量随机接入协议的研究对于卫星物联网有着非常重要的意义。本文从同步随机接入协议的研究出发,以增大用户信道资源竞争空间为切入点,充分利用物理层信号参数引入的自由维度,深入分析并研究了基于新维度的跨层同步随机接入方案,论文的主要研究内容和贡献具体如下:1.引入极化维度,提出了基于极化多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）传输方案的随机接入协议。从极化MIMO传输方案着手,详细介绍了系统模型和极化MIMO传输框架。针对传统时隙ALOHA（Slotted ALOHA,SA）协议低峰值吞吐量的缺陷,提出了极化MIMO时隙ALOHA（Polarized MIMO Slotted ALOHA,PMSA）协议。针对冲突解决分集时隙ALOHA（Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA,CRDSA）类协议中的死锁问题,提出了极化MIMO-CRDSA（PM-CRDSA）类方案。在所提的PMSA和PM-CRDSA协议中,详细地描述了收发机处理细节,并对PMSA和PM-CRDSA的理论性能进行了推导和分析,仿真验证了PMSA和PM-CRDSA类协议在吞吐量、丢包率、能量效率和时延方面带来的性能增益。将极化MIMO传输方案应用于现有随机接入协议可以有效地提高系统的接入性能,在卫星随机接入系统中有较大的吸引力。2.引入分组长度维度,提出了基于自适应分组长度辅助（Adaptive Packet-length Assisted,APL-assisted）方案的随机接入协议。其主要思想是根据信道的传输质量,通过采用不同的自适应编码调制技术（Modulation and Coding Scheme,MCS）来改变数据包的长度,降低时隙中数据包的冲突概率。在低轨道卫星网络下,介绍了在所提APL辅助方案中,发射端用户节点产生不同长度数据包的方法和不同长度数据包的分布情况。为了提高SA和CRDSA类协议的峰值吞吐量和线性吞吐量区间,分别提出了APL-SA协议和APL-CRDSA类协议。从理论分析和计算机仿真两个方面验证了所提方案在吞吐量、丢包率、能量效率和时延方面的性能优于现有协议,并且可以实现更高的线性区吞吐量。3.引入功率维度,提出了给富优化方案并讨论了基于功率分集的CRDSA类优化方案。从理论上分析了引入传输功率分集对CRDSA协议性能带来的积极影响并对此进行了仿真验证。结合LEO卫星网络的特点,以增强捕获效应为目的,提出了给富优化方案,给出了具体的功率控制方法。仿真表明,相比于现有协议,所提方案实现了更高的吞吐量和丢包率性能。最后,本文对所提的极化MIMO传输方案、自适应分组长度辅助方案和功率优化方案进行了全面的性能仿真分析,进一步说明了所提方案在卫星物联网中的应用潜力。

关键词：卫星物联网随机接入机器类型通信信号维度峰值吞吐量

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LTE随机接入的研究

LTE随机接入的研究

作者：陈沐北京邮电大学

学位级别：硕士

通过HSDPA和HUSPA等增强技术的实现，3GPP无线接入技术将在未来几年中保持竞争力。为了保证未来10年甚至更长的时间内保持领先，3GPP无线接入技术需要一个长期演进的过程来保证其竞争力。在这个背景下，3GPP成立了LTE计划，该计划目的... 详细信息

通过HSDPA和HUSPA等增强技术的实现，3GPP无线接入技术将在未来几年中保持竞争力。为了保证未来10年甚至更长的时间内保持领先，3GPP无线接入技术需要一个长期演进的过程来保证其竞争力。在这个背景下，3GPP成立了LTE计划，该计划目的是引入全新的无线空中接口和各种先进的技术，以便达到更大的传输速率、更小的接入延迟和更大的系统容量。本论文主要讨论了3G LTE中的随机接入信道的理论和设计。随机接入信道是一个基于竞争的上行信道。在不同的无线系统中，随机接入的功能也有所不同。例如，可以用作接入网络、进行资源请求、携带控制信令、进行上行同步、调整传输功率等。甚至，它可以用作传输少量的数据。竞争机制是随机接入信道的最基本的特征。多个移动台可以同时尝试接入，并有可能导致碰撞。在本论文中，我们主要讨论了当前3G LTE的随机接入的研究的进展情况。在论文的前面1到4章，主要总结了无线接入协议、WCDMA系统中的随机接入信道设计、退避控制算法等。这些技术对于理解3GLTE中的随机接入信道设计是很有帮助的。在第五章，主要研究了随机接入流程，并且提出了一种改进的随机接入流程。通过仿真可知，改进方法能够获得更好的时延性能。在第六章中，提出了一种新型的退避控制算法，也就是NRS算法。NRS算法是应用于多信道环境中一种接入算法，它利用了GCL码等良好的相关特性，通过估计重传用户的个数来改善接入的性能。该算法还利用伪贝斯估计的方法来补偿由于估计不准确而带来的问题。最后通过仿真可知，该算法在吞吐率和时延方面都有很好的性能。

关键词： LTE 随机接入随机接入信道 NRS

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TD-LTE随机接入过程的研究与分析

光通信研究 2010年第4期 62-66页

作者：谷向阳李贵勇重庆邮电大学移动通信重点实验室重庆400065

随机接入是移动通信系统中终端(UE)与基站建立上行同步和连接的一个非常重要的过程。文章主要研究时分-长期演进(TD-LTE)上行随机接入技术的设计。考虑到基于竞争模式的随机接入过程适用的普遍性,文章从随机接入的应用场景和类型出发,... 详细信息

随机接入是移动通信系统中终端(UE)与基站建立上行同步和连接的一个非常重要的过程。文章主要研究时分-长期演进(TD-LTE)上行随机接入技术的设计。考虑到基于竞争模式的随机接入过程适用的普遍性,文章从随机接入的应用场景和类型出发,重点讨论基于竞争模式下的随机接入过程,并详细地分析了随机接入过程中的具体流程及实现方案。

关键词：长期演进随机接入混合自动重传请求

TD-LTE系统随机接入过程MAC子层设计与仿真

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光通信研究 2011年第3期 67-70页

作者：武绍旭李小文郝明华重庆邮电大学移动通信重点实验室重庆400065 杭州友华通信工程设计公司重庆分公司重庆400065

从时分同步的码分多址(TD-SCDMA)长期演进(TD-LTE)随机接入过程的应用场景入手,详细介绍基于竞争的随机接入过程的基本原理,并以网络端为例,设计了相应的随机接入过程媒体接入控制(MAC)子层的流程。通过说明和描述语言(SDL)以及树表结... 详细信息

从时分同步的码分多址(TD-SCDMA)长期演进(TD-LTE)随机接入过程的应用场景入手,详细介绍基于竞争的随机接入过程的基本原理,并以网络端为例,设计了相应的随机接入过程媒体接入控制(MAC)子层的流程。通过说明和描述语言(SDL)以及树表结合表示法(TTCN)协仿真,生成随机接入过程的消息顺序图(MSC),验证了信号流程设计及数据的正确性。该流程设计已应用于TD-LTE无线综合测试仪表的开发中。

关键词： TD-SCDMA长期演进随机接入说明和描述语言树表结合表示法

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卫星通信系统中LTE随机接入技术研究

卫星通信系统中LTE随机接入技术研究

作者：王建北京邮电大学

学位级别：硕士

卫星移动通信的普及,地面LTE系统的高速率数据传输,促进了卫星移动通信与LTE的融合之路。上行随机接入作为通信的第一步,对于用户终端与网络的连接具有重要意义。卫星移动通信系统具有地面通信系统不具备的优势特点和信道特性,因此不能... 详细信息

卫星移动通信的普及,地面LTE系统的高速率数据传输,促进了卫星移动通信与LTE的融合之路。上行随机接入作为通信的第一步,对于用户终端与网络的连接具有重要意义。卫星移动通信系统具有地面通信系统不具备的优势特点和信道特性,因此不能将地面LTE随机接入技术直接搬到卫星。本文首先介绍了国内外卫星移动通信系统的发展现状,以及卫星通信系统的组成架构和信道特点,分析了卫星移动通信相对于地面通信系统所独具的优势,并深入研究了地面LTE系统随机接入技术,以上述研究成果为背景依托,逐步展开了对适应卫星移动通信系统的LTE随机接入技术的研究。本研究着眼于LTE随机接入技术,以GEO卫星移动通信系统传播时延大、波束覆盖范围广的特点为切入点,开展了对随机接入技术流程、随机接入前导序列格式设计、随机接入序列检测算法和阈值设定方案等关键技术的研究工作。本文针对GEO卫星移动通信所独具的特点,重新完善了卫星移动通信中随机接入信号格式的设计准则,提出了一种基于删除准用户的峰均比(PAR-DQ)检测算法及虚警恒定独立于噪声方差的阈值设定方案,并利用补零扩展的方式提高了定时估计的精度。经仿真验证分析,本文所提出的PAR-DQ检测算法和阈值设定方案可以保证较低的误检概率,获得良好的检测性能,能够适用于GEO卫星移动通信系统。

关键词：卫星移动通信 LTE 随机接入前导序列信号检测定时估计

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分优先级随机接入控制算法

华中理工大学学报 1999年第7期27卷 69-71页

作者：龙威谢瑞和林孝康华中理工大学电子与信息工程系清华大学电子工程系

在多优先级随机接入算法的基础上，对其接入控制机制进行了完善，形成了分优先级随机接入算法；同时，还分别对此两种算法进行了仿真。

关键词：接入控制随机接入优先级仿真 RAAUMP算法

空间物联网的多时隙导频分配随机接入协议研究

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空间物联网的多时隙导频分配随机接入协议研究

作者：徐亮哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

空间物联网(Space Internet of Things,S-IoT)是在卫星物联网和地面物联网研究基础上发展并响应我国对于天地一体化信息网络建设的重大信息基础设施。加速发展S-IoT,建设空、天、地、海一体化网络是未来移动通信的必然发展趋势。S-IoT... 详细信息

空间物联网(Space Internet of Things,S-IoT)是在卫星物联网和地面物联网研究基础上发展并响应我国对于天地一体化信息网络建设的重大信息基础设施。加速发展S-IoT,建设空、天、地、海一体化网络是未来移动通信的必然发展趋势。S-IoT具备广域覆盖特点,能够突破传统地面物联网的局部碎片化网络特征,提供全球无缝覆盖、“随遇接入、按需服务”的接入能力。但是,目前大规模IoT设备的高效接入仍然是一个开放难题。本文面向未来S-IoT广域覆盖下大规模IoT设备的高效接入需求,创新性的提出了多时隙导频分配(Multi-Slot Pilot Allocation,MSPA)随机接入协议,在保证设备满足给定接入失败概率需求的同时,能够显著提升系统的吞吐量。进一步,考虑具有不等接入时延需求的混合终端接入场景,根据接入时延需求划分设备的优先级,在MSPA协议基础上为不同优先级设备按需分配资源实现适配的分组接入,实现了具有不等接入时延保护机制的MSPA随机接入方案。具体研究内容如下:结合未来S-IoT面向大规模机器类型通信(Massive Machine-Type Communication,mMTC)的短突发业务接入需求,针对星地链路长时延的限制,提出了基于竞争的多时隙导频分配随机接入协议,分析了 MSPA协议的接入流程。引入功率控制协助卫星接收端对导频类型检测,并采用二分图和有限码长编码性能界研究了串行干扰消除算法中设备信息恢复过程,推导出用户设备平均接入失败概率和系统吞吐量的理论表达式。仿真结果表明,通过扩展接入时隙来增加设备接入机会,缓解了设备过载时的导频污染,相比于现有随机接入协议,MSPA协议保证设备接入失败概率需求的同时,进一步提升了系统的吞吐量。针对空间物联网业务多样化,用户设备往往具有不同的时延和可靠性需求特点,进一步研究了大规模IoT设备混合接入场景,按照设备接入时延需求划分设备优先级,在MSPA协议研究基础上为不同优先级设备按需分配资源实现适配的分组接入,实现了两种具有不等接入时延保护机制的MSPA随机接入方案:独立分组接入方案和扩展分组接入方案。推导了两种不等接入时延保护方案中不同优先级用户组的平均接入失败概率和吞吐量性能表达式,针对扩展分组方案提出了参数联合优化设计。仿真结果表明,相比于现有随机接入协议,分组接入设计方案可以有效避免不同优先级设备间的导频冲突,保证不同优先级设备在各自接入时延需求内高效接入。此外,扩展分组方案在独立分组接入方案设计基础上,利用高优先级设备的冗余导频资源,为低优先级设备提供卸载接入服务,缓解了低优先级设备的导频冲突问题,并确保低优先级设备以更短接入时延完成接入。具有不等接入时延保护机制的随机接入方案设计为应对未来空间物联网丰富的业务接入需求提供了参考价值。

关键词：空间物联网随机接入 MTC设备时延需求

TD-SCDMA随机接入过程中功率控制分析

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微计算机信息 2007年第30期23卷 147-148,192页

作者：孙小薇邹传云桂林电子科技大学信息与通信学院

本文分析了开环功率控制在TD-SCDMA系统物理层随机接入过程中的应用,使用系统级仿真软件OPNET分别对用户和基站进行建模,并对UpPCH信道的解调成功率进行了仿真比较,结果表明在功率控制条件下解调成功率确实有了明显的改善。

关键词： TD-SCDMA 随机接入开环功率控制 OPNET

机器类设备基于不同时延需求分组的随机接入方法

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电讯技术 2019年第4期59卷 369-374页

作者：张军张瑶孙兴华南京邮电大学通信与信息工程学院江苏省无线通信重点实验室南京210003 中山大学电子与通信工程学院广州510275

针对大规模机器类通信中拥塞导致的时延敏感设备时延高和接入成功率低的问题,提出将小区中设备按时延要求分组,对不同组设备引入不同的退避模型,分析时延敏感设备的时延和吞吐量,按照不同组中设备的时延需求动态分配前导数目,同时通过... 详细信息

针对大规模机器类通信中拥塞导致的时延敏感设备时延高和接入成功率低的问题,提出将小区中设备按时延要求分组,对不同组设备引入不同的退避模型,分析时延敏感设备的时延和吞吐量,按照不同组中设备的时延需求动态分配前导数目,同时通过调整接入类限制因子实现吞吐量的优化。仿真结果表明,在给定时延敏感设备的时延限制条件时,与统一退避的机制对比,所提分组机制的时延敏感设备能够满足时延要求,并且提高了接入效率。

关键词：机器类通信(MTC) 机器对机器(M2M)通信随机接入吞吐量优化时延敏感