CN116647264B - 一种星地协作接入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种星地协作接入方法，该方法包括：构建卫星处的射频非正交多址接入信号；建模地面终端接收信号；构建第一阶段第i组近端用户收集能量与发射功率；构建第i组近端用户在特定的中继协作时隙内解码接收信号；构建忽略电路噪声后的解码信号；按照解码原则得到第i组近端用户处解码远端用户信号的可达速率；得到第i组近端用户解码近端用户目标信号的可达速率；构建中继协作第i组近端用户利用转发信号得到第i组远端用户的接收信号；得到第i组远端用户目标信号的可达速率和空间分集增益后信号的可达速率；得到基于能量收集的系统容量表达式。可见本发明采用空间分集的思想，利用中继协作改进了传统的基于能量收集的网络接入。

Description

一种星地协作接入方法
技术领域
本发明涉及卫星与地面网络一体化中的接入技术领域，尤其涉及一种星地协作接入方法。
背景技术
星地一体化网络有效整合了低轨道卫星系统与地面第五代移动通信系统资源。该网络利用卫星系统的广覆盖性弥补了现有地面系统覆盖范围有限的缺点，同时兼有第五代移动通信系统的高效内容交付能力优势，可以实现全球用户终端之间快速、可靠的通信。为了实现卫星系统与地面系统之间的协作共存，一种基于动态频谱共享的认知无线电(Cognitive Radio,CR)技术被引入，其中卫星网络被作为主要网络，地面网络作为认知网络机会性地访问卫星授权与非授权频段，实现了星地一体化网络用户接入频谱之间的协作共享。在该系统下行链路中进一步应用非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)技术，使多用户静态共享同一时频资源，用户之间将拥有彼此目标信号的副本，为中继协作提供了信号基础。
然而，由于尺寸或成本限制，用户终端通常配备小容量电池，网路用户节点寿命有限。为了缓解这一问题，NOMA协作系统中引入了同步无线信息和电力传输这一技术。具体而言就是近端用户从射频信号中收集能量为远端能量受限或通信条件受限节点提供额外寿命或信号空间增益的可行解决方案。现有能量收集(Energy Harvesting，EH)解决方案主要分为线性与非线性两种。一般而言非线性EH解决方案更能贴近实际场景的需求。针对地面通信网络，线性EH研究已经研究了具有同时无线信息和功率传输的协作NOMA，其中充当EH中继的附近用户帮助远处的NOMA用户，并分析了EH中继在Rayleigh衰落上的协作NOMA网络的性能，或(非)完美信道状态信息、(非)完美串行干扰消除等条件下的中断概率与系统遍历容量等网络性能指标。进一步，结合CR技术，提出了基于时间-频率资源分配的EH方法，以改善系统能效、容量等。另一方面，针对非线性EH方案，相关研究提出了一种基于功率-时间资源分配优化的EH方法。然而，上述基于EH的接入方法中鲜有涉及星地一体化网络。因此，如何在星地链路异构情况下，实现低开销的EH网络接入方法，以提高网络接入能力，实现网络覆盖盲区或受障碍物遮蔽区域用户的稳定网络接入，是急需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，为缓解融合低地球轨道卫星网络与地面第五代移动通信系统的星地一体化网络多用户接入与有限能量资源之间日益增长的矛盾，提供一种星地协作接入方法，基于空间分集增益的能量收集(Energy Harvesting，EH)，每个用户具备EH的配置，并从卫星的射频收集能量。若干信道质量较好NOMA用户为网络覆盖盲区的用户提供信号协作中继服务，实现网络覆盖区域用户的高效接入。
为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种星地协作接入方法，所述方法包括：
S1，利用射频非正交多址接入模型，对非正交多址接入信号中的功率分配因子进行处理，得到卫星处发射的射频非正交多址接入信号；
所述射频非正交多址接入信号包括近端用户信号和远端用户信号；
S2，利用地面终端接收模型，对所述近端用户信号和远端用户信号进行处理，得到地面终端接收信号；
所述地面终端接收信号包括基站到非正交多址接入近端用户链路的信道增益；
S3，在通信信号传输时隙的第一阶段，对所述基站到非正交多址接入近端用户链路的信道增益进行处理，得到近端用户的发射功率；
S4，在通信信号传输时隙的第二阶段的第一子处理阶段，对所述地面终端接收信号进行解码，得到第一地面终端接收信号；
S5，对所述第一地面终端接收信号进行处理，得到第二地面终端接收信号；
所述第二地面终端接收信号包括卫星到近端用户链路的信道增益；
S6，利用近端用户信号可达速率模型，对所述卫星到近端用户链路的信道增益进行处理，得到近端用户目标信号的可达速率；
S7，在通信信号传输时隙的第二阶段的第二子处理阶段，对所述近端用户的发射功率和所述远端用户信号进行处理，得到远端用户的接收信号；
所述远端用户的接收信号包括非正交多址接入远端用户到远端用户链路的信道增益；
S8，利用远端用户信号可达速率模型，对所述非正交多址接入远端用户到远端用户链路的信道增益进行处理，得到远端用户目标信号的可达速率；
S9，对所述远端用户目标信号的可达速率和近端用户信号的可达速率进行处理，得到基于能量收集的系统容量。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述射频非正交多址接入模型为：
其中，xi表示卫星处的第i组射频非正交多址接入信号，i＝1,2,…,N，N为组数，xin与xif分别表示第i组非正交多址接入近端用户与远端用户的归一化信号，满足E[|xin|2]＝1，E[|xif|2]＝1，αi为第i组非正交多址接入信号中的功率分配因子，Pi表示射频非正交多址接入信号xi的功率大小。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述地面终端接收模型为：
其中，yin为地面终端接收信号，Pb为基站b发射功率大小，b＝1,2,…,B，B为基站数量，Pi表示射频非正交多址接入信号xi的功率大小，αi为第i组非正交多址接入信号中的功率分配因子，xin与xif分别表示第i组非正交多址接入近端用户与远端用户的归一化信号，满足E[|xin|2]＝1，E[|xif|2]＝1，hin为卫星到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，hbin为基站b到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，xb表示地面基站b发射的归一化信号，满足E[|xb|2]＝1，wi表示信号xi历经功率密度为σ2的加性高斯白噪声，xi表示卫星处的第i组非正交多址接入信号，i＝1,2,…,N，N为组数。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述在通信信号传输时隙的第一阶段，对所述基站到非正交多址接入近端用户链路的信道增益进行处理，得到近端用户的发射功率，包括：
S31，在通信信号传输时隙的第一阶段，对所述基站到非正交多址接入近端用户链路的信道增益进行处理，得到近端用户从卫星射频发射信号中收集的能量；
所述近端用户从卫星射频发射信号中收集的能量为：
Ei＝(Pi|hin|2+∑bPb|hbin|2+σ2)ζψiT
其中，Ei为第i组近端用户从卫星射频发射信号中收集的能量，i＝1,2,…,N，N为组数，Pi表示射频非正交多址接入信号xi的功率大小，hin为卫星到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，Pb为基站b发射功率大小，b＝1,2，…，B，B为基站数量，hbin为基站b到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，ζ为能量收集时能量转化效率，ψi为第i组非正交多址接入近端用户收集能量的分时因子大小，σ2为加性高斯白噪声的功率密度。
S32，对所述近端用户从卫星射频发射信号中收集的能量进行处理，得到近端用户的发射功率；
所述近端用户的发射功率为：
其中，PEHi为第i组近端用户的发射功率。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述对所述地面终端接收信号进行解码，得到第一地面终端接收信号，包括：
近端用户在大小为时隙内，对所述地面终端接收信号进行解码，得到第一地面终端接收信号；
所述第一地面终端接收信号为：
其中，yin1为第一地面终端接收信号，we为解码带来的功率密度为σ2的加性高斯白噪声，ψi为第i组非正交多址接入近端用户收集能量的分时因子大小，Pi表示射频非正交多址接入信号xi的功率大小，i＝1,2,…,N，N为组数，αi为第i组非正交多址接入信号中的功率分配因子，xin与xif分别表示第i组非正交多址接入近端用户与远端用户的归一化信号，满足E[|xin|2]＝1，E[|xif|2]＝1，hin为卫星到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，Pb为基站b发射功率大小，b＝1,2,…,B，B为基站数量，hbin为基站b到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，xb表示地面基站b发射的归一化信号，满足E[|xb|2]＝1，wi表示信号xi历经功率密度为σ2的加性高斯白噪声，xi表示卫星处的第i组非正交多址接入信号。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述对所述第一地面终端接收信号进行处理，得到第二地面终端接收信号，包括：
对所述第一地面终端接收信号进行去噪处理，得到第二地面终端接收信号；
所述第二地面终端接收信号为：
其中，yin2为第二地面终端接收信号。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述近端用户信号可达速率模型为：
其中Rinn为第i组近端用户目标信号的可达速率，为地面网络对第i组非正交多址接入信号的干扰。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述在通信信号传输时隙的第二阶段的第二子处理阶段，对所述近端用户的发射功率和所述远端用户信号进行处理，得到远端用户的接收信号，包括：
S71，非正交多址接入近端用户利用从卫星射频发射信号中收集的能量，将解码得到的信号转发给远端用户；
S72；所述远端用户对所述近端用户的发射功率和所述远端用户信号进行处理，得到远端用户的接收信号；
所述远端用户的接收信号为：
其中，yif为第i组远端用户的接收信号，hinf为第i组非正交多址接入远端用户到远端用户链路的信道增益，hbif为基站b到第i组非正交多址接入远端用户链路的信道增益。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述远端用户信号可达速率模型为：
其中，Riff为远端用户目标信号的可达速率。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例中，所述对所述远端用户目标信号的可达速率和近端用户信号的可达速率进行处理，得到基于能量收集的系统容量，包括：
利用基于能量收集的系统容量计算模型，对所述远端用户目标信号的可达速率和近端用户信号的可达速率进行处理，得到基于能量收集的系统容量；
所述基于能量收集的系统容量计算模型为：
其中，Riff为第i组远端用户目标信号的可达速率，Rinn为第i组近端用户信号的可达速率，C为基于能量收集的系统容量。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
本发明提出了一种基于非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)和认知无线电(Cognitive Radio,CR)的能量收集(Energy Harvesting，EH)方法。该EH方案利用NOMA用户之间的信号副本，通过信道条件相对较好用户或节点能量较高用户(近端用户)中继协作信道条件较差用户或节点能量较低用户(远端用户)信号的手段，有效提高了远端用户接收信号质量，延长了节点电池的使用寿命。相对于传统的接入方法，本发明提出的基于能量收集的接入方法使系统容量得到了进一步的提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例公开的一种星地协作接入方法的流程示意图；
图2是本发明实施例公开的场景示意图；
图3是本发明实施例公开的信号传输时隙示意图；
图4是本发明实施例公开的基于EH的星地协作接入方法仿真对比图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
融合低地球轨道卫星网络与地面第五代移动通信系统的星地一体化网络通过引入非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术使多个用户共享彼此信号副本，地面网络应用认知无线电(Cognitive Radio,CR)技术以动态访问卫星网络频段，实现多用户的同时接入。为缓解该系统多用户接入与有限能量资源之间日益增长的矛盾，本发明提出了一种基于空间分集增益的能量收集(Energy Harvesting，EH)方法。每个用户具备EH的配置，并从卫星的射频收集能量。若干信道质量较好NOMA用户为网络覆盖盲区的用户提供信号协作中继服务，实现网络覆盖区域用户的高效接入。
本发明公开了一种星地协作接入方法，该方法包括：构建卫星处的射频非正交多址接入信号；建模地面终端接收信号；构建第一阶段第i组近端用户收集能量与发射功率；构建第i组近端用户在特定的中继协作时隙内解码接收信号；构建忽略电路噪声后的解码信号；按照解码原则得到第i组近端用户处解码远端用户信号的可达速率；得到第i组近端用户解码近端用户目标信号的可达速率；构建中继协作第i组近端用户利用转发信号得到第i组远端用户的接收信号；得到第i组远端用户目标信号的可达速率和空间分集增益后信号的可达速率；得到基于能量收集的系统容量表达式。可见本发明采用空间分集的思想，利用中继协作改进了传统的基于能量收集的网络接入。以下分别进行详细说明。
实施例一
请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种星地协作接入方法的流程示意图。其中，图1所描述的星地协作接入方法应用于卫星通信系统中，如实现网络覆盖区域用户的高效接入，本发明实施例不做限定。如图1所示，该星地协作接入方法可以包括以下操作：
S1，利用射频非正交多址接入模型，对非正交多址接入信号中的功率分配因子进行处理，得到卫星处发射的射频非正交多址接入信号；
所述射频非正交多址接入信号包括近端用户信号和远端用户信号；
S2，利用地面终端接收模型，对所述近端用户信号和远端用户信号进行处理，得到地面终端接收信号；
所述地面终端接收信号包括基站到非正交多址接入近端用户链路的信道增益；
S3，在通信信号传输时隙的第一阶段，对所述基站到非正交多址接入近端用户链路的信道增益进行处理，得到近端用户的发射功率；
S4，在通信信号传输时隙的第二阶段的第一子处理阶段，对所述地面终端接收信号进行解码，得到第一地面终端接收信号；
S5，对所述第一地面终端接收信号进行处理，得到第二地面终端接收信号；
所述第二地面终端接收信号包括卫星到近端用户链路的信道增益；
S6，利用近端用户信号可达速率模型，对所述卫星到近端用户链路的信道增益进行处理，得到近端用户目标信号的可达速率；
S7，在通信信号传输时隙的第二阶段的第二子处理阶段，对所述近端用户的发射功率和所述远端用户信号进行处理，得到远端用户的接收信号；
所述远端用户的接收信号包括非正交多址接入远端用户到远端用户链路的信道增益；
S8，利用远端用户信号可达速率模型，对所述非正交多址接入远端用户到远端用户链路的信道增益进行处理，得到远端用户目标信号的可达速率；
S9，对所述远端用户目标信号的可达速率和近端用户信号的可达速率进行处理，得到基于能量收集的系统容量。
第一阶段：指近端用户在接收信号时收集射频能量的过程。第二阶段：指近端和远端用户收集完射频能量后，进行信号解码的过程。
第一子处理阶段和第二子处理阶段即图3中的第一部分和第二部分。
可选的，所述射频非正交多址接入模型为：
其中，xi表示卫星处的第i组射频非正交多址接入信号，i＝1,2,…,N，N为组数，xin与xif分别表示第i组非正交多址接入近端用户与远端用户的归一化信号，满足E[|xin|2]＝1，E[|xif|2]＝1，αi为第i组非正交多址接入信号中的功率分配因子，Pi表示射频非正交多址接入信号xi的功率大小。
可选的，所述地面终端接收模型为：
其中，yin为地面终端接收信号，Pb为基站b发射功率大小，b＝1,2,…,B，B为基站数量，Pi表示射频非正交多址接入信号xi的功率大小，αi为第i组非正交多址接入信号中的功率分配因子，xin与xif分别表示第i组非正交多址接入近端用户与远端用户的归一化信号，满足E[|xin|2]＝1，E[|xif|2]＝1，hin为卫星到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，hbin为基站b到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，xb表示地面基站b发射的归一化信号，满足E[|xb|2]＝1，wi表示信号xi历经功率密度为σ2的加性高斯白噪声，xi表示卫星处的第i组非正交多址接入信号，i＝1,2,…,N，N为组数。
可选的，所述在通信信号传输时隙的第一阶段，对所述基站到非正交多址接入近端用户链路的信道增益进行处理，得到近端用户的发射功率，包括：
S31，在通信信号传输时隙的第一阶段，对所述基站到非正交多址接入近端用户链路的信道增益进行处理，得到近端用户从卫星射频发射信号中收集的能量；
所述近端用户从卫星射频发射信号中收集的能量为：
Ei＝(Pi|hin|2+∑bPb|hbin|2+σ2)ζψiT
其中，Ei为第i组近端用户从卫星射频发射信号中收集的能量，i＝1,2,…,N，N为组数，Pi表示射频非正交多址接入信号xi的功率大小，hin为卫星到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，Pb为基站b发射功率大小，b＝1,2,…，B，B为基站数量，hbin为基站b到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，ζ为能量收集时能量转化效率，ψi为第i组非正交多址接入近端用户收集能量的分时因子大小，σ2为加性高斯白噪声的功率密度。
S32，对所述近端用户从卫星射频发射信号中收集的能量进行处理，得到近端用户的发射功率；
所述近端用户的发射功率为：
其中，PEHi为第i组近端用户的发射功率。
可选的，所述对所述地面终端接收信号进行解码，得到第一地面终端接收信号，包括：
近端用户在大小为时隙内，对所述地面终端接收信号进行解码，得到第一地面终端接收信号；
所述第一地面终端接收信号为：
其中，yin1为第一地面终端接收信号，we为解码带来的功率密度为σ2的加性高斯白噪声，ψi为第i组非正交多址接入近端用户收集能量的分时因子大小，Pi表示射频非正交多址接入信号xi的功率大小，i＝1,2,…,N，N为组数，αi为第i组非正交多址接入信号中的功率分配因子，xin与xif分别表示第i组非正交多址接入近端用户与远端用户的归一化信号，满足E[|xin|2]＝1，E[|xif|2]＝1，hin为卫星到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，Pb为基站b发射功率大小，b＝1,2,…,B，B为基站数量，hbin为基站b到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，xb表示地面基站b发射的归一化信号，满足E[|xb|2]＝1，wi表示信号xi历经功率密度为σ2的加性高斯白噪声，xi表示卫星处的第i组非正交多址接入信号。
可选的，所述对所述第一地面终端接收信号进行处理，得到第二地面终端接收信号，包括：
对所述第一地面终端接收信号进行去噪处理，得到第二地面终端接收信号；
所述第二地面终端接收信号为：
其中，yin2为第二地面终端接收信号。
可选的，所述近端用户信号可达速率模型为：
其中Rinn为第i组近端用户目标信号的可达速率，为地面网络对第i组非正交多址接入信号的干扰。
可选的，所述在通信信号传输时隙的第二阶段的第二子处理阶段，对所述近端用户的发射功率和所述远端用户信号进行处理，得到远端用户的接收信号，包括：
S71，非正交多址接入近端用户利用从卫星射频发射信号中收集的能量，将解码得到的信号转发给远端用户；
S72；所述远端用户对所述近端用户的发射功率和所述远端用户信号进行处理，得到远端用户的接收信号；
所述远端用户的接收信号为：
其中，yif为第i组远端用户的接收信号，hinf为第i组非正交多址接入远端用户到远端用户链路的信道增益，hbif为基站b到第i组非正交多址接入远端用户链路的信道增益。
可选的，所述远端用户信号可达速率模型为：
其中，Riff为远端用户目标信号的可达速率。
可选的，所述对所述远端用户目标信号的可达速率和近端用户信号的可达速率进行处理，得到基于能量收集的系统容量，包括：
利用基于能量收集的系统容量计算模型，对所述远端用户目标信号的可达速率和近端用户信号的可达速率进行处理，得到基于能量收集的系统容量；
所述基于能量收集的系统容量计算模型为：
其中，Riff为第i组远端用户目标信号的可达速率，Rinn为第i组近端用户信号的可达速率，C为基于能量收集的系统容量。
实施例二
如图2所示，是本发明实施例公开的场景示意图，具体步骤包括；
1.星地一体化网络中，卫星系统作为主要网络，地面系统作为认知网络，下行链路采用正向双工模式。采用典型双用户NOMA过程，低轨卫星处射频端发射如下NOMA信号，则卫星处的第i组NOMA信号，i＝1,2,…,N。
其中，xi表示第i组NOMA信号，xin与xif分别表示第i组NOMA近端用户与远端用户的归一化信号，满足E[|xin|2]＝1，E[|xif|2]＝1。αi为第i组NOMA信号中的功率分配因子。Pi表示卫星射频发射信号xi的功率大小。
2.地面终端接收信号为：
其中，Pb为基站b发射功率大小，b＝1,2,...,B。hin为卫星到第i组NOMA近端用户链路的信道增益大小。hbin为基站b到第i组NOMA近端用户链路的信道增益大小。xb表示地面基站b发射的归一化信号，满足E[|xb|2]＝1。wi表示信号xi历经功率密度为σ2的加性高斯白噪声。
3、假设整个通信信号传输时隙为，信号传输时隙示意图如图3所示。第一阶段，第i组NOMA近端用户收集从卫星射频发射信号中的能量大小为：
Ei＝(Pi|hin|2+∑bPb|hbin|2+σ2)ζψiT
其中，ζ为EH时能量转化效率。ψi为第i组NOMA近端用户收集能量的分时因子大小。
那么，第i组NOMA近端用户的发射功率为：
4.第二阶段中继协作的第一部分，第i组NOMA近端用户在大小为时隙内解码接收信号yin，即
其中，we为解码电路带来的功率密度为σ2的加性高斯白噪声。
5.忽略电路噪声后的解码信号为：
6.按照先解码远端用户信号再解码近端用户信号的原则，第i组NOMA近端用户首先解码远端用户信号xif，该信号可达速率为：
其中，为地面系统应用CR技术后，地面网络对第i组NOMA信号的干扰。
7.第i组NOMA近端用户解码近端用户目标信号xin，该信号的可达速率为：
8.第二阶段中继协作的第二部分，第i组NOMA近端用户利用收集的所有能量，将解码得到的信号xif转发给远端用户，则第i组NOMA远端用户的接收信号为：
其中，hinf为第i组NOMA远端用户到远端用户链路的信道增益大小。hbif为基站b到第i组NOMA远端用户链路的信道增益大小。
9.第i组NOMA远端用户目标信号xif的可达速率为：
10.若同时有N个近端用户通过EH中继协作同一远端用户信号，远端用户通过最大等比手段合并信号，则目标信号xif的可达速率为
11.系统容量表达式为
图4所示为本发明所提出的方法相对于传统正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing Access，OFDMA)接入方法与NOMA接入方法的性能比较，本发明所提接入方法表现最好，且所取得的系统容量接近极限容量。特别的，通过优化NOMA的解码顺序，改进EH-NOMA接入方法，进一步提升了用户之间的公平性，提升了系统容量。此外，在广泛的噪声水平与地面认知系统的干扰有效范围内，本发明所提出的方法具有抵抗干扰的优良特性。
以上所描述的装置实施例仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施例的具体描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
最后应说明的是：本发明实施例公开的一种星地协作接入方法所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种星地协作接入方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，利用射频非正交多址接入模型，对非正交多址接入信号中的功率分配因子进行处理，得到卫星处发射的射频非正交多址接入信号；
所述射频非正交多址接入信号包括近端用户信号和远端用户信号；
S2，利用地面终端接收模型，对所述近端用户信号和远端用户信号进行处理，得到地面终端接收信号；
所述地面终端接收模型为：
其中，yin为地面终端接收信号，Pb为基站b发射功率大小，b＝1,2,…,B，B为基站数量，Pi表示射频非正交多址接入信号xi的功率大小，αi为第i组非正交多址接入信号中的功率分配因子，xin与xif分别表示第i组非正交多址接入近端用户与远端用户的归一化信号，满足E[|xin|2]＝1，E[|xif|2]＝1，E表示取数学期望，hin为卫星到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，hbin为基站b到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，xb表示地面基站b发射的归一化信号，满足E[|xb|2]＝1，wi表示信号xi历经功率密度为σ2的加性高斯白噪声，xi表示卫星处的第i组非正交多址接入信号，i＝1,2,…,N，N为组数；
所述地面终端接收信号包括基站到非正交多址接入近端用户链路的信道增益；
S3，在通信信号传输时隙的第一阶段，对所述基站到非正交多址接入近端用户链路的信道增益进行处理，得到近端用户的发射功率；
S4，在通信信号传输时隙的第二阶段的第一子处理阶段，对所述地面终端接收信号进行解码，得到第一地面终端接收信号；
S5，对所述第一地面终端接收信号进行处理，得到第二地面终端接收信号，包括：
对所述第一地面终端接收信号进行去噪处理，得到第二地面终端接收信号；
所述第二地面终端接收信号为：
其中，yin2为第二地面终端接收信号，ψi为第i组非正交多址接入近端用户收集能量的分时因子大小；
所述第二地面终端接收信号包括卫星到近端用户链路的信道增益；
S6，利用近端用户信号可达速率模型，对所述卫星到近端用户链路的信道增益进行处理，得到近端用户目标信号的可达速率；
所述近端用户信号可达速率模型为：
其中Rinn为第i组近端用户目标信号的可达速率，为地面网络对第i组非正交多址接入信号的干扰；
S7，在通信信号传输时隙的第二阶段的第二子处理阶段，对所述近端用户的发射功率和所述远端用户信号进行处理，得到远端用户的接收信号；
所述远端用户的接收信号包括非正交多址接入远端用户到远端用户链路的信道增益；
S8，利用远端用户信号可达速率模型，对所述非正交多址接入远端用户到远端用户链路的信道增益进行处理，得到远端用户目标信号的可达速率；
所述远端用户信号可达速率模型为：
其中，Riff为远端用户目标信号的可达速率，PEHi为第i组近端用户的发射功率，hinf为第i组非正交多址接入远端用户到远端用户链路的信道增益；
S9，对所述远端用户目标信号的可达速率和近端用户信号的可达速率进行处理，得到基于能量收集的系统容量。
2.根据权利要求1所述的星地协作接入方法，其特征在于，所述射频非正交多址接入模型为：
其中，xi表示卫星处的第i组射频非正交多址接入信号，i＝1,2,…,N，N为组数，xin与xif分别表示第i组非正交多址接入近端用户与远端用户的归一化信号，满足E[|xin|2]＝1，E[|xif|2]＝1，E表示取数学期望，αi为第i组非正交多址接入信号中的功率分配因子，Pi表示射频非正交多址接入信号xi的功率大小。
3.根据权利要求1所述的星地协作接入方法，其特征在于，所述在通信信号传输时隙的第一阶段，对所述基站到非正交多址接入近端用户链路的信道增益进行处理，得到近端用户的发射功率，包括：
S31，在通信信号传输时隙的第一阶段，对所述基站到非正交多址接入近端用户链路的信道增益进行处理，得到近端用户从卫星射频发射信号中收集的能量；
所述近端用户从卫星射频发射信号中收集的能量为：
Ei＝(Pi|hin|2+∑bPb|hbin|2+σ2)ζψiT
其中，Ei为第i组近端用户从卫星射频发射信号中收集的能量，i＝1,2,…,N，N为组数，Pi表示射频非正交多址接入信号xi的功率大小，hin为卫星到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，Pb为基站b发射功率大小，b＝1,2,…，B，B为基站数量，hbin为基站b到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，ζ为能量收集时能量转化效率，ψi为第i组非正交多址接入近端用户收集能量的分时因子大小，σ2为加性高斯白噪声的功率密度；
S32，对所述近端用户从卫星射频发射信号中收集的能量进行处理，得到近端用户的发射功率；
所述近端用户的发射功率为：
其中，PEHi为第i组近端用户的发射功率，T为分析的时隙长度。
4.根据权利要求1所述的星地协作接入方法，其特征在于，所述对所述地面终端接收信号进行解码，得到第一地面终端接收信号，包括：
近端用户在大小为时隙内，对所述地面终端接收信号进行解码，得到第一地面终端接收信号，T为分析的时隙长度；
所述第一地面终端接收信号为：
其中，yin1为第一地面终端接收信号，we为解码带来的功率密度为σ2的加性高斯白噪声，ψi为第i组非正交多址接入近端用户收集能量的分时因子大小，Pi表示射频非正交多址接入信号xi的功率大小，i＝1,2,…,N，N为组数，αi为第i组非正交多址接入信号中的功率分配因子，xin与xif分别表示第i组非正交多址接入近端用户与远端用户的归一化信号，满足E[|xin|2]＝1，E[|xif|2]＝1，E表示取数学期望，hin为卫星到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，Pb为基站b发射功率大小，b＝1,2,…,B，B为基站数量，hbin为基站b到第i组非正交多址接入近端用户链路的信道增益，xb表示地面基站b发射的归一化信号，满足E[|xb|2]＝1，wi表示信号xi历经功率密度为σ2的加性高斯白噪声，xi表示卫星处的第i组非正交多址接入信号。
5.根据权利要求1所述的星地协作接入方法，其特征在于，所述在通信信号传输时隙的第二阶段的第二子处理阶段，对所述近端用户的发射功率和所述远端用户信号进行处理，得到远端用户的接收信号，包括：
S71，非正交多址接入近端用户利用从卫星射频发射信号中收集的能量，将解码得到的信号转发给远端用户；
S72；所述远端用户对所述近端用户的发射功率和所述远端用户信号进行处理，得到远端用户的接收信号；
所述远端用户的接收信号为：
其中，yif为第i组远端用户的接收信号，hinf为第i组非正交多址接入远端用户到远端用户链路的信道增益，hbif为基站b到第i组非正交多址接入远端用户链路的信道增益，ψi为第i组非正交多址接入近端用户收集能量的分时因子大小，PEHi为第i组近端用户的发射功率，xif表示第i组非正交多址接入远端用户的归一化信号，Pb为基站b发射功率大小，b＝1,2,…,B，B为基站数量，xb表示地面基站b发射的归一化信号，满足E[|xb|2]＝1，wi表示信号xi历经功率密度为σ2的加性高斯白噪声，xi表示卫星处的第i组非正交多址接入信号，i＝1,2,…,N，N为组数。
6.根据权利要求1所述的星地协作接入方法，其特征在于，所述对所述远端用户目标信号的可达速率和近端用户信号的可达速率进行处理，得到基于能量收集的系统容量，包括：
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