摘要
目前，对于第六代移动通信系统的研究正处于起步阶段，卫星物联网作为其重要组成部分，与地面物联网相互协作，以实现全球无缝覆盖的目标，建立一个真正“万物互联”的世界。得益于低轨卫星制造成本低、传输距离短等优点，国内外纷纷掀起低轨卫星星座组网热潮。然而可用的频轨资源是有限的，如何通过稀缺的频谱资源为更多用户的信息传输提供服务，已成为当前低轨卫星通信的研究热点。稀疏码多址接入（SparseCodeMultipleAccess，SCMA）技术可以在相同资源块上为多个用户提供服务，有效提高系统容量和资源利用率，缓解低轨卫星通信频谱资源紧张的问题。因此，本文将针对面向低轨卫星通信的SCMA关键技术进行研究。 本文首先针对低轨卫星通信下行链路发送功率受限的特点，提出了一个低峰均比的SCMA码本设计方案。该方案将母星座图能量较大星座点对应的SCMA符号重新映射在能量较小星座点上，再以最大化叠加用户最大能量星座点相位差为目标，确定各用户旋转角度。仿真结果表明，与现有码本相比，以该设计方案得到的SCMA码本可以有效降低叠加星座图的峰均比。 接着，本文对SCMA系统接收端检测算法进行了研究，并提出了低复杂度的多用户检测算法。通过对消息传递算法的一阶近似来简化节点计算，并对SCMA系统的发送端结构进行重新设计，得到一种具有软输出的近似消息传递算法。此外，为了弥补由近似推导带来的性能损失，在该算法的基础上引入了阻尼因子。仿真结果表明，级联外码后，所提算法以较少性能损失为代价，将计算复杂度由指数级别降至线性级别，从而有效降低了接收端的处理时延。 考虑到低轨卫星通信系统中存在的大多普勒频移及传输时延，参考单载波及正交多载波传输系统，本文在SCMA系统中加入了载波同步模块及定时同步模块。在载波同步模块中，采用了基于数据辅助的频偏及相偏估计算法，并根据算法特点对帧结构进行了优化，实现了利用较少的导频开销获得接近理想情况下的性能；在定时同步模块中，采用了一种基于译码反馈信息辅助的定时同步算法，可以在较少外迭代次数下得到精确的时延估计值。 最后，为了满足高可靠传输需求，本文对SCMA系统下的重传技术进行了研究，在现有增量冗余重传方案的基础上，提出了一种改进方案。相比于原方案，所提方案可以在实现近乎相同性能的同时，有效提高系统吞吐量。
NETL