低軌衛(wèi)星星座系統(tǒng)的快速隨機接入算法

秦 興， 冉 靜， 劉 芳

(北京郵電大學 電子工程學院，北京 100876)

低軌衛(wèi)星星座系統(tǒng)可以為不同用戶提供通用化與定制化的信息服務(wù)[1-3]。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中接入控制的目的是讓用戶終端與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)之間建立一條邏輯通信鏈路，是確保衛(wèi)星通信質(zhì)量好壞的重要技術(shù)之一。基于競爭的隨機接入算法有著接入靈活、信令交互少、傳播時延小、節(jié)點退網(wǎng)入網(wǎng)簡單的特點，廣泛應(yīng)用于各類衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中。

基于競爭的接入算法是以隨機接入算法作為研究基礎(chǔ)發(fā)展而來。其中，ALOHA[4]的思想是當終端有接入需求時，立即在共享的信道資源上以競爭的方式發(fā)送數(shù)據(jù)包。S-ALOHA[5]是對ALOHA的改進。數(shù)據(jù)包需在固定的時隙內(nèi)發(fā)送。其吞吐率最大值相對于ALOHA提升了一倍。隨著信道技術(shù)與編碼技術(shù)的發(fā)展，發(fā)生干擾的數(shù)據(jù)包有可能被恢復。文獻[6]提出了CRDSA(content resolution diversity slotted ALOHA，沖突解決分集時隙ALOHA)。CRDSA將同一數(shù)據(jù)包發(fā)送兩次，在接收端一側(cè)利用迭代干擾消除技術(shù)來恢復發(fā)生干擾的數(shù)據(jù)包，從而進一步提升成功解碼數(shù)據(jù)包的概率。IRSA(irregular repetition slotted ALOHA，不規(guī)則重復分集時隙Aloha)[7]構(gòu)建了二分圖用來表示用戶終端發(fā)送數(shù)據(jù)包與時隙的關(guān)系。IRSA預先設(shè)定關(guān)于用戶終端主動發(fā)送同一數(shù)據(jù)包個數(shù)的概率密度函數(shù)，通過預設(shè)好的概率密度函數(shù)確定需要主動發(fā)送同一數(shù)據(jù)包的個數(shù)。

上述接入算法是基于將信道同步劃分為時隙的思想，系統(tǒng)內(nèi)的所有的通信節(jié)點都需要保持時鐘同步，對于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)龐大且復雜的衛(wèi)星系統(tǒng)而言，時鐘同步帶來了巨大的信令與時延開銷。……