一种面向低轨星座系统的Aloha增强接入方法与流程

一种面向低轨星座系统的aloha增强接入方法
技术领域
[0001]
本发明提供了一种面向低轨星座系统的aloha增强接入方法，属于卫星通信领域。主要涉及一种面向低轨星座系统的高动态终端的可靠的快速接入方法。


背景技术：

[0002]
随着“空天技术”的发展与成熟，满足低轨卫星(low earth orbit,leo)信息业务多样化与实时化发展要求的高性能低轨卫星系统的概念应运而生。当前存在的业务要求有着较强的在轨信息转发与处理能力。在物理层面，低轨卫星系统距离地表近，其链路损耗和延迟相比中、高轨道的卫星相对较小，对于卫星的体积、功耗要求更低，能够通过大规模部署形成全球覆盖星座形式，实现全网用户连续的、高速度、高质量的通信。
[0003]
低轨卫星系统可以为各类用户提供通用化与定制化的信息服务，传统策略中各类用户可以按照通信终端速率的高低分为高动态终端与低动态终端。高动态终端一般指代的是临近空间飞行器，其速率在5至15马赫之间，与leo对地速率相比，不可忽略，具有飞行速度快，飞行距离远，机动能力强等独特优势。低动态终端一般指的是手持接入通讯设备与一般交通工具接入通信终端，通信终端速率相对于leo对地速率来说，可忽略不计。除此之外的还有大量的各类速率尚未达到五马赫速率标准，但相较与低轨卫星波束小区的移动速度其在精准计算下仍不可忽略的移动设备。因此本专利在按照通信终端速率的高低时将通信终端分为高、中、低三大类型，标准为速度属于0～1000km/s属于低动态终端，1000km/s～6120km/s的属于中动态终端，速度高于6120km/s(5马赫)属于高动态终端。除了对终端设备的动态性做出设定之外，为了进一步提升该低轨卫星系统对于高动态终端的业务支撑能力，进一步对高动态卫星的业务类型进行细分。具体将卫星业务分为语音业务、流类业务、交互类业务、背景类业务。同时通过在终端设备中的定位设备，可以对终端业务进行轨迹预测，进而判断属于新产生的呼叫抑或是有切换的需求。
[0004]
相关优先级策略的指定需要立足于相关类型业务的特性要求，语音业务的特点是端到端时延小，业务量上下行对称或几乎对称。为了保证话音类业务的时延和时延抖动指标，通常将该类业务映射成为最高优先级。会话类业务的最关键的qos指标是传输时延。同时，时延抖动也是影响会话类业务的重要指标，严重的时延抖动会导致会话无法正常进行下去。对于丢包率和错包率来说，人类的耳朵却没有那么敏感，可以允许一些短暂的话音停顿和画面马赛克现象。流类业务也是实时性的，但是由于它是单向传输，不需要进行交互，所以实时性要求没有会话类业务那么严格。同会话类业务一样，时延抖动也是影响流类qos的一项重要指标，并且允许一定的丢包率和错包率。由于流类业务没有实时交互的需求，并且本地通常设有缓存来保持一定时间的业务连续，所以该类业务对时延参数并没有会话类业务敏感。另外，流媒体的接收端要对接收到的数据进行时间上的排序，系统允许的最大时延抖动取决于终端的排序能力。交互类业务的时延取决于人们对于等待时间的容忍度，比会话类业务要长，但是可能比流类业务要短。这种数据业务对时延抖动没有要求，但是对丢包率的要求很高，一般都需要零丢包率(可以通过上层应用保证)。交互类业务时延要求没
有会话类严格，网络采用加权公平队列来保证交互类业务的优先级。背景类业务包括一些自动的后台e-mail接收、sms或者接收一些文件和数据库下载。这类业务的特点是用户对传输时间没有特别的要求，但是对丢包率的要求很高，一般都需要零丢包率(可以通过上层应用保证)。当系统拥塞时，允许对该类型用户进行丢弃操作。背景类业务对时延和时延抖动要求较低，采用尽力而为方式进行转发，因此将其设置为最低优先级。
[0005]
本专利意在面向高动态终端，提出一种充分考虑业务类型和终端动态性的一种面向低轨星座系统的aloha增强接入方法来解决高动态终端所有的快速接入和频繁切换的问题。
[0006]
低轨卫星系统有着较强的在轨信息处理与服务能力，可以取代现有的地面指挥设施进行信息决策，并利用高速激光链路传递数据信息，能够优化数据信息传递链路，减少传播时延。高动态终端在执行任务时，利用高速激光链路接入到低轨卫星中实现信息装订，优化了高动态终端与指挥系统之间信息传输的难度。
[0007]
其次可以采用相关运动预测策略，在接入的时候判断该业务流是否有后续切换的需求，以便后续小区为切换采用基于优先级的动态信道预留策略，进一步降低呼叫阻塞率，提升服务质量。预测策略具体可分为两类：当终端有gps等定位系统时，结合当前接入时刻位于服务小区的接入位置，可以计算出该终端在源接入小区的停留时间t。把停留时间和最大小区驻留时间t
max
＝d/v进行对比，d为低轨卫星单个服务小区的直径，v为高动态终端的运动速度。
[0008]
卫星网络中接入的目的是让用户终端与卫星网络之间建立一条逻辑通信链路，是确保卫星无线通信质量好坏的重要技术之一。现有的卫星网络多址接入技术可以分为两类：无冲突接入技术和基于竞争的接入技术，其中无冲突的接入技术又可分类为固定分配接入技术和按需分配接入技术。
[0009]
常见的固定分配接入技术主要有时分多址接入技术(time division multiple access，tdma)、频分多址接入技术(frequency division multiple access，fdma)、码分多址接入技术(code division multipleaccess，cdma)和空分多址接入技术(space division multiple access，sdma)。固定分配接入技术信道利用率较高，适用于用户终端固定，业务恒定的场景。但是面对突发性强，占空比较高的业务时，其信道利用率较低，容易造成信道资源的浪费。而本专利所研究的低轨卫星星座主要面向的高动态终端对象具有移动速度快，任务突发性高，业务类型变化范围大且业务类型不确定，所要求的时延和准确性也各有不同，因此固定分配策略显然不适合该场景。
[0010]
按需分配多址接入(demand assignment multiple access，dama)技术结合了随机竞争与固定分配的思想。其主要思想是用户终端一侧通过随机竞争的方式请求信道资源，接收端一侧根据接收到的请求，将卫星信道分配给用户终端。但是当用户终端的接入请求较为频繁时，请求分配资源的过程降低了效率，并且增加了不必要的传播时延。在低轨卫星通信系统中，控制信令类的服务需求要求极短的时延，因此按需分配的策略也无法适应高动态系统的业务多样性。
[0011]
基于竞争的接入技术是以随机接入(random access，ra)作为研究基础发展而来的。随机接入技术可以分为竞争型的和非竞争型的接入技术。aloha与s-aloha是基于竞争的随机接入技术的“基石”。现有的基于竞争的随机接入技术可以按照是否需要时隙的同步
的标准分为以下两类：
[0012]
(1)需要时隙同步：dsa(diversity slotted aloha，dsa)是以s-aloha为基础，在用户终端一侧主动将一个数据包在同一个信道中发送两次，来提高接收端一侧成功解码数据包的概率。随着信道编码技术的发展，研究人员以dsa作为研究的基础，提出了争用解决分集时隙aloha(content resolution diversity slotted aloha，crdsa)。crdsa在用户终端一侧是主动将同一数据包发送两次，在接收端一侧逐个检测未发生碰撞的分组，并进一步消除已检测分组的所有副本，从而达到干扰消除的目的，提高分组的检测概率。crdsa的理论峰值吞吐率可达到0.55bit/symbol，高于s-aloha的0.36bit/symbol和aloha的0.184bit/symbol。
[0013]
(2)无需时隙同步：研究人员以aloha作为研究基础，将争用解决思想与迭代干扰消除引入到aloha中，提出了争用解决aloha(content resolution aloha，cra)。cra为了优化吞吐率和丢包率指数，在用户终端一侧主动将同一个数据包在信道中发送两次，利用前向纠错编码(forward error correction，fec)技术消除信道中数据包的部分干扰，在接收端一侧利用迭代干扰消除提高成功接收数据包的概率。cra减少了时隙同步的要求，而且对数据包发送的时间、大小都没有限制。增强争用解决aloha(enhancing content resolution aloha，ecra)是以cra为基础，在接收端一侧引入合并技术来优化系统的吞吐率与丢包率指标。ecra在用户终端一侧主动将同一数据包发送两次，在接收端一侧引入合并技术，消除可能出现的数据包两两相互干扰的“环效应”情况，提高成功解码出数据包的概率。ecra利用虚拟帧结构发送数据包，减少了数据包在信道中发生部分碰撞的概率。与此同时，虚拟帧结构是利用本地时钟将信道帧划分为时隙，消除了全网时隙同步的需求，减少了时隙同步所需的信令交互，节省了传播时延，并取得了较好的峰值吞吐率与丢包率指标。
[0014]
相对于需要时隙同步的接入技术，无需时隙同步的接入技术无需全网时钟同步，用户终端发送数据包不受时间、大小的限制，更适用于低轨卫星系统中。无需时隙同步的接入技术中的ecra取得了较好的峰值吞吐率与丢包率指标，但是存在以下问题：
[0015]
(1)ecra在信道负载较低的情况下，丢包率指标远低于10-2
，可以很好保证接入的质量。但由于用户终端在同一信道内多次发送同一数据包，在高负载情况下，ecra的吞吐率与丢包率指标都变得非常差，接收端一侧几乎无法成功解码出完整的数据包，无法保证用户终端的接入，无法保证高动态终端首次接入成功率。
[0016]
(2)在ecra中，用户终端在同一信道内多次发送同一数据包，造成了信道资源的浪费，可以进一步提升信道利用率。
[0017]
综上所述，高动态终端的高动态性，执行业务突发性强等特点为低轨星座卫星系统接入方法提出了更严格的要求。接入方法不仅要优化吞吐率与丢包率指标，更要保证高动态终端的首次接入成功率，从而使得高动态终端高可靠地快速接入到低轨卫星系统中。
[0018]
除此之外，可以对于终端采用运动轨迹预测技术来预测高动态终端的运动状态。


技术实现要素：

[0019]
为了解决上述问题，本发明提供了一种面向低轨星座系统的aloha增强接入方法。
[0020]
本专利提出的接入方法的假设条件为：
[0021]
(1)每个接入卫星网络的用户的优先级与传输业务的优先级一致，同一时刻用户
只能传输一种优先级的业务并且用户的优先级随传输的业务类型变化。
[0022]
(2)传输低优先级业务的用户一旦检测到信道中有高优先业务的用户传输高优先级业务时，低优先级业务进入等待队列，直到传输低优先级业务的用户检测到空闲频谱才能再次传输。
[0023]
(3)用户接入卫星信道时传输的业务互相不存在干扰，且各优先级用户仅可以用单一频带来传输数据。
[0024]
具体步骤如下：
[0025]
步骤一、建立卫星接入系统模型，将各类用户按照通信终端速率的大小，相同速率类型的动态终端接着按业务类型进行分类；
[0026]
步骤二、采用为高优先级用户预留适当数量信道的方式保证高优先级业务的传输，预留信道数为m(m＜n)即预留信道为{c1，c2，
…
，cm}；
[0027]
步骤三、根据分类用户业务的接入成功率标准计算对应的信道最大负载门限值g
th
；
[0028]
步骤四、接收端卫星根据前一时间片接收的数据包，计算实时信道负载g，并广播给有接入需求的用户终端；
[0029]
步骤五、当相关优先级业务到达后，所预留的信道已经被占用时，制定基于优先级的信道数据包发送策略，建立一个优先级判断函数pro(k，q，t)＝(α0k+α1q+α2t)，按照预设的标准划分为n个等级。并考虑用户终端业务接入与切换两种的呼叫请求。利用优先级判断函数来决定数据包发送负载门限的值，和数据包等待发送的时间片长度；
[0030]
步骤六、当用户终端相关预留信道已经被占用，需要采用增强争用解决aloha接入技术时，将卫星广播的实时信道负载g与用户终端计算的最大负载门限值g
th
进行比较，若实时负载小于门限值，转到步骤七，若大于负载门限，则转到步骤五；
[0031]
步骤七、在将各类用户区分为高动态终端与低动态终端两类优先级的前提下，根据用户终端对应的优先级生成相应的等待时间片，将待数据包插入等待队列中，等待发送，若等待时间片耗尽，且等待队列中没有更高优先级待发送的数据包，则转到步骤四；
[0032]
步骤八、用户终端选择将要发送的数据包，进行编码，利用本地时钟将信道划分为时隙，将编码后的数据包随机放入时隙中，并将所在的时隙位置插入到数据包的头部进行发送；
[0033]
步骤九、覆盖用户终端的leo接收到数据包后，将数据包进行数据包解码；
[0034]
步骤十、卫星处理系统设定一个滑动时间窗口t
win
，在滑动时间窗口内将接受到的数据包进行数据包完整性检测，并进行干扰消除，直到在时间窗口内成功解码出所有数据包或者到达最大迭代次数为止。
[0035]
进一步的，所述步骤一中，首先，按通信终端速率的高低，将用户分为高动态终端、中动态终端与低动态终端三类；若为中低终端动态则不予继续细分，若为高动态终端则继续判断其的业务类型，业务类型的判断准则为设定一个业务优先级函数：pro(k，q，t)＝(α0k+α1q+α2t)。
[0036]
其中k为表示业务类别是属于语音业务、流类业务、交互类业务、背景类业务中哪一类的标识。q为1时表示当且前呼叫为切换呼叫q为0时表示为新呼叫类型。t表示对终端用户是属于民用用户和军用用户进行区别，t为1时表示当且前呼叫用户为军事用户，t为0时
表示当前呼叫为普通民用用户。α0α1α2为相关系数。
[0037]
其次，为保持用户终端接入到系统的通用性，并简化接入用户终端的接入过程，对模型做出以下假设：
[0038]
(1)用户终端与卫星的上行信道采用共享信道模型，用户终端共享卫星信道资源，进行随机竞争接入；
[0039]
(2)用户终端在通信时，都会被两颗leo覆盖，且卫星的通信信道都处于同一频道上，当用户终端一侧发送数据包时，两颗覆盖卫星可以接收到；
[0040]
(3)用户终端发送数据包的功率相同，简化功率不平衡效应。
[0041]
进一步的，所述步骤三中，由于信道负载越大，数据包发生碰撞的几率越高，接收端一侧成功解码数据包的概率越低，用户终端的接入成功率越低。各个优先级终端对应的最大负载门限值g
th
与各个用户终端所需最低接入成功率对应。由以下公式可知，用户终端的接入成功率与信道负载相关，因此用户终端可以根据接入成功率标准计算对应的最大信道负载门限g
th
，当有接入需求时，将g
th
与信道广播的实时负载g对比。
[0042]
t＝g(1-(1-p)
n
)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0043]
plr＝1-t/g
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0044]
p
success
＝1-plr
ꢀꢀ
(3)
[0045]
公式中，t和plr为系统吞吐率与丢包率指标，p表示迭代干扰消除后成功获得数据的概率，n表示用户终端被卫星所覆盖的数目，p
success
表示第i类用户终端的接入成功率。
[0046]
进一步的，所述步骤四中，卫星一侧根据上一时间片所接受的数据包计算实时负载g，其中时间片的单位为t
frame
，表示用户终端发送的虚拟帧的时间长度。
[0047]
进一步的，所述步骤五中生成等待时间片的具体方法如下所示：
[0048]
1)在低动态终端情况下：
[0049]
x＝min(2*x，cw
max
)，g≥g
lt
ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0050]
x＝x/2，g＜g
lt
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0051]
公式中，x表示需要等待的时间，cw
max
表示等待窗口的最大值，g
lr
表示低动态终端最大负载门限，g表示信道实时负载。
[0052]
(1)设置初始等待时间t、数据包等待时间上限max和等待窗口的最大值cw
max
。其中t设置为一个信道帧长度；
[0053]
(2)从0到当前等待窗口值的区间内，任意选择其中的一个数rand并乘以初始等待时间t，所得到的结果即为用户终端数据包传输需要等待的时间：t＝rand*t；
[0054]
(3)当数据包等待时间结束后，若g＜g
lt
时，数据包正常发送，且等待窗口大小缩减一半；若g≥g
lt
时，等待窗口增加一倍，并在等待窗口内随机选取一个数，并与初始等待时间相乘，作为等待时间；
[0055]
(4)当数据包总的等待时间大于等于max，报告数据包传输失败。
[0056]
2)在高动态终端情况下：
[0057]
建立一个最大负载门限矩阵，该矩阵存储不同业务所对应的最大接入负载。
[0058]
x＝min(x+1，cw
max
)，g≥g
t
ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0059]
x＝1，g＜g
t
ꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0060]
公式中，x表示需要等待的时间，cw
max
表示等待窗口的最大值，g
t
表示高动态终端
最大负载门限，该门限负载值从上述矩阵中获得，g表示信道实时负载。
[0061]
(1)设置初始等待时间t、数据包等待时间上限max和等待窗口的最大值cw
max
。其中t设置为一个信道帧长度；
[0062]
(2)从0到当前等待窗口值的区间内，任意选择其中的一个数rand并乘以初始等待时间t，所得到的结果即为用户终端数据包传输需要等待的时间：t＝rand*t；
[0063]
(3)当数据包等待时间结束后，若g＜g
t
时，数据包正常发送，且等待窗口大小设置为1；若g≥g
t
时，等待窗口增加1，并在窗口内随机选取一个数，并与初始等待时间相乘，进行等待；
[0064]
(4)当数据包总的等待时间大于等于max，报告数据包传输失败。
[0065]
进一步的，所述步骤七、八中用户发送数据包的具体步骤如下所示：
[0066]
当有数据包待发送时，用户终端利用本地时钟将信道划分为多个时隙，将待发送的数据包随机放置在时隙里。其中，这些时隙组成了虚拟帧结构，每个虚拟帧由n
slot
个时隙组成，每个时隙的持续时间长度为t
slot
，整个虚拟帧结构的持续时长为t
frame
＝n
slot
*t
slot
。并假设一个时隙的持续的时间长度与一个数据包的持续时间长度相等。
[0067]
进一步的，所述步骤十中的迭代干扰消除具体步骤如下所示：
[0068]
(1)系统首先设置滑动时间窗口值t
win
和最大迭代次数n
iter
。滑动窗口值应大于数据包的最大传播时延，且时间窗口内需至少可以涵盖一个t
frame
。t
win
的起始值为t
start
，终止值为t
end
＝t
start
+t
win
；
[0069]
(2)低轨卫星系统接收到leo转发数据包消息后，在时间窗口t
win
内，进行解码和数据包完整性检测，利用检测到的完整数据包头部的位置信息，消除该数据包在其余虚拟帧上的同一数据包，并重复干扰消除步骤，直到成功解码出t
win
内所有数据包或者重复次数到达最大迭代次数n
iter
为止；
[0070]
(3)当窗口内的数据包处理完毕后，将窗口滑动δt的大小，然后再次进行迭代干扰消除，此时滑动窗口的起止位置为[t
start
+δt，t
end
+δt]；
[0071]
(4)直到没有新数据包后，窗口停止滑动，迭代干扰消除完成。
[0072]
当数据包两两相互干扰，出现“环效应”后，本发明利用ecra中的合并技术消除数据包两两相互干扰带来的“环效应”。若利用合并效应可以消除“环效应”，成功解码出数据包，且当前迭代干扰消除轮数未达到预先设定的n
iter
时，将会继续进行当前时间窗口内的干扰消除。
[0073]
综上所述，本发明的积极效果和优点在于：
[0074]
(1)利用用户终端在通信过程中会被多星覆盖的特点，对卫星接收端一侧的迭代干扰消除进行了改进，优化了系统的吞吐率与丢包率。经过仿真分析可得，在未考虑功率不平衡情况下，所提出的方法峰值吞吐率可以达到1.1bit/symbol，优于ecra的0.7bit/symbol。
[0075]
(2)引入优先级接入控制，当高动态终端有接入需求时，优化高动态终端首次接入的成功率。经过仿真分析可得，高动态终端的首次接入成功率可维持在99％以上，避免了ecra在数据包达到率过高的情况下，接入成功率下降的问题。
附图说明
[0076]
图1是本发明实施例提供的低轨星座卫星系统架构示意图；
[0077]
图2是本发明一种基于增强争用解决aloha的接入方法流程示意图；
[0078]
图3是本发明实施例提供的低轨星座接入系统模型示意图；
[0079]
图4是本发明实施例提供接入方法的吞吐率指标示意图；
[0080]
图5是本发明实施例提供接入方法的丢包率指标示意图；
[0081]
图6是本发明实施例提供的和现有接入技术的吞吐率指标对比示意图；
[0082]
图7是本发明实施例提供的和现有接入技术的丢包率指标对比示意图；
[0083]
图8是本发明实施例提供的和现有接入技术的高动态终端接入成功率指标对比示意图。
具体实施方式
[0084]
下面结合说明书附图对本发明做进一步详细的说明。
[0085]
本发明主要针对各类用户终端中的高动态终端与低轨星座系统通信的场景，在用户终端一侧，当有接入需求时，先分析所接入业务的类型，然后判断该业务为新呼叫还是切换呼叫，利用定位设备来预测该业务是否需要在以后的时刻进行切换。利用接入控制的优先级函数来计算发送数据包的具体时刻；当数据包发送时，用户终端利用本地时钟将信道划分为时隙，随机将数据包放入时隙中发送。在卫星接收端一侧，利用用户终端在通信过程中被多星覆盖，覆盖卫星都可以接收到用户终端所发送数据包的特点，通过多颗卫星进行串行干扰消除，利用设定的滑动的时间窗口，采用改进型的串行迭代干扰消除(msic)技术进行解码。如若产生环效应，引入选择合并技术来消除环效应。经过仿真分析可得，所提出的方法在吞吐率与丢包率指标方面优于ecra，并且优化高动态终端的首次接入成功率。
[0086]
低轨星座卫星系统架构模型如图1所示，本发明的内容主要涉及低轨星座系统的接入部分。
[0087]
如图2所示，具体步骤如下：
[0088]
步骤一、建立卫星接入系统模型，并将各类用户按照通信终端速率的大小进行分类；
[0089]
根据终端通信速率的高低，将用户划分为高动态终端与低动态终端。其中，将终端速率大于5马赫的用户划分为高动态高优先级终端，终端速率小于5马赫的用户低动态普通优先级终端。进一步对高动态卫星的业务类型进行细分。具体将卫星业务分为语音业务、流类业务、交互类业务、背景类业务。同时通过在终端设备中的定位设备，可以对终端业务进行轨迹预测，进而判断属于新产生的呼叫或是有切换的需求。
[0090]
如图3所示，用户终端通常被两颗及以上的leo卫星覆盖。用户终端通过leo接入到低轨星座卫星系统中，实现远距离通信。为保持用户终端接入到系统的通用性，并简化接入用户终端的接入过程，对模型做出以下假设：
[0091]
(1)用户终端与卫星的上行信道采用共享信道，采用基于“多波束+频率共享+多载波”的上行链路通信体制，用户终端共享卫星信道资源，进行随机竞争接入；下行链路采用基于“跳波束+时间分片+单载波”的下行链路通信体制。
[0092]
(2)用户终端在通信时，都会被两颗leo覆盖，且卫星的通信信道都处于同一频道
上，当用户终端一侧发送数据包时，两颗覆盖卫星可以接收到；
[0093]
(3)用户终端发送数据包的功率相同，简化功率不平衡效应。
[0094]
步骤二、根据优先级分类后用户的接入成功率标准计算对应的信道最大负载门限值g
th
；
[0095]
步骤三、接收端卫星根据前一时间片接收的数据包，计算实时信道负载g，并广播给有接入需求的用户终端；
[0096]
步骤四、当用户终端有接入需求时，先分析需要接入的业务优先级，判断是否有空闲的预留信道，若有直接进行接入，并进行备份记录。若空闲信道被占满，将卫星广播的实时信道负载g与用户终端计算的最大负载门限值g
th
进行比较，若实时负载小于门限值，转到步骤六，若大于负载门限，则转到步骤五；
[0097]
步骤五、在将各类业务区分成功的前提下，根据用户终端对应的优先级生成相应的等待时间片，将待数据包插入等待队列中，等待发送，若等待时间片耗尽，且等待队列中没有更高优先级待发送的数据包，则转到步骤四；
[0098]
步骤六、用户终端选择将要发送的数据包，进行编码，编码后利用本地时钟将信道划分为时隙，将编码后的数据包随机放入时隙中发送；
[0099]
步骤七、覆盖用户终端的低轨卫星接收到数据包后，进行数据包解码；
[0100]
步骤八、低轨卫星设定一个滑动时间窗口t
win
，在滑动时间窗口内将接受到的数据包进行数据包完整性检测，并进行干扰消除，直到在时间窗口内成功解码出所有数据包或者到达最大迭代次数为止。
[0101]
步骤八中的具体步骤如下所示：
[0102]
(1)系统首先设置滑动时间窗口值t
win
和最大迭代次数n
iter
。滑动窗口值应大于数据包的最大传播时延，且时间窗口内需至少可以涵盖一个t
frame
。t
win
的起始值为t
start
，终止值为t
end
＝t
start
+t
win
；
[0103]
(2)接收到转发数据包消息后，在时间窗口t
win
内，进行解码和数据包完整性检测，利用检测到的完整数据包头部的位置信息，消除该数据包在其余虚拟帧上的同一数据包，并重复干扰消除步骤，直到成功解码出t
win
内所有数据包或者重复次数到达最大迭代次数n
iter
为止；
[0104]
(3)当窗口内的数据包处理完毕后，将窗口滑动δt的大小，然后再次进行迭代干扰消除，此时滑动窗口的起止位置为[t
start
+δt，t
end
+δt]；
[0105]
(4)直到没有新数据包后，窗口停止滑动，迭代干扰消除完成。
[0106]
当数据包两两相互干扰，出现“环效应”后，本发明利用ecra中的合并技术消除数据包两两相互干扰带来的“环效应”。若利用合并效应可以消除“环效应”，成功解码出数据包，且当前迭代干扰消除轮数未达到预先设定的n
iter
时，将会继续进行当前时间窗口内的干扰消除。
[0107]
下面结合仿真对本发明的效果作详细的描述。
[0108]
仿真条件如下：
[0109]
低轨星座系统leo星座参考铱星网络拓扑结构，假设每个用户终端都会被低轨星座系统系统中两颗leo所同时覆盖。用户终端业务信源服从参数为λ的泊松分布。数据包的长度为100bit，虚拟数据帧长度为10000bit，每一帧时隙可放置一个数据包。数据包通过
qpsk调制后再进行发送，信道编码速率r为1/2。卫星信道模拟加性高斯白噪声信道。用户终端类型分为高动态终端、中动态终端与低动态终端。接收端一侧迭代干扰消除的最大迭代次数n
iter
为14。
[0110]
仿真结果分析：
[0111]
(1)吞吐率与丢包率性能仿真与对比
[0112]
首先，我们将未加接入控制的方法进行仿真。在归一化负载在[0-2bit/symbol]的区间内统计接入方法的吞吐率和丢包率曲线，如图4和图5所示。
[0113]
从图4中可以看出，归一化负载在[0-1.1bit/symbol]的区间时，系统整体的吞吐率近似线性的增长，这可以说明在此条件下，用户终端一侧所发送的数据包到达低轨星座系统接收端一侧后可以被完整解码出。当归一化负载超过1.0bit/symbol之后，随着负载的进一步增加，数据包在信道中发生碰撞的几率会越来越大，系统吞吐率在缓慢到达峰值后，会呈现下降的趋势。所提接入方法在归一化负载为1.2bit/symbol时会达到峰值吞吐率，此时，吞吐率可接近1.1bit/symbol。
[0114]
由图5可以看出，当归一化负载小于0.85bit/symbol时，系统的丢包率小于10-2
，当归一化负载小于1.2bit/symbol时，系统的丢包率小于10-1
。当归一化负载在区间[0-0.85bit/symbol]时，系统的丢包率上升缓慢。当归一化负载超过1.0bit/symbol后，系统的丢包率上升速率加快。仿真结果证明了随着信道负载的增加，用户终端发送数据包发生碰撞的几率会越大。
[0115]
其次，我们将本发明所提的接入方法与crdsa、不规则重复时隙aloha(irregular repetition slotted aloha，irsa)、cra和ecra进行仿真对比。在归一化负载为[0-1.4bit/symbol]的区间内统计各个接入方法的吞吐率和丢包率曲线，如图6和图7所示。
[0116]
从图6吞吐量对比曲线中可以看出，当归一化负载较低时，图中接入方法的吞吐率指标随归一化负载呈一个线性增长的趋势，当系统归一化负载达到一定程度继续增长时，图中接入方法的吞吐率都呈现下降趋势。在本发明所提的接入方法中，当负载达到1.2bit/symbol后，系统的吞吐率才会出现非线性下降趋势，优于crdsa，irsa，cra和采用选择合并技术的ecra，且系统的峰值吞吐率最高。因此可以证明所提接入方法在提升系统接入吞吐率上的有效性。
[0117]
从图7丢包率对比曲线中可以看出，当归一化负载较低时，图中的接入方法的丢包率始终小于10-2
，当归一化负载达到一定程度之后继续增长时，图中接入方法的丢包率会持续上升。若要将丢包率控制在0.1以下时，本发明所提的接入方法的归一化负载需要控制在1.2bit/symbol，优于crdsa的0.5bit/symbol和采用选择合并技术的ecra的0.6bit/symbol。
[0118]
(2)高动态终端首次接入成功率仿真与对比
[0119]
我们仿真统计在本发明所提的接入方法与crdsa、irsa、cra和ecra下，随着用户终端接入到达率不断增加的情况下，高动态终端的首次接入成功率指标。如图8所示。
[0120]
从图8接入成功率对比曲线中可以得出，随着用户终端接入到达率的不断增加，加入接入控制的所提的接入方法可以使得高动态终端的首次接入成功率维持在99％以上，而其余接入方法的首次接入成功率指标随着用户终端接入到达率的增加而逐渐下降。这是由于本发明提出的优先级接入控制可以使得一些低动态终端在负载较高的条件下，暂缓接入
低轨卫星星座系统系统，减少信道中数据包的碰撞概率，优化高动态终端的首次接入成功率。因此可以证明所提的接入方法可以优化高动态终端接入的首次成功率，进而确保高动态终端高可靠的快速接入。
[0121]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内进行修改或者等同变换，均应包含在本发明的保护范围之内。