编码时隙ALOHA接入方案与拥塞控制技术研究

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1、硕士学位论文Ｐ０ＩＷ＾Ｐ编码时隙ＡＬＯＨＡ接入方案与拥塞控制技术研究作者姓名华利指导教师姓名、职称曹琲琲副教授，任光亮教授申请学位类别工学硕士圍学校代码10701学号1501120010分类号TN911密级公开西安电子科技大学硕士学位论文编码时隙ALOHA接入方案与拥塞控制技术研究作者姓名：华敬利一级学科：信息与通信工程二级学科：通信与信息系统学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：曹琲琲副教授，任光亮教授学院：通信工程学院提交日期：2018年6月CodedSlottedALOHABasedAcc

2、essandCongestionControlSchemesAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinCommunicationsandInformationSystemsByHuaJing-liSupervisor:CaoFei-feiTitle:AssociateProfessorRenGuang-liangTitle:ProfessorJune2018摘要摘要近年来，随着通信技术的发

3、展，以及通信业务的多样化，随时随地通信已经成为人们日常工作与生活的迫切需求。而地面蜂窝移动网络由于其通信距离较短，建设成本较高等缺点，无法实现真正意义的全球无缝连接。卫星作为一种可以实现远距离、大范围数据传输的通信中继，其组网简单，不受地理地貌因素影响的特点，使得卫星通信成为目前无线通信领域的重点研究方向。在国家“一带一路”战略布局中提出的天基物联网以及空天一体化的构想中，卫星通信系统同样发挥了其不可替代的作用。上行接入技术作为通信的第一步，是卫星通信系统的核心技术，接入性能的好坏将直接影响系统的服务质量。由于卫星的通信资源有限，

4、在卫星物联网中，大量用户同时请求随机接入必然会造成严重的数据包碰撞，进而导致数据丢失，造成系统资源的浪费。本文以卫星随机接入方案为研究切入点，对卫星物联网中机器对机器（M2M，MachinetoMachine）通信的高吞吐量、高能量效率接入方案以及拥塞控制技术展开研究，主要工作如下：1.基于编码时隙ALOHA（CSA,CodedSlottedALOHA），提出了极化MIMO-CSA与自适应码率CSA接入方案。首先介绍了几种基于时隙ALOHA（SA,SlottedALOHA）与帧时隙ALOHA（FSA,FramedSlottedAL

5、OHA）改进的接入方案，并通过计算机仿真分析了其吞吐量，丢包率以及能量效率性能，指出了其存在的关键问题。随后在CSA的基础上，提出了基于极化MIMO技术的极化MIMO-CSA，以及基于负载估计的自适应码率CSA接入方案。由于本论文提出的负载估计方法可以实现对任意范围的负载进行估计，所以在自适应码率CSA接入方案中，卫星转发器得到系统负载的准确估计值后，动态地调整用户发送数据的平均码率，在保证吞吐量的同时减少用户发送数据包的数量，提高系统能量效率。最后通过计算机仿真验证了所提方案的性能。2.提出了卫星物联网大容量M2M通信随机接入的

6、拥塞控制优化算法。首先，根据卫星通信的特点，分析了现有的M2M拥塞控制方法用于卫星大容量随机接入场景的可能性，对比其优缺点并最终确定接入类型延迟（ACB,AccessClassBarring）方案为最佳的拥塞控制方法。为了实现更为精确的控制，在分析现有的负载估计方法的基础上，提出了基于多包接收（MPR,MultipacketReception）技术的负载估计方案，相比于已有方法，实现了更大范围与更高精度的负载估计，以此保证接入控制参数是最佳的，最后通过计算机仿真验证了所提方法的有效性。关键词：卫星物联网,机器对机器通信,随机接入,

7、负载估计,拥塞控制IABSTRACTABSTRACTWiththedevelopmentofthecommunicationtechnologiesinrecentyears,thecommunicationserviceshavebeendiversified,andithasbeenanurgerequirementtokeepintouchwithothersatanytimeandanyplaceindailylifeandroutinework.Sincetheterrestrialcellularmobilenetwo

8、rkhasshortcomingsofshortcommunicationdistancesandhighconstructioncosts,itcannotbeanoptimalsolutiontotrulyaccomplishglobalsea