卫星通信系统两步随机接入技术研究

聂玉卿，崔高峰，王卫东

(北京邮电大学 电子工程学院，北京 100876)

0 引 言

目前,分立的卫星通信系统逐步向着天地异构网络互联互通、天地一体化的方向发展[1]。卫星与地面5G技术的融合能够连通空、天、地、海多维空间，为用户提供更为可靠的一致性服务体验，形成一体化网络格局。为了实现地面终端的一体化，卫星与地面5G的空中接口逐步趋向融合，随机接入、非正交多址接入等技术在卫星通信中的应用也是目前的研究热点，然而受限于星上处理能力以及星地链路长时延的特点，地面5G中的关键技术在卫星系统中的适应性改造与优化是实现星地融合需要解决的重点问题。

作为地面用户终端与卫星进行交互的第一步，随机接入技术在卫星通信系统中具有不可或缺的重要意义。通过随机接入过程，使得用户自身发送帧时序与网络上行帧对齐，用户与网络取得上行同步后，才能被调度并进行上行传输。对于高轨(Geosynchronous Earth Orbit,GEO)卫星通信系统，卫星轨道高度为35 786 km，通信距离远远大于地面5G系统，星地链路长时延的特点使得完成一次上行接入过程所需的时间大大增加，这给一些具有低访问延迟需求的应用带来了挑战。

为了实现卫星通信系统低延迟以及高可靠性的接入，目前已有部分文献对卫星场景下的随机接入技术展开了研究。文献[2]探讨了5G中的随机接入过程在非地面网络(Non-Terrestrial Network,NTN)中的应用，并给出了可行的解决方案。文献[3-4]研究了卫星通信系统多用户场景下的随机接入信号检测算法，从提高用户接入成功率的角度，避免多次接入产生的较长接入时延。……