天地一体化信息网络 ›› 2021, Vol. 2 ›› Issue (4): 34-42.doi: 10.11959/j.issn.2096-8930.2021041

所属专题: 专题:面向6G的天地一体化信息网络

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融合NB-IoT的低轨卫星物联网随机接入研究

刘昊东1, 郑重2, 王闻今1, 尤力1, 高西奇1,3   

  1. 1 东南大学信息科学与工程学院,江苏 南京 211189
    2 中国空间技术研究院,北京 100094
    3 紫金山实验室,江苏 南京 211111
  • 修回日期:2021-11-05 出版日期:2021-12-20 发布日期:2021-12-01
  • 作者简介:刘昊东(1999-),男,东南大学信息科学与工程学院硕士生,主要研究方向为物联网与非地面网络融合通信
    郑重(1990-),男,博士,现就职于中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部,主要研究方向为卫星抗干扰通信、卫星与5G融合等
    王闻今(1980-),男,博士,东南大学移动通信国家重点实验室教授,主要研究方向包括未来移动通信和宽带低轨卫星通信系统关键技术研究与算法设计,基于无线大数据与机器学习的无线通信理论与技术,移动通信试验平台研发与关键算法实验验证
    尤力(1987-),男,博士,东南大学移动通信国家重点实验室副研究员,当前研究方向为大规模MIMO无线通信、空天地海一体化无线通信以及智能通信等
    高西奇(1967-),男,东南大学教授,博士生导师,长江学者特聘教授,东南大学信息科学与工程学院副院长,移动通信国家重点实验室副主任,主要研究方向为宽带无线通信、大规模无线通信、无线通信信号处理等
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(2019YFB1803102);江苏省前沿引领技术基础研究专项(BK20192002)

Research on the NB-IoT Random Access in LEO Satellite IoT

Haodong LIU1, Zhong ZHENG2, Wenjin WANG1, Li YOU1, Xiqi GAO1,3   

  1. 1 School of Information Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China
    2 China Academy of Space Technology, Beijing 100094, China
    3 Purple Mountain Laboratories, Nanjing 211111, China
  • Revised:2021-11-05 Online:2021-12-20 Published:2021-12-01
  • Supported by:
    National Key R&D Program of China(2019YFB1803102);Jiangsu Province Basic Research Project(BK20192002)

摘要:

窄带物联网技术被广泛应用于海量低速率和低功耗设备的数据通信,但其受制于地面网络的覆盖范围,无法为偏远地区提供服务。低轨卫星星座具有支持全球覆盖的特点,可以补充和扩展地面NB-IoT基础设施,这为天基物联网提供一种有效解决方案。面向天基物联网应用需求,在回顾NB-IoT系统体系架构的基础上,分析融合NB-IoT技术的低轨卫星物联网所面临的信道环境高动态时延和频偏等挑战。针对上行随机接入过程,设计有效的用户检测与定时同步方法,该方法具有高性能、低复杂度等优点,能有效解决融合NB-IoT的低轨卫星物联网中的高效随机接入问题。

关键词: NB-IoT, 低轨卫星, 随机接入, 定时同步

Abstract:

Narrowband internet of things (NB-IoT) technology is widely used in data communications for a large number of low-speed and low-power devices, but it is diff cult to provide services for remote areas that cannot be covered by terrestrial networks.With its global coverage and low cost, the LEO satellite constellation can supplement and expand the terrestrial NB-IoT infrastructure, providing an eff ective solution for the space-based internet of things.Facing the application requirements of space-based internet of things, on the basis of reviewing the NB-IoT system architecture, the challenges of channel environment high dynamic delay and frequency off set faced by the application of NB-IoT technology in the LEO satellite constellation scenario were analyzed.For the uplink random access process, an eff ective user detection and timing synchronization method was designed, which had the advantages of high performance and low complexity, and provided an eff cient receiving method for the LEO satellite NB-IoT uplink random access synchronization.

Key words: NB-IoT, LEO, random access, timing synchronization

中图分类号: 

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