卫星网络中的随机接入NDMAMAC协议与动态资源分配方案

# 卫星网络中的随机接入NDMA MAC协议与动态资源分配方案 ## 1. 动态资源分配方案概述 在支持人机（H2H）视频服务和机器对机器（M2M）通信的单小区场景中，存在资源共享问题。我们考虑MTC设备的弹性流量和最低速率保证，提出了一种基于固定带宽间隔的资源分配方案。该方案根据PS规则为MTC设备的流量提供服务。 ### 1.1 性能指标计算示例 假设MTC设备的数据流量具有最低带宽要求110 Kbps和平均大小100 Kb，令1 b.u.等于110 Kbps。考虑一个总容量为C = 50 Mbit/s = 57 b.u.的小区，H2H用户的流量负载$\rho^{H2H}$ = 10。通过改变M2M的提供负载$\rho^{M2M}$从0到25，以及全局载波指示（g.c.i）S的数量（MTC设备最多可分配50%的容量），我们计算以下性能指标： \[ \begin{align*} & \text{指标 (8):} \\ & \left\lfloor C_{s} - \sum_{n \in N_{C}} b_{n} \right\rfloor = \left\lfloor \sum_{n \in N_{S}} b_{n} \right\rfloor \\ & B_{p} = \sum_{n \in N_{C}} b_{n} \cdot p_{n} + \sum_{n \in N_{S}} b_{n} \cdot p_{n} \\ & \text{指标 (9):} \\ & \sum_{s \in S_{M}} p_{s} \cdot b_{s} = \sum_{n \in N_{C}} b_{n} \cdot p_{n} \\ & \left\lfloor C_{s} - \sum_{n \in N_{C}} b_{n} \cdot p_{n} \right\rfloor + \sum_{n \in N_{S}} b_{n} \cdot p_{n} = \sum_{n \in N_{B}} b_{n} \cdot p_{n} \end{align*} \] ### 1.2 总结 我们针对LTE小区中的M2M流量资源共享问题，给出了分析模型。在简化物理模型的假设下，提出了计算模型性能指标的解析解。后续研究可以分析各种M2M通信的准入控制方案，并通过仿真验证模型。 ## 2. 卫星网络随机接入NDMA MAC协议 ### 2.1 背景与问题提出 卫星网络中的手持终端需要具备高能量效率，且网络需能在低信噪比（SNR）下运行。传统的随机接入（RA）方法由于信道接入的随机性，可能限制了能源效率，特别是在手持终端必须以非常低的信噪比运行时。 ### 2.2 SR - NDMA协议介绍 我们提出了一种混合模式的MAC协议，即卫星随机NDMA（SR - NDMA），它结合了RA和调度接入（SA）传输。SR - NDMA能够满足分组错误率（PER）和最大延迟的QoS约束，并通过平衡SA和RA时隙分配来优化能耗。它是卫星NDMA（S - NDMA）的演进，S - NDMA仅考虑按需分配多址（DAMA）的SA传输。 ### 2.3 系统特征 - **终端与卫星**：MT是低资源的电池供电设备，将数据发送到一颗卫星，并且分组集合；卫星是高资源设备，实时运行具有混合自动重传请求（H - ARQ）错误控制的多分组检测算法。 - **上行链路信道**：由连续的超帧序列组成，超帧持续一个往返时间（RTT）秒，分为RA时隙部分和SA时隙部分。例如，若系统中定义了两组，则结构为（RA1, SA1, RA2, SA2）。 ### 2.4 媒体访问控制协议 #### 2.4.1 随机接入模式 每个RA时隙中传输的MT数量是一个随机变量P，应满足P ≤