基于5G技术的低轨卫星物联网技术

【摘  要】基于5G技术的低轨卫星物联网融合了地面5G技术灵活有效与低轨卫星网络广域覆盖的优势，是实现全球海量物联终端广域连续性泛在接入的必然选择。针对地面5G技术与低轨卫星物联网的融合，对低轨卫星物联网的组成和演进进行了全面概述，论述了技术体制的发展方向；针对低轨卫星物联网信道特性，对多普勒频移补偿技术、低轨卫星长时延信道补偿、卫星物联网随机接入等保证传输时效性和可靠性必须要解决的关键技术进行了适应性分析和设计，为未来低轨卫星物联网的发展提供支撑。

【关键词】低轨卫星物联网；5G技术；NOMA；免调度传输

0   引言

近年来，物联网在金融服务、智能家具和交通、远程医疗、遥感勘测等各行各业的应用快速增长，它已经作为一种改变人们生活方式的网络无处不在[1]，因此，NB-IoT、eMTC、LoRa、Sigfox等地面物联网技术也得到了学术界和工业界的广泛研究。这些技术在低功耗、低成本、强覆盖和大容量等性能方面具有一定的优势，然而，由于基站建设受地理环境的影响，地面网络无法在沙漠、海洋、拥挤的城市等特殊环境下实现全面覆盖；另一方面，远洋物流等大量国际业务的发展，对物联网的连续覆盖范围和容量等提出了更高的需求，加剧了地面物联网能力受限与不断增长的业务需求之间的矛盾。

低轨卫星星座通信系统作为地面通信系统的延伸与补充，具有全球覆盖（含两极地区）、随遇接入、容量大等特点，可以有效解决地面通信系统的不足。因此，低轨卫星物联网应运而生并受到学术界和工业界的广泛关注和研究[2-4]。然而，卫星通信的远距离特性导致卫星信道存在大多普勒、长时延和高动态的特征，低轨卫星物联网面临时延大、可靠性低等难题。值得关注的是，第五代移动通信技术（5G࿰