Joint channel estimation and beam selection NOMA system for satellite-based Internet of Things
Zeqiong Chen, Jian Jiao, Shaohua Wu & Qinyu Zhang
Sci China Inf Sci, 2021, DOI: 10.1007/s11432-021-3320-8
近年来，以智慧农业、自然灾害预防、气候监测和智能交通系统为代表的泛在物联网业务飞速发展。考虑到海洋、森林、沙漠等极端地形难以覆盖基站(BS)，需要发展能够保障全球立体覆盖的卫星物联网(S-IoT)来支撑。与地球静止轨道卫星相比，低地球轨道(LEO)的多波束高吞吐量卫星(HTS)可以提供更低的传播延迟和路径损耗，能以经济高效的方式支持宽带接入和全球覆盖，被视为未来S-IoT的关键组成部分，也是面向6G空天地网络融合的重要发展方向。对于毫米波(mmWave)频段的多波束HTS，需要准确的信道状态信息(CSI)以保障传输性能。尤其是面向广域覆盖下用户组播的mmWave NOMA S-IoT系统，多波束LEO HTS的快速信道估计以及后续的波束选择对于传输性能至关重要。因此，本文面向mmWave NOMA S-IoT系统提出了一个联合信道估计和波束选择的方案设计，包括面向短包通信业务的伪随机遍历(PRE)信道估计方案，和面向高吞吐量业务的异步CSI辅助(AIA) 信道估计方案。然后，提出了最大化吞吐量的TM波束选择方案，和略微损失吞吐量以保证公平性的FG波束选择方案。由此得到了PRE-TM，AIA-TM和PRE-FG、AIA-FG四种方案以满足不同业务需求。仿真结果表明，PRE-TM和AIA-TM方案可以自适应地减少所需的信道测量次数，同时以更低的计算复杂度接近遍历搜索(exhaust searching，ES)方案的性能。
Fig. Joint channel estimation and beam selection NOMA system.
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