针对ASTARS卫星物联网的能效传输技术：采用有限块长的NOMA（非正交多址接入）方案

《IEEE Internet of Things Journal》：Energy-Efficient Transmission for ASTARS Empowered NOMA Satellite IoT With Finite Blocklength

研究ASTARS赋能的NOMA卫星IoT系统在有限块长度下的能量效率优化，提出SPP和SSP两种设备配对策略，设计PAIA算法联合优化匹配系数、智能表面系数矩阵及传输功率，仿真验证ASTARS在能量效率上优于PSTARS和无RIS场景，SPP策略更优且存在最佳ASTARS元素数量与最大放大系数关系。

　　

摘要：

本文研究了在具有有限块长度（FBL）传输的主动同时传输和反射的可重构智能表面（ASTARS）支持的非正交多址（NOMA）卫星物联网（IoT）中，如何最大化能源效率（EE）。覆盖区域内的激活物联网设备（AIoTDs）可以分为激活的反射区域IoTDs（ARDs）和激活的传输区域IoTDs（ATDs）。利用ASTARS在全场范围内高效建立级联链接的能力，可以更有效地调整上行信号传输。ASTARS能够适当放大信号，以减轻其乘性衰落和远距离上行传输的衰减，这为优化过程引入了新的自由度（DoF）。考虑到电池寿命有限的IoTDs的大规模接入需求，提出了两种设备配对策略：强ARD-弱ATD配对（SPP）和强ARD-强ATD配对（SSP），以实现短数据包传输。通过联合优化二进制匹配系数、ASTARS系数矩阵和AIoTDs的传输功率，提出了惩罚交替迭代算法（PAIA）。仿真结果表明：1）ASTARS的能源效率高于被动同时传输和反射表面（PSTARS）以及没有可重构智能表面的系统；2）SPP的性能优于SSP；3）对于每个不同的ASTARS最大放大系数，都存在一个最优的ASTARS元素数量。

引言

物联网（IoT）由具备广泛感知和计算能力的智能设备组成，它彻底改变了人类活动的各个方面，提高了生产力并提升了生活水平[1]、[2]。然而，由于环境、空间和部署难度等限制，在沙漠、海洋、山区和森林等偏远或农村地区建立传统的地面通信基础设施非常具有挑战性，这使得为物联网设备（IoTDs）提供服务变得困难[3]。低地球轨道（LEO）卫星凭借其广域覆盖、无缝连接和高速通信的优势，实现了空中、太空和地球之间的综合人机连接和信息交互，成为这些服务不足地区的可靠选择[4]、[5]。全球覆盖的LEO卫星物联网已成为地面物联网的强大补充，满足了日益增长的全球连接需求，并已广泛应用于资源勘探、智能农业、环境监测、灾害响应等多个领域[6]、[7]。