面向低轨卫星物联网短包通信的GFRA前导码设计与活跃设备检测技术研究

来源：电子与信息学报杂志2026年第1期北京时间：

作者：代健美, 张梦晨, 李可盈, 苏琪, 程颖, 王贤鹏, 许容

单位：航天工程大学航天信息学院 北京 101416

摘要：在低轨卫星物联网(LEO-IoT)短包通信场景中，大规模设备随机接入过程面临前导码冲突与检测复杂度高的问题。传统随机接入方案受限于导码池容量有限、检测算法效率不足，难以实现海量设备高可靠接入。为此，该文在免授权随机接入(GFRA)框架下提出了一种新的前导码结构和检测方法。首先，构建了一种带循环前缀的叠加前导码结构，在不增加系统时频资源开销的前提下，将导码池容量提升至传统方案的3.2倍，有效缓解了多设备接入场景下的前导码冲突问题。进一步地，针对叠加前导码的检测需求，提出一种基于空闲前导码搜索的动态检测算法，与传统穷举搜索方法相比，该算法在保持99.5%检测准确率的同时，将计算复杂度降低至原方案的18.7%。与压缩感知方法相比，该算法在检测精度和计算复杂度之间取得了优异的平衡，其多项式级的复杂度使其更适合部署在低轨卫星物联网系统中。理论推导证明，所提方案在误码率(BER)为10–5时可实现3.8 dB的系统信干噪比(SINR)增益。仿真验证进一步证明，即使在设备激活率超过80%的高负载场景下，该方案仍能保持低于2%的漏检率，且在异步接入环境下具备良好鲁棒性。

关键词：低轨卫星物联网, 短包通信, 免授权随机接入, 叠加前导码, 活跃设备检测