24年9月通信基础知识补充2

看文献过程中不断发现有太多不懂的基础知识，故长期更新这类blog不断补充在这过程中学到的知识。由于这些内容与我的研究方向并不一定强相关，故记录不会很深入请见谅。

一、卫星通信中的 AoI 和 UoI 技术详解

在卫星通信中，AoI（Age of Information，信息龄期） 和 UoI（Urgency of Information，信息紧急性） 是两个重要的指标，主要用于衡量信息的及时性和重要性。它们广泛应用于物联网（IoT）、卫星导航、环境监控、卫星控制等领域。

1.1. AoI（Age of Information，信息龄期）

1.1.1 定义

AoI 是指从数据生成到该数据被接收和处理之间的时间差，它用于衡量信息的“新鲜度”，即当前接收到的数据相对于数据生成时的滞后时间。

1.1.2 工作原理

在卫星通信中，信号传播延迟、网络拥塞等因素可能导致接收到的数据滞后于实际发生的情况。AoI 用于量化这种滞后，帮助评估接收端数据的时效性。例如，在低轨道卫星向地面站发送遥感数据时，地面站接收到的数据可能已经过时，AoI 可以用于评估这种“信息衰老”的程度。

1.1.3 AoI的计算公式

对于某个时间点$t$，接收到的信息的 AoI 定义为：
$$\text{AoI}(t)=t-u(t)$$
其中，$u(t)$ 是该信息生成的时间。当没有新的信息更新时，AoI 会随着时间增加；当有新信息接收时，AoI 被重置为当前时间。

1.1.4 应用场景

• 物联网与大规模机器通信（mMTC）：在卫星通信中，特别是分布式物联网系统中，实时数据的及时性至关重要，如环境监测、传感器数据收集。
• 实时监控与控制：卫星系统的实时监控，特别是低轨道卫星中的遥测数据和控制信息，需要确保接收的信息及时、准确。

1.2. UoI（Urgency of Information，信息紧急性）

1.2.1 定义

UoI 是指信息的紧急程度，它衡量某条信息在多长时间内需要被处理或响应。不同于 AoI，UoI 强调信息的优先级和重要性，主要用于确保关键任务信息的及时传输。

1.2.2 工作原理

在卫星通信中，某些信息比其他信息更为重要，必须优先传输。例如，卫星的姿态控制信息比常规数据传输更为紧急。UoI 用于分配传输优先级，确保关键数据能够及时到达接收端。

1.2.3 UoI 的考虑因素

• 时间约束：一些信息有严格的时间限制，必须在指定时间内传输和处理。
• 信息的关键性：例如，卫星姿态控制指令或紧急事件响应信息比一般数据更加重要。

1.2.4 应用场景

• 卫星导航与姿态控制：卫星的导航和姿态调整命令具有严格的时间约束，UoI 确保这些信息得到优先传输。
• 紧急响应系统：在自然灾害或军事行动中，紧急信息需要高优先级传输，UoI 用于管理这些关键信息的传输。

1.3. AoI 和 UoI 的结合

在实际的卫星通信系统中，AoI 和 UoI 经常结合使用。AoI 评估信息的时效性，而 UoI 评估信息的重要性和紧急性。通过将两者结合，可以实现：

• 优化数据传输：确保重要信息的优先传输，同时减少信息老化的影响。
• 智能调度：根据 UoI 分配资源优先级，利用 AoI 控制数据更新频率，最大化系统效率。

1.4. 总结

• AoI（信息龄期） 用于评估信息的时效性，帮助系统判断接收到的数据是否是最新的。
• UoI（信息紧急性） 强调信息的重要性和优先级，确保关键数据优先处理和传输。
  这两个指标是现代卫星通信系统中提高通信效率和保证系统稳定性的重要工具。通过综合使用 AoI 和 UoI，卫星通信系统能够更好地处理实时数据，保证关键任务的成功执行。

二、Golay-ZCZ序列简介

Golay-ZCZ序列 是一种具有特殊自相关和互相关性质的伪随机序列，结合了 Golay序列 和 零相关区 (Zero Correlation Zone, ZCZ) 的特性，常用于通信系统中的信道估计、同步和多址接入等场景。

2.1 主要特点

1. Golay序列
   Golay序列是一对具有互补特性的序列对，意味着在各自的自相关函数中，除零时刻外，所有时刻的自相关函数值之和为零。这种特性可以减少或消除干扰，尤其适用于多径通信环境中。

2. 零相关区 (ZCZ)
   ZCZ序列的自相关和互相关函数在某一范围（称为零相关区）内为零。这样在该区间内，序列之间的干扰和时延效应可以忽略不计，因此非常适合用于多用户通信中的码分多址系统（CDMA）或正交频分多址系统（OFDMA）等。

下面为序列的生成代码及互相关值的概率分布图：

% 生成Golay-ZCZ序列的函数
function [A, B]