摘要：窄带物联网技术被广泛应用于海量低速率和低功耗设备的数据通信，但其受制于地面网络的覆盖范围，无法为偏远地区提供服务。低轨卫星星座具有支持全球覆盖的特点，可以补充和扩展地面NB-IoT基础设施，这为天基物联网提供一种有效解决方案。面向天基物联网应用需求，在回顾NB-IoT系统体系架构的基础上，分析融合NB-IoT技术的低轨卫星物联网所面临的信道环境高动态时延和频偏等挑战。针对上行随机接入过程，设计有效的用户检测与定时同步方法，该方法具有高性能、低复杂度等优点，能有效解决融合NB-IoT的低轨卫星物联网中的高效随机接入问题。
关键词：NB-IoT ; 低轨卫星 ; 随机接入 ; 定时同步
1 引言
当前，包括Sigfox、远距离无线电（Long Range Radio, LoRa）和窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）等各种地面广域物联网解决方案和标准正在被积极推广应用。Sigfox具有10～40 km的覆盖范围和每天140条消息的传输能力。LoRa是一种开放的低功耗、远距离物联网技术，每个LoRa网关可以管理多达数百万个节点。NB-IoT构建于蜂窝网络，它能够以更低的节点成本和更低的功耗实现广域通信。然而，地面物联网难以部署到偏远地区或地形复杂地区，例如沙漠、海洋、森林等。此时可以利用非地面节点进行辅助通信，以支持全球范围的物联网运营。
相比于地球静止轨道（Geostationary Orbit, GEO）卫星，低轨（Low Earth Orbit, LEO）卫