服务质量与恒模约束下低轨卫星通信中的展宽波束均匀矩形阵列系数设计
信号处理
2024-12-05 v3
摘要
卫星通信 (SatComs) 有望提供全球互联网接入。与中地球轨道 (MEO) 和地球静止轨道 (GEO) 卫星相比，低地球轨道 (LEO) 卫星因其链路预算降低而具有更高的下行链路容量优势。本文研究了 LEO 卫星通信中均匀矩形阵列 (URA) 的波束展宽方法。所提出的方法是首个联合考虑以下因素的方法：由于地球曲率导致的从卫星到用户终端 (UT) 的路径损耗变化以保证服务质量 (QoS)、有利于最大化功率放大器 (PA) 效率的恒模约束 (CMCs)，以及为避免干扰的波束外辐射抑制。我们将展宽波束 URA 系数设计问题公式化，并利用 Kronecker 积波束成形将其分解为两个均匀线性阵列 (ULA) 设计子问题。通过这种分解，需要优化的波束成形系数数量相比原始 URA 设计问题显著减少。非凸 ULA 子问题使用半定松弛 (SDR) 技术和凸迭代算法解决。仿真结果揭示了所提出方法在抑制波束外辐射和实现设计标准方面的优势。此外，还进行了信道容量评估。结果表明，当考虑波束转换时间时，所提出的“展宽波束”波束成形器提供的容量至少是采用阵列导向矢量的波束成形器的四倍。所提出的方法在 LEO 卫星广播应用（如数字视频广播 DVB）中具有潜力。
引用
@article{arxiv.2403.07435,
title = {Broadened-beam Uniform Rectangular Array Coefficient Design in LEO SatComs Under Quality of Service and Constant Modulus Constraints},
author = {Weiting Lin and Yuchieh Wu and Borching Su},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.07435},
year = {2024}
}
备注
19 pages, 19 figures. This work has been submitted to the IEEE for possible publication