缓存在多波束卫星通信中实现最高可达5倍的频谱效率
信息论
2026-01-13 v1 math.IT
摘要
本文考察了向量编码缓存 (vector coded caching, VCC) 集成到多波束卫星通信 (SATCOM) 系统中的情况，并证明了即使受限于接收端缓存，也能显著提升频谱效率。通过利用缓存内容抑制干扰，VCC 使能够同时传输多个预编码信号向量而不会因需要单独的传输资源而受限。这导致了 SATCOM 中资源利用的乘法性提升。为量化这种性能，我们采用雷利-阴影衰落模型构建卫星到地面的信道，并纳入诸多实际考虑因素，如匹配滤波预编码、信道状态信息 (CSI) 获取开销以及信道状态信息在发射端的不完美情况，我们在此推导了 VCC 在 SATCOM 中的平均总速率和频谱效率提升的闭式表达式。我们的分析通过数值仿真得到严格验证，表明 VCC 相对于具有相同资源的传统多用户 MISO SATCOM 可实现 300% 至 550% 的频谱效率提升。这些提升——与多播、预取收益或文件流行度无关——凸显了 VCC 作为未来高吞吐 SATCOM 系统的纯物理层解决方案，显著缩小了卫星网络与有线网络之间的性能差距。
引用
@article{arxiv.2601.06925,
title = {Caching Yields up to 5x Spectral Efficiency in Multi-Beam Satellite Communications},
author = {Hui Zhao and Dirk Slock and Petros Elia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.06925},
year = {2026}
}
备注
11 pages, 6 figures