通过主动装备 LEO 卫星的星际通信网络提升能源与频谱效率
系统与控制
2025-09-01 v1 系统与控制
信号处理
摘要
本文研究了一种由主动堆叠智能超材料 (ASIM) 提供支持的低轨道 (LEO) 卫星通信系统。ASIM 安装在卫星太阳能板背板上，以高效利用受限的 onboard 空间并降低主卫星功率放大器需求。该系统通过率分配多址访问 (RSMA) 为多个地面用户提供服务，通过共生无线网络为物联网设备提供服务。ASIM 中的多层顺序处理可提高有效信道增益并抑制用户间干扰，优于主动 RIS 和越对角线 RIS 设计。评估了三种优化方法：块坐标下降与连续凸近似 (BCD-SCA)、模型辅助多智能体约束软演员-评论家 (MA-CSAC) 和多约束原型策略优化 (MCPPO)。仿真结果表明，BCD-SCA 在无学习情形下的凸场景中快速稳定收敛，MCPPO 在初始收敛速度与稳定性之间取得平衡，MA-CSAC 在大规模网络中实现最高的长期频谱与能源效率。分析了 ASIM 元素、卫星天线及发射功率下的能源-频谱效率权衡。总体而言，本研究表明，将多层 ASIM 与合适的优化算法集成，可为下一代 LEO 卫星通信提供一种可扩展、高效且高性能的解决方案。
引用
@article{arxiv.2508.17149,
title = {Enhancing Energy and Spectral Efficiency in IoT-Cellular Networks via Active SIM-Equipped LEO Satellites},
author = {Rahman Saadat Yeganeh and Hamid Behroozi and Mohammad Javad Omidi and Mohammad Robat Mili and Eduard A. Jorswieck and Symeon Chatzinotas},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.17149},
year = {2025}
}