面向多LEO上行通信的集成定位与通信：基于双时间尺度卡尔曼滤波的框架
信号处理
2025-11-19 v1
摘要
低轨道（LEO）卫星是未来非地面网络（NTN）的关键组成部分，因其具有低延迟、稳健信号强度、较短的覆盖时间以及密集星座等优势。然而，由于严重的信号衰减（源于长距离传输距离）和短暂的信道一致时间，获取LEO卫星通信的可靠信道状态信息（CSI）仍具有挑战性。尽管存在这些挑战，LEO信道受益于显著的视线支配性以及与定位信息内在相关的几何特性。在本文中，我们提出一种面向多LEO卫星网络的集成定位与通信（IPAC）框架，以解决LEO信道独有的挑战。具体而言，我们利用信道内置的LEO定位，利用用户位置信息来改善上行CSI获取。为克服单卫星系统的链路预算限制，采用了合作多LEO上行数据检测。通过利用与位置相关参数（大时间尺度）和随机信道增益（小时间尺度）的不同一致时间尺度，我们发展了基于双时间尺度卡尔曼滤波的IPAC框架：用于跟踪用户位置和速度的大时间尺度下无迹卡尔曼滤波（UKF），以及利用大时间尺度获取的位置信息，用于改进小时间尺度的数据导向上行信道估计的卡尔曼滤波。最后，通过期望最大化（EM）算法联合解决信道估计和合作数据检测两个任务。数值结果表明，所提出的IPAC方法在信道估计精度和通信性能方面优于传统基准方法。
引用
@article{arxiv.2511.14421,
title = {Integrated Positioning and Communication for Cooperative Multi-LEO Uplink Communications: A Dual-Timescale Kalman Filter-Aided Approach},
author = {Ali Hanif and Yuchen Zhang and Pinjun Zheng and Tareq Y. Al-Naffouri},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.14421},
year = {2025}
}