智能反射面辅助的 LEO 卫星通信：协作无源波束成形与分布式信道估计
信息论
2022-01-11 v1 信号处理
math.IT
摘要
本文考虑一种新型的智能反射面（IRS）辅助 LEO 卫星通信系统，利用海量无源反射元件的可控相移实现灵活波束成形，以低成本应对高机动卫星（SAT）与地面节点（GN）间时变信道。具体地，我们提出一种 IRS 辅助 LEO 卫星通信新架构，在 SAT 与 GN 两侧均部署 IRS，并研究其在视距（LoS）主导的单反射与双反射信道下的协作无源波束成形（CPB）设计。具体而言，我们联合优化 SAT/GN 处的有源发射/接收波束成形以及双侧 IRS 的 CPB，以最大化从 SAT 到各 GN 的整体信道增益。有趣的是，我们证明在 LoS 信道条件下，高维 SAT-GN 信道可分解为两个低维向量的外积。利用该分解信道，我们将原波束成形优化问题解耦为分别对应 SAT 侧与 GN 侧的两个较简单子问题，二者均得闭式解。此外，我们提出一种高效传输协议以进行信道估计与波束跟踪，其仅需 SAT 与 GN 以分布式方式独立处理，从而大幅降低实现复杂度。仿真结果验证了所提双侧协作 IRS 辅助 LEO 卫星通信系统相较传统反射阵列、单侧 IRS 等多种基准方案的性能优势。
引用
@article{arxiv.2201.02913,
title = {Intelligent Reflecting Surface-Aided LEO Satellite Communication: Cooperative Passive Beamforming and Distributed Channel Estimation},
author = {Beixiong Zheng and Shaoe Lin and Rui Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.02913},
year = {2022}
}
备注
major revision, JSAC