动态多波束低地球轨道卫星网络中的联合波束方向控制与无线电资源分配

多波束低地球轨道 (LEO) 卫星正成为 5G 后时代及 6G 提供全球覆盖和高数据速率的关键组件。为了充分释放 LEO 卫星通信的潜力，资源管理起着关键作用。然而，用户分布不均、多维资源耦合、复杂的波束间干扰以及时变的网络拓扑都给有效的通信资源管理带来了重大挑战。在本文中，我们研究了动态多波束 LEO 卫星网络中波束方向与频谱、时间及功率资源分配的联合优化问题。目标是在考虑用户公平性的同时提高长期用户总数据速率。由于所关注的资源管理问题是混合整数非凸规划，该问题被分解为三个子问题，即波束方向控制与时隙分配、用户子信道分配以及波束功率分配。随后，利用带有外部性的匹配理论和逐次凸逼近迭代求解这些子问题，并对所提算法的稳定性、收敛性和复杂度进行了分析。大量仿真结果表明，与基准方案相比，我们的方案可将服务用户数提高多达两倍，并将用户总数据速率提高多达 68%。