多波束 LEO 卫星网络中面向协作定位的联合波束调度与波束成形设计
信息论
2024-04-02 v1 信号处理
math.IT
摘要
利用多颗低轨 (LEO) 卫星进行协作定位在提供基于位置的服务和增强星地通信方面极具前景。然而，定位精度受波束间干扰和星地拓扑几何的极大影响。为了从可见卫星中选择最佳卫星组合并抑制波束间干扰，本文探索了多波束 LEO 卫星灵活波束调度和波束成形的利用，该方法可调整波束方向指向同一地面固定小区以同时发送定位信号。通过利用 Cramér-Rao 下界 (CRLB) 表征用户到达时间差 (TDOA) 定位精度，所研究的问题被公式化，旨在波束调度和波束发射功率约束下优化用户定位精度。为处理该混合整数非凸问题，我们将其分解为内部波束成形设计问题和外部波束调度问题。对于前者，我们首先证明用户定位精度与其感知的信号与干扰加噪声比 (SINR) 之间的单调关系以重构该问题，随后采用半定松弛 (SDR) 进行波束成形设计。对于外部问题，提出了一种启发式低复杂度波束调度方案，其核心思想是调度具有较低信道相关性的用户以减轻波束间干扰，同时寻求合适的星地拓扑几何。仿真结果验证了本文提出的面向定位的波束成形和波束调度方案具有优越的定位性能，结果表明，当波束发射功率为 20 dBw 时，与传统的波束成形和波束调度方案相比，平均用户定位精度分别提高了 和 。
引用
@article{arxiv.2404.01148,
title = {Joint Beam Scheduling and Beamforming Design for Cooperative Positioning in Multi-beam LEO Satellite Networks},
author = {Hongtao Xv and Yaohua Sun and Yafei Zhao and Mugen Peng and Shijie Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.01148},
year = {2024}
}