面向现实操作约束的IoT-LEO卫星系统建模与性能分析：基于随机几何的方法

当前针对IoT-LEO卫星系统的理论研究常依赖不切实际的假设，如无限地面区域和全向卫星覆盖，导致针对更现实操作约束的理论分析存在显著空白。这些约束包括有限的地面区域、受限的卫星覆盖范围、地球曲率效应、上行链路和下行链路分析以及链路相关的干扰。为解决此问题，本文提出一种基于随机几何的新型模型，对IoT-LEO卫星系统的性能进行严格分析。通过采用二项点过程（BPP）而非常用的泊松点过程（PPP），该模型准确刻画了固定数量IoT设备在有限地面区域内的地理分布。该建模框架使我们能够推导从地面IoT设备到卫星（T-S）以及从卫星到地面站（S-ES）的链路距离分布函数，同时考虑受限卫星覆盖和地球曲率效应。为真实代表信道条件，针对T-S链路采用 Nakagami衰落模型以刻画多样化的小尺度衰落环境，针对S-ES链路采用阴影Rician衰落模型以捕捉阴影和主导直射路径综合效应。此外，分析还包含上行链路和下行链路干扰，确保了对系统性能的全面评估。通过大规模蒙特卡罗仿真验证了理论框架的准确性和有效性。这些结果为关键绩效指标（如覆盖概率和平均熵率）提供了洞见，涵盖单个链路和整个系统。