用于增强地面到空间直接上行链路接入的 Rydberg 原子量子卫星
信号处理
2025-10-27 v2
摘要
本文考察了基于 Rydberg 原子量子 (RAQ) 的多输入多输出 (MIMO) 卫星在增强地面到空间直接上行链路接入方面的性能优势。我们通过推导均方误差 (MSE) 和归一化均方误差 (NMSE) 的闭式表达式，对 Rydberg 原子对信道估计的影响进行了分析。基于所估计的信道，我们进一步推导了最大比合并 (MRC) 和零强制 (ZF) 检测方案的可实现数据速率下界。严格的分析表明，在Rayleigh 和卫星信道条件下，RAQ-MIMO 均优于传统射频 (RF) MIMO。具体而言，与传统 MIMO 相比，RAQR 在 Rayleigh 衰落下实现‘平方’增益，尤其在受功率限制的长距离传输场景中效果显著。相反，在以直射 (LoS) 为主导的卫星信道下，这一增益会饱和，因为信道估计的收益减弱，剩余的改进主要来自归一化噪声背景。蒙特卡罗仿真验证了分析结果，表明 RAQ-MIMO 卫星的性能提升转化为更小的天线口径、更低的发射功率和更长的通信范围，从而为下一代卫星网络铺平了道路。
关键词
引用
@article{arxiv.2510.15773,
title = {Rydberg Atomic Quantum Satellites for Enhanced Ground-to-Space Direct Uplink Access},
author = {Qihao Peng and Tierui Gong and Zihang Song and Qu Luo and Cunhua Pan and Pei Xiao and Chau Yuen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.15773},
year = {2025}
}
备注
Submitted to IEEE journals