几何感知补充上行链路技术在直接卫星到设备通信中的集成研究

《IEEE Open Journal of the Communications Society》：Supplementary Uplink for Reliable Direct Satellite-to-Device Communications in LEO Constellations

　　

摘要：

直接卫星到设备（DS2D）通信使标准移动设备无需地面基础设施即可直接连接低地球轨道（LEO）卫星。然而，DS2D上行链路面临严峻挑战，包括传播距离长、路径损耗高、波束边缘退化、多普勒效应以及用户设备（UE）发射功率限制严格。本文研究了将补充上行链路（SUL）技术集成到DS2D系统中，以提高上行链路可靠性和服务连续性。利用LEO轨道的可预测几何特性，我们开发了一种几何感知的SUL框架，该框架保持高频主要上行链路（PUL）作为默认载波，同时根据仰角相关的链路条件选择性地激活低频SUL载波。该框架纳入了目标信干噪比（SINR）、UE发射功率限制、多普勒可接受性和基于载波带宽的目标上行吞吐量等方面的联合可行性约束。我们提出了两种载波选择算法：(i) 具有迟滞特性的基于余量的算法和(ii) 优先考虑UE功率约束的基于功率可行性的算法。仿真结果表明，选择性SUL激活扩大了DS2D上行链路的可行操作区域，特别是在低频PUL失效的低仰角和波束边缘附近。此外，该框架在存在残余多普勒、天气衰减、手持设备阴影和基于载波的总干扰的情况下提高了上行链路的可行性，同时保持低计算复杂度以实现实时运行。