面向低地球轨道（LEO）卫星群体的分布式预编码设计：一种应对相位误差不确定性的稳健方法

《IEEE Open Journal of the Communications Society》：Distributed Precoding Design for LEO Satellite Swarms: A Robust Approach to Phase Error Uncertainty

　　

摘要：

基于低地球轨道（LEO）的卫星通信系统在降低延迟和增强全球连接覆盖范围方面具有显著优势。为了进一步提高通信容量和空间分辨率，人们越来越需要使用LEO卫星群，这些卫星群可以实现分布式波束成形，并为密集的用户群体提供可扩展的服务。然而，LEO卫星群的分布式特性带来了挑战，尤其是在实现卫星间精确的相位同步以实现相干传输方面。在这项工作中，我们研究了从LEO卫星群向多个地面用户进行下行传输的分布式预编码设计问题，同时考虑了卫星间相位同步的不完美性。目标是在确保每个用户的信噪干扰比（SINR）满足概率服务质量约束的同时，最大化预期的总传输速率。我们利用相位误差的统计分布，开发了一个分析框架来解决这个非凸问题，从而使得问题表述更为简洁和易于处理。与传统基于样本的方法相比，这种方法在理论复杂性上有了显著降低。此外，该方法还针对高斯和均匀相位误差分布进行了专门优化，并推导出了相应的封闭形式解。仿真结果表明，所提出的鲁棒设计在性能上始终优于基准预编码方案，并且在相位误差方差保持在某个临界阈值以下的情况下，其性能优于单个卫星上的共位天线阵列。