低地球轨道（LEO）MIMO非地面网络中采用混合波束成形技术的无线资源管理

《IEEE Open Journal of Antennas and Propagation》：Radio Resource Management with Hybrid Beamforming for LEO-MIMO Non-Terrestrial Networks

　　

摘要：

本文研究了多用户多输入多输出（MU-MIMO）低地球轨道（LEO）卫星系统中用户调度和波束成形策略。文章考虑了一种基于位置的无线资源管理框架，该框架根据地理距离对用户进行分组，从而避免了对瞬时信道状态信息的需求。在该框架内，研究并比较了两种基于距离的调度算法D-MADOC和D-MCC-DSATUR，以及一种启发式的无线资源管理方法。这些调度策略的性能与不同的波束成形架构进行了评估，包括全数字波束成形、全连接混合波束成形、部分连接混合波束成形和匹配滤波方案。仿真结果表明，波束成形架构是性能的主要决定因素，全数字波束成形实现了最高的信号干扰比（SINR）、吞吐量和总速率容量。然而，由于提出的资源分配算法带来的强空间分离效应，全连接混合波束成形在使用的射频链路数量远少的情况下，仍能接近全数字解决方案的性能。部分连接混合波束成形的性能差距比预期要小，这使其在架构成本和通信性能之间成为了最具吸引力的折中方案。在所研究的调度算法中，D-MADOC和D-MCC-DSATUR在干扰条件下表现相当，并且始终优于启发式方法。总体而言，这些结果强调了共同设计调度和波束成形以提高LEO卫星通信的频谱效率的重要性。