In this paper, we consider a cooperative communication network where multiple satellites provide services for ground users (GUs) (at the same time and on the same frequency). The communication and computational resources on satellites are usually restricted and the satellite-GU link determination affects the communication performance significantly when multiple satellites provide services for multiple GUs in a collaborative manner. Therefore, considering the limitation of the on-board radio-frequency chains, we first propose a hybrid beamforming method consisting of analog beamforming for beam alignment and digital beamforming for interference mitigation. Then, to establish appropriate connections between satellites and GUs, we propose a heuristic user scheduling algorithm which determines the connections according to the total spectral efficiency (SE) increment of the multi-satellite cooperative network. Next, a joint hybrid beamforming and user scheduling scheme is proposed to dramatically improve the performance of the multi-satellite cooperative network. Moreover, simulations are conducted to compare the proposed schemes with representative baselines and analyze the key factors influencing the performance of the multi-satellite cooperative network. It is shown that the proposed joint beamforming and user scheduling approach can provide 47.2% SE improvement on average as compared with its non-joint counterpart.


翻译:在本文中,我们考虑一个合作通信网络,多颗卫星为地面用户提供服务(同时以同一频率);卫星上的通信和计算资源通常受到限制,而卫星-GU链接的确定在多颗卫星以协作方式为多个GU提供服务时对通信性能产生重大影响;因此,考虑到机载无线电频率链的局限性,我们首先提出一种混合波束成型方法,其中包括波束对齐和数字波束对减轻干扰的模拟波束成型;然后,为了在卫星和GU之间建立适当的连接,我们提议一种超模化的用户排期算法,根据多卫星合作网络的光谱效率总增速确定连接;然后,提议一个联合波形和用户排期计划,以大大改善多卫星合作网络的性能;此外,还进行模拟,将拟议的计划与具有代表性的基线进行比较,并分析影响多卫星合作网络业绩的关键因素;我们表明,拟议的联合成型和用户排期算法可以提供47.2%的SE平均比对等改进。

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