《大型通信卫星星座的资源分配优化》316页

在信息驱动的世界里，卫星通信正成为保持连接的关键技术。近年来，老牌企业（如 SES 和 Telesat）以及新的竞争者（如 SpaceX 和亚马逊）都提出了利用数千颗卫星为数十万用户提供服务的星座。虽然每种设计的轨道配置各不相同，但下一代卫星通信依赖于高度灵活的数字有效载荷，如相控阵天线、机载处理以及自适应调制和编码方案。目前已经提出了几种方法来处理航天器层面增加的灵活性所带来的复杂性。然而，如何解决对下一代系统运行至关重要的星座层面的灵活性问题，仍然是一个未决问题。

本文为下一代通信星座的设计和运行开发了基于优化的决策框架。特别是，针对波束成形、用户分组、卫星路由、频率分配和网关路由问题提出了新方法，这些方法是为具有多高度卫星的大型非地球静止轨道星座（称为混合系统）量身定制的。这些方法利用优化来找到一组优化决策，最大限度地提高容量和服务质量，最大限度地减少必要的地面基础设施，同时避免干扰。然后，在数十万用户的代表性运行条件下，利用现有的星座设计对所提出的方法进行组合、测试和评估。

报告结果证明，所提出的技术能够将这些系统的容量提高两倍，同时在服务质量和必要的地面基础设施方面进行有利的权衡。通过测试现有设计，得出的结论是卫星数量和链路质量是性能的主要驱动因素。此外，分析表明，由于结合了低空卫星的高质量链路和高空卫星的高覆盖率，混合星座比其他设计更具优势。此外，本论文还研究了低地轨道-近地轨道混合星座中不同高度卫星的最佳比例。结果表明，当近地轨道卫星和低地轨道卫星的成本相当且干扰最小时，混合星座是可取的。

表 1.1： 拟议星座的轨道特征摘要。A 代表联邦通信委员会批准，P 代表有待修改，* 代表仅提交给国际电信联盟的建议。

图 1-3：资源分配子问题和子问题之间的依赖关系。每个子问题都与一个字母相关联，但并不代表特定的分辨率序列。每个图像代表一个 RAP 子问题。子问题之间的依赖关系用灰色箭头表示。由于找到可行解决方案的复杂性，蓝色区域中的子问题需要在操作前解决，而灰色阴影中的子问题可以在操作过程中解决。