面向非地面网络多QoS保障的低地球轨道卫星星座设计  被引量:1

LEO satellite constellation design with multi-QoS guarantee for non-terrestrial network

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作  者:王汝言[1,2,3] 叶显熠 何鹏 崔亚平[1,2,3] 吴大鹏 Alexander Fedotov WANG Ruyan;YE Xianyi;HE Peng;CUI Yaping;WU Dapeng;Alexander Fedotov(School of Communications and Information Engineering,Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065,China;Advanced Network and Intelligent Connection Technology Key Laboratory of Chongqing Education Commission of China,Chongqing 400065,China;Chongqing Key Laboratory of Ubiquitous Sensing and Networking,Chongqing 400065,China;Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University,St.Petersburg 195251,Russia)

机构地区:[1]重庆邮电大学通信与信息工程学院,重庆400065 [2]先进网络与智能互联技术重庆市高校重点实验室,重庆400065 [3]泛在感知与互联重庆市重点实验室,重庆400065 [4]圣彼得堡彼得大帝理工大学,圣彼得堡195251

出  处:《通信学报》2023年第12期61-77,共17页Journal on Communications

基  金:国家自然科学基金资助项目(No.61901070,No.61801065,No.62271096,No.61871062,No.U20A20157,No.62061007);重庆市教委科学技术研究基金资助项目(No.KJQN202000603,No.KJQN201900611);重庆市自然科学基金资助项目(No.CSTB2022NSCQ-MSX0468,No.cstc2020jcyjzdxmX0024,No.cstc2021jcyjmsxmX0892);重庆市高校创新研究群体基金资助项目(No.CXQT20017);重庆市研究生科研创新基金资助项目(No.CYB22246);重邮信通青创团队支持计划基金资助项目(No.SCIE-QN-2022-04)。

摘  要:低地球轨道卫星星座(LSC)能够为非地面网络(NTN)提供无缝和快速连接,但无法为用户提供足够的服务质量保障,严重影响了NTN系统性能。综合考虑多个QoS指标,建立了LSC的容量与下行链路预算模型,进而,将星间链路的建立制定为QoS保障的链路预算问题。提出了带有改进交叉和变异算子的非支配排序遗传算法(INSGA-II)优化LSC的配置,实现多重覆盖率和系统容量的最大化以及星座成本的最小化。数值结果表明,与Telesat和Kepler相比,所设计的LSC具有相当甚至更高的性能,且其星座规模仅为Kepler系统的64%。LEO satellite constellation(LSC)offers seamless and fast connectivity for non-terrestrial network(NTN).However,the lack of QoS guarantees for users significantly impacts the performance of the NTN system.Considering multi-QoS metrics,a capacity and downlink budget model for LSC was established,and subsequently,the establishment of inter-satellite links was framed as a link budget issue for the QoS guarantee.The non-dominated sorting genetic algo-rithm(INSGA-II)with improved crossover and mutation operators was proposed to optimize LSC,aiming to maximize coverage and system capacity while minimizing constellation costs.The numerical results demonstrate that the designed LSC exhibits comparable or superior performance to Telesat and Kepler,and its scale is only 64%of the Kepler system.

关 键 词:非地面网络 低地球轨道卫星星座设计 QOS保障 多目标优化 星间链路 

分 类 号:TN927[电子电信—通信与信息系统]

 

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