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低轨跳波束卫星网络的QoS均衡与干扰抑制
李童1,姚如贵2,樊晔1,左晓亚1,徐娟3
- 1. 西工大
2. 西北工业大学
3. 长安大学
QoS Balancing and Interference Suppression for LEO Beam-hopping Satellite Networks
摘要: 低轨卫星网络的通信业务分布不均匀,多颗卫星根据波束大小将地面区域划分为多个小区。现有研究重点关注星间流量均衡和频率分离,然而星间服务质量(quality of service, QoS)失衡和星间干扰问题随着通信需求激增和频谱资源紧张日益突出。因此,提出了一种频谱共享场景下的多颗低轨-跳波束(beam hopping, BH)卫星网络,通过星间服务质量(quality of service, QoS)均衡和干扰抑制提高了小区的QoS。不同业务类型(如视频、语音、物联网)的小区存在优先级差异,任何小区在一个BH时间窗内至少应有一个时隙服务。因此,提出了用于卫星间小区分簇的小区质量均衡(cell quality equalization, CQE)算法。该算法首先确定了一个损失函数来衡量卫星间服务的公平性,其次引入随机扰动增加小区分簇多样性,最后通过有限次迭代确定分簇结果。由于多颗卫星共享频谱时严重的星间干扰降低了小区的QoS,提出了动态干扰抑制(dynamic interference suppression, DIS)算法。该算法首先通过非线性调整发射功率抑制星间干扰,当调整功率无法有效抑制干扰时,进一步通过控制波束的接入来实施更强力的干扰抑制。仿真结果表明,与最大仰角算法相比,CQE算法减小了70%的星间QoS差距,实现了QoS均衡。与不抑制星间干扰的情况相比,DIS算法确保星间干扰始终低于干扰阈值,最终提高了QoS水平。在干扰阈值为-127dBW时,DIS算法提高了约一倍的QoS。
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