天地一体化信息网络 ›› 2021, Vol. 2 ›› Issue (4): 53-59.doi: 10.11959/j.issn.2096-8930.2021043

所属专题: 专题:面向6G的天地一体化信息网络

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基于下行NOMA的多波束卫星通信稳健波束成形算法

阚鹏程, 王子宁, 孔槐聪, 欧阳键, 林敏   

  1. 南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏 南京 210003
  • 修回日期:2021-10-21 出版日期:2021-12-20 发布日期:2021-12-01
  • 作者简介:阚鹏程(1999-),男,南京邮电大学通信与信息工程学院硕士生,主要研究方向为卫星通信、无线通信
    王子宁(1997-),男,南京邮电大学通信与信息工程学院博士生,主要研究方向为无线通信、智能信号处理
    孔槐聪(1995-),男,南京邮电大学通信与信息工程学院博士生,主要研究方向为无线通信、新型多址接入技术
    欧阳键(1983-),男,南京邮电大学通信与信息工程学院副教授,主要研究方向为无人机通信、物理层安全
    林敏(1972-),男,南京邮电大学通信与信息工程学院副教授,主要研究方向为无线通信系统、智能信号处理、天线新技术等

Robust Beamforming Algorithm for Multibeam Satellite Communication Based on Downlink NOMA

Pengcheng KAN, Zining WANG, Huaicong KONG, Jian OUYANG, Min LIN   

  1. School of Communication and Information Engineering, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China
  • Revised:2021-10-21 Online:2021-12-20 Published:2021-12-01

摘要:

为了进一步提高多波束卫星系统的频谱效率,满足多接入的需求,提出一种基于下行非正交多址的稳健波束成形与功率分配方法。在已知非完美信道状态信息条件下,首先,建立满足NOMA用户服务质量和地球站干噪比阈值的概率约束的功率最小化问题;然后,针对此非凸问题,采用伯恩斯坦不等式将概率约束转换成确定形式,并将原问题分解为波束成形和功率分配两个子问题,通过交替迭代完成稳健设计。仿真结果表明,与其他现有方案相比,所提方案具有更好的稳健性和有效性。

关键词: 多波束卫星系统, 非正交多址接入, 概率约束, 功率分配, 波束成形

Abstract:

To improved the spectrum efficiency of multibeam satellite system and meet the requirement of multi-access, a robust beamforming and power allocation scheme based on non-orthogonal multiple access (NOMA) was proposed.Under the condition that the imperfect channel state information was known, fi rstly, a power minimization problem subject to probability constraints of users’ quality of service requirement and earth stations’ interference-to-noise ratio was formulated.In order to address the non-convex problem, we then adopted Bernstein inequality to converted the probability constraints into deterministic forms and decomposed the original problem into beamforming sub-problem and power allocation sub-problem, and the robust design was conducted by alternating optimization.Simulation results showed that the proposed scheme has better robustness and eff ectiveness compared with other existing schemes.

Key words: multibeam satellite system, non-orthogonal multiple access, probability constraint, power allocation, beamforming

中图分类号: 

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