博士生王婧在IEEE TWC上发表卫星通信论文

2024年9月，课题组的一篇论文“Joint Beamforming and Illumination Pattern Design for Beam-Hopping LEO Satellite Communications”，被无线通信领域旗舰刊物IEEE Transactions on Wireless Communications（影响因子：8.9）录用。论文的第一作者是博士生王婧同学，第二作者是王婧的指导老师戚晨皓教授，第三作者是澳大利亚悉尼科技大学的Shui Yu教授，第四作者为美国奥本大学的Shiwen Mao教授。

卫星通信可以提供无缝稳定的无线信号覆盖，以补充和扩展地面蜂窝无线通信，因此可以有效解决沙漠、山区和海洋以及偏远地区无线信号覆盖能力不足的问题。相比于中高轨道卫星，低轨（Low Earth Orbit，LEO）卫星更靠近地球，具有无线接入时延低和信号发射功率小等优点。跳波束（Beam Hopping，BH）作为LEO卫星通信的一项关键技术，能够有效减少波束间干扰，提高资源利用率。卫星通信一般会将地面信号覆盖区域划分为多个波位（Beam Position，BP），考虑到同时点亮地面上的所有BP所需的卫星通信资源开销过大，因此，BH在不同的时隙内点亮不同的一些BP，从而实现所有BP轮流被点亮、依次被服务的目的；其中点亮的BP时序构成了点亮模式（Illumination Pattern，IP），如下图所示。此外，为了实现LEO卫星通信的高速率传输，波束成形技术也被广泛采用。因此，本论文结合BH高灵活性和波束成形高增益的优点，考虑了LEO卫星通信的联合波束成形和点亮模式（Beamforming and Illumination Pattern，BIP）设计问题。

论文面向LEO卫星通信的和速率最大化，在卫星通信总功率、混合波束成形（Hybrid Beamforming，HBF）架构、每个波位和速率要求以及每个时隙点亮的最大波位数目约束下，研究了联合BIP设计问题。为了解决HBF约束的非凸性，我们将HBF约束暂时替换为全数字波束成形（Fully-Digital Beamforming，FDBF）约束。首先我们提出了一种全数字波束成形点亮模式随机搜索（FDBF IP Random Search，FDBF–IPRS）方案，该方案通过随机搜索生成卫星通信的点亮模式，再利用分式规划设计卫星的FDBF。为降低计算复杂度，我们提出了全数字波束成形点亮模式交替优化（FDBF IP Alternating Optimization，FDBF-IPAO）方案，将BIP问题解耦为两个子问题，即FDBF设计子问题和点亮模式设计子问题，并交替优化这两个子问题，直至满足迭代停止条件。基于FDBF–IPRS方案和FDBF-IPAO方案，我们提出了一种HBF-AM方案以设计HBF，通过最小化所设计的FDBF和HBF之间的欧氏距离，采用黎曼流形优化方法求解。