30、卫星通信系统中的预编码与能效优化算法研究

卫星通信系统中的预编码与能效优化算法研究

在卫星通信领域，随着卫星通信服务的快速增长，通信设备的能耗急剧增加，提高卫星通信系统的传输速率和能源效率变得尤为迫切。传统的单站单卫星或多站单卫星上行链路方法已难以满足现有卫星传输需求，单站多卫星结合多输入多输出（MIMO）技术的信号上行链路成为未来的主要发展趋势。本文将介绍两种重要算法：基于分布式信道状态信息（CSI）的RB - WMMSE预编码算法和单站多卫星MIMO上行链路系统的能效优化算法（SM - EEOA）。

基于分布式CSI的RB - WMMSE预编码算法

在多测量控制站多卫星MIMO注入系统中，传统的WMMSE算法只能找到局部最优解。通过引入优化变量$W_{ik}$（MSE算法的权重矩阵），可将优化问题转化为全局优化问题。

优化问题的数学表达式如下：
- 原优化问题：
$\text{minimize} \quad \sum_{(i,k)} \alpha_{ik} \left( \text{Tr}(W_{ik}E_{ik}) - \log \det(W_{ik}) \right)$
$\text{subject to} \quad \sum_{k = 1}^{K_c} \text{Tr}(V_{ik}V_{ik}^H) \leq P_i, \quad i = 1, \ldots, K_t$

由于CSI的不确定性，在交替最小化求解特征变量时，需要考虑其影响。求解预编码器时考虑测量控制站的情况，求解接收滤波器和MSE权重矩阵时考虑卫星的CSI不确定性。

具体的交替最小化过程如下：
1. 固定$A_{ik}$和$W_{ik}$，求解预编码矩阵$V_{i