面向能效的低轨卫星联合跳波束调度和功率分配算法

来源：电子与信息学报杂志2023年第2期北京时间：

作者：梁承超, 段瑞吉, 麻世庆, 唐伦, 陈前斌

单位：重庆邮电大学通信与信息工程学院 重庆 400065

摘要：该文针对低轨(LEO)卫星载荷容量受限且功率资源稀缺的问题，面向搭载跳波束(BH)天线的低轨卫星通信系统，提出一种联合跳波束调度和功率分配机制，在满足用户服务质量需求的前提下降低卫星通信载荷功耗，提高卫星通信系统能效。首先建立时延受限下联合考虑波束调度和功率分配的卫星功耗最小化模型。针对网络拓扑的时变特性，基于李雅普诺夫优化方法，将原多时隙优化问题转化为单时隙优化问题，然后采用交替优化的方法获得单时隙问题的次优解。其中，证明波束调度子问题是凸问题，同时通过逐次凸近似和对数变换将功率分配子问题转为凸问题，并提出相应算法获得子问题最优解。仿真结果表明，提出的策略在保证用户平均时延要求的同时，降低了低轨卫星系统平均功耗，并且可通过调整控制参数实现时延和功耗的动态平衡。

关键词：低轨卫星, 能效, 跳波束, 功率分配, 李雅普诺夫优化方法

基金资助：“十三五”民用航天技术预先研究(D030301)，国家自然科学基金(62001076, 62071078)