集成卫星—地面无蜂窝大规模 MIMO 物联网系统中的联合功率分配与用户调度

基本信息

• 标题：Joint Power Allocation and User Scheduling in Integrated Satellite-Terrestrial Cell-Free Massive MIMO IoT Systems
• 作者：Trinh Van Chien、Ha An Le、Ta Hai Tung、Hien Quoc Ngo、Symeon Chatzinotas
• 提交日期：2024 年 1 月 8 日
• arXiv 编号：arXiv:2401.03754 [cs.IT]
• 主题分类：信息论（cs.IT）；信号处理（eess.SP）
• 备注：15 页，10 幅图，1 张表，投稿中

摘要

空间通信与地面通信在物联网（IoT）网络中各有优势，均已被证明是有效的解决方案。本文研究多址接入场景：大量 IoT 用户由一颗卫星与地面多个接入点（AP）协同服务。在每个相干区间内，可用用户被划分为被调度与未被调度两个子集，以优化有限的无线电资源。

作者在不完美信道状态信息（CSI）与非正交导频信号的条件下，计算每个被调度用户的上行遍历吞吐量。由于地面网关与各 AP 本地采用最大比合并（maximum-radio combining），上行遍历吞吐量可得到闭式表达式。该解析结果明确揭示了信道条件与导频污染对每个被调度用户的影响。

通过最大化总吞吐量，系统可基于模型方法（交替优化）或基于学习的方法（图神经网络）同时确定被调度用户并执行功率分配。数值结果表明，集成卫星—地面无蜂窝大规模 MIMO 系统能够显著提升相干区间内的总遍历吞吐量；该系统可调度绝大多数用户，但由于功率预算有限，部分用户可能无法获得服务。