A New Proposal and Demonstration of Highly Efficient System Control for Dramatically Increasing the Throughput of Multibeam Satellite Communication System

大幅提高多波束卫星通信系统吞吐量的高效系统控制的新建议和论证

基本信息

批准号：
21K04052
负责人：
中平勝也
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Okinawa National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

100を超える多ビーム数で地上を照射する衛星と、300を超える地上のユーザー端末などから構成されるマルチビーム衛星通信においてシステム全体を統合する新方式を目指した。そのため、当該年度も前年度に引き続き、通信衛星を用いた大規模な実証実験を行うことなく、システムの有効性を実証し評価できる汎用衛星シミュレーターの開発を継続した。各ビームの周波数帯域は繰り返しビーム数によって一意に決まる。そこで、繰り返しビーム数と各ビームに割り当てる電力を調整できるシミュレータとした。本シミュレータを用いることで各ユーザーのスループットを算出できる。総電力5[W]、総周波数帯域幅35[MHz]とし、繰り返しビーム数2、総ビーム数8としてシステム全体のスループプットを求めるシミュレーションを実施した。ビーム毎に異なる中心周波数、周波数帯域幅、電力の3つのパラメータを変化させて、最適化手法Adamを用い総スループットが最大となるように1000回の試行により3つのパラメータを最適化した。その結果、この中で、総スループットが低かった中心周波数の組み合わせは、西日本を覆う5つのビーム7で同一周波数を用いるものであった。一方、スループットが高かった周波数の組み合わせは、いずれも同一周波数を使用するビーム同士が離れているものであった。総ビーム数が8、繰り返しビーム数が2としたとき、合計127通り存在し、隣接するビームで同じ中心周波数を用いるとビーム間干渉が大きくなる。以上より、総スループットに最も大きな影響を与えたパラメータはビーム毎の中心周波数、つまりビーム間干渉であることが明らかとなった。また、総ビーム数が8の中で、最大と最小のスループットの差は1.8倍となっている。ユーザ間のスループットに差が生じるため、各ビームの中に存在する衛星通信ユーザを考慮したパラメーター最適化が必要なことが明らかとなった。

其目的是创建一种将整个系统集成到多波束卫星通信中的新方法，该系统由一颗用 100 多个多波束照射地面的卫星和地面上 300 多个用户终端组成。因此，在本财年，我们和上一年一样，继续开发通用卫星模拟器，无需使用通信卫星进行大规模演示实验，即可演示和评估系统的有效性。每个波束的频带由重复波束的数量唯一确定。因此，我们开发了一个模拟器，可以调整重复光束的数量和分配给每个光束的功率。通过使用该模拟器，可以计算每个用户的吞吐量。通过仿真确定了总功率为5[W]、总频率带宽为35[MHz]、重复波束数为2、波束总数为8时整个系统的吞吐量。每个波束改变三个参数：中心频率、频率带宽和功率，并使用优化方法 Adam 通过 1000 次试验来优化这三个参数，以最大化总吞吐量。结果，总吞吐量最低的中心频率的组合是在覆盖日本西部的五个波束7中使用相同频率的组合。另一方面，所有具有高吞吐量的频率组合都具有彼此分离的使用相同频率的波束。当波束总数为8，重复波束数为2时，总共有127路，如果相邻波束使用相同的中心频率，波束之间的干扰会增加。由上可知，对总吞吐量影响最大的参数是各波束的中心频率，即波束间干扰。另外，在8个波束总数中，最大和最小吞吐量之差为1.8倍。由于用户之间吞吐量的差异，显然需要考虑每个波束中存在的卫星通信用户来优化参数。