Low Earth orbit (LEO) satellite links experience rapid angular variation due to high orbital velocities, which causes severe beam misalignment and array gain degradation under conventional fixed-antenna architectures. In this letter, we propose a rotatable antenna (RA)-enabled LEO communication framework, where RA arrays are deployed at both the satellite and the ground node (GN) to exploit antenna boresight reconfiguration as an additional spatial degree-of-freedom (DoF) for maintaining directional alignment under high mobility. By leveraging the rank-one line-of-sight (LoS) channel structure inherent to satellite links, we derive closed-form solutions for the joint design of the transmit/receive beamforming and antenna boresight directions, revealing that optimal performance can be achieved via decoupled alignment across antennas with low computational complexity. To enable practical operation under dynamic conditions, we further develop a channel estimation and beam tracking protocol that exploits the predictable satellite orbit to continuously update boresight directions with low training overhead. Simulation results demonstrate that the proposed RA-enabled design significantly outperforms fixed and random boresight baselines in terms of achievable rate and robustness to angular variations, highlighting the effectiveness of rotational spatial reconfiguration in high-mobility satellite communications.


翻译:低地球轨道(LEO)卫星链路因高速轨道运动造成快速角度变化,在传统固定天线架构下会导致严重的波束失准与阵列增益退化。本文提出一种基于可旋转天线(RA)的LEO通信框架,在卫星与地面节点(GN)两端部署RA阵列,将天线波束指向重构作为额外的空间自由度(DoF),以在高机动条件下维持方向对准。通过利用卫星链路固有的秩一线视距(LoS)信道结构,我们推导出发送/接收波束成形与天线波束指向联合设计的闭式解,揭示了通过天线间的解耦对准可低计算复杂度实现最优性能。为在动态条件下实现实际运行,我们进一步开发了信道估计与波束跟踪协议,利用可预测的卫星轨道持续更新波束指向方向并降低训练开销。仿真结果表明,所提出的RA架构在可实现速率与角度变化鲁棒性方面显著优于固定与随机波束指向基准方案,凸显了旋转空间重构在高机动卫星通信中的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

设计是对现有状的一种重新认识和打破重组的过程,设计让一切变得更美。
面向军用卫星通信的更具韧性方案
专知会员服务
17+阅读 · 1月30日
AI如何帮助卫星遥感释放价值?
未来论坛
19+阅读 · 2018年8月8日
Maplab:研究视觉惯性建图和定位的开源框架
泡泡机器人SLAM
16+阅读 · 2018年4月4日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
VIP会员
最新内容
《异构无人水面艇集群作战自主制导算法》130页
《人工智能能通过美国陆军战争学院吗?》报告
军事域人工智能驱动系统的治理
专知会员服务
4+阅读 · 9月14日
相关资讯
AI如何帮助卫星遥感释放价值?
未来论坛
19+阅读 · 2018年8月8日
Maplab:研究视觉惯性建图和定位的开源框架
泡泡机器人SLAM
16+阅读 · 2018年4月4日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员