Satellite Clustering for Non-Terrestrial Networks: Orbital Configuration-Dependent Outage Analysis

计算机科学 衰退 电信线路 Nakagami分布 卫星 拓扑(电路) 聚类分析 随机几何学 算法 物理 数学 电信 统计 解码方法 组合数学 机器学习 天文
作者
Dong‐Hyun Jung,Joon-Gyu Ryu,Junil Choi
出处
期刊:IEEE Wireless Communications Letters [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:13 (2): 550-554
标识
DOI:10.1109/lwc.2023.3335918
摘要

This paper considers a downlink satellite communication system where a satellite cluster, i.e., a satellite swarm consisting of one leader and multiple follower satellites, serves a ground terminal. The satellites in the cluster form either a linear or circular formation moving in a group and cooperatively sending their signals by maximum ratio transmission precoding. We first conduct a coordinate transformation to effectively capture the relative positions of satellites in the cluster. Next, we derive an exact expression for the orbital configuration-dependent outage probability under the Nakagami fading by using the distribution of the sum of independent Gamma random variables. In addition, we obtain a simpler approximated expression for the outage probability with the help of second-order moment-matching. We also analyze asymptotic behavior in the high signal-to-noise ratio regime and the diversity order of the outage performance. Finally, we verify the analytical results through Monte Carlo simulations. Our analytical results provide the performance of satellite cluster-based communication systems based on specific orbital configurations, which can be used to design reliable satellite clusters in terms of cluster size, formation, and orbits.
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