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다중 저궤도 위성 시스템에서 핫스팟 지역을 고려한 빔호핑 기법
본 논문은 다중 저궤도 위성 시스템에서 핫스팟 지역을 효율적으로 지원하기 위한 빔호핑 기법을 연구하였다. 특히, 저궤도 위성 시스템에서는 트래픽 수요가 많은 지역이 존재하고, 커버리지가 중첩되는 특성을 반영하여 빔호핑 기법을 연구하였다. 기존 빔호핑에서는 빔 간 간섭으로 인해서 인접한 셀을 동시에 서비스하지 못한다는 제약조건을 가지고 있다. 이에 따라서, 인접한 핫스팟 셀들을 할당받은 위성은 핫스팟 셀을 동시에 서비스할 수 없기 때문에, 자원을 효율적으로 할당하지 못하는 문제가 발생한다. 이에 핫스팟 셀 간에 공간적 격리를 제약조건으로 가지는 셀-위성 할당 기법을 제안하였다. 단일 위성에서는 인접하지 않은 핫스팟 셀들을 할당받기 때문에, 셀들의 트래픽에 따라서 빔을 더 효율적으로 할당해 주는 결과를 보였다.
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다중 저궤도 위성 시스템에서 핫스팟 지역을 고려한 빔호핑 기법
본 논문은 다중 저궤도 위성 시스템에서 핫스팟 지역을 효율적으로 지원하기 위한 빔호핑 기법을 연구하였다. 특히, 저궤도 위성 시스템에서는 트래픽 수요가 많은 지역이 존재하고, 커버리지가 중첩되는 특성을 반영하여 빔호핑 기법을 연구하였다. 기존 빔호핑에서는 빔 간 간섭으로 인해서 인접한 셀을 동시에 서비스하지 못한다는 제약조건을 가지고 있다. 이에 따라서, 인접한 핫스팟 셀들을 할당받은 위성은 핫스팟 셀을 동시에 서비스할 수 없기 때문에, 자원을 효율적으로 할당하지 못하는 문제가 발생한다. 이에 핫스팟 셀 간에 공간적 격리를 제약조건으로 가지는 셀-위성 할당 기법을 제안하였다. 단일 위성에서는 인접하지 않은 핫스팟 셀들을 할당받기 때문에, 셀들의 트래픽에 따라서 빔을 더 효율적으로 할당해 주는 결과를 보였다.
시뮬레이션을 통해서 기존 기법과 제안 기법을 비교하였을 때, throughput 관점에서 5%의 성능 이득을 달성함을 보여준다. 또한, unused capacity와 unmet capacity의 성능 이득을 통해서, 제안 기법이 기존 기법보다 자원을 더 효율적으로 할당해주는 것을 보였다. 더 나아가, 실제 지역별 인구 분포 데이터를 기반으로 모델링한 트래픽 모델에서 시뮬레이션을 진행하였다. 제안 기법이 기존 기법보다 achieved ratio 관점에서 성능 향상이 있음을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

MULTI-SATELLITE BEAM HOPPING FOR HIGH-TRAFFIC DEMAND
AREA IN LEO SATELLITE COMMUNICATION SYSTEM
In satellite communication, beam hopping is a promising technique to deal with nonuniform traffic demand by employing the freedom of time and space freedom of beams. Nonetheless, due to the lack o...

MULTI-SATELLITE BEAM HOPPING FOR HIGH-TRAFFIC DEMAND
AREA IN LEO SATELLITE COMMUNICATION SYSTEM
In satellite communication, beam hopping is a promising technique to deal with nonuniform traffic demand by employing the freedom of time and space freedom of beams. Nonetheless, due to the lack of low-earth orbit (LEO) satellite studies, beam hopping in LEO satellites does not properly reflect the characteristics of LEO satellites. For seamless coverage, the LEO satellite system operates as a mega constellation which results in
overlapping coverage areas. Additionally, due to LEO’s wide coverage and high mobility, traffic demand of ground users follow a geographic non-uniform distribution and a timevarying feature.
Motivated by the limitation of current studies and the characteristics of LEO satellites mentioned above, we propose a new beam-hopping scheme in multi-satellite systems, which reflects high-traffic demand areas and characteristic of overlapping coverage of satellites. We divide the multi-satellite beam hopping problem into cell-satellite allocation and single-satellite beam hopping pattern design. We propose an algorithm that uses
different cell-satellite allocation schemes according to the traffic volume of the region. Specifically, we propose a cell-satellite allocation scheme for areas with high traffic demand, allowing more flexibility in designing beam hopping patterns of hot spot cells. Furthermore, cell-satellite allocation scheme for low-traffic demand areas is proposed to simultaneously service as many cells as the number of beams.
The simulation result shows that the proposed scheme achieves almost 5% performance gain compared to the reference multi-satellite beam hopping scheme in terms of achieved throughput. Also, the proposed scheme is superior to the conventional scheme in terms of unused capacity and unmet capacity. Furthermore, traffic demand based on the actual population distribution of the region was reflected in the simulation. And the simulation results show that the proposed scheme achieves performance gain compared to the conventional scheme in terms of achieved ratio. We expect that the proposed scheme builds the fundamental of the multi-satellite beam hopping problem in the high-traffic demand area.

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