The return link of broadband satellite systems has recently received more attention due to the spread of multi-beam antennas which enable spatial frequency reuse, and thus increase drastically the number of users that can potentially be served by one satellite. While interference isolation has so far been the way to go, with regular four-color frequency reuse scheme, there is a growing interest in densifying the frequency usage as is being done in cellular networks. In this paper, we address the return link radio resource allocation challenges, from spectral resource allocation to user scheduling, including modulation and coding scheme (MODCOD) selection. Our contributions highlight the potential gains of a two-color scheme and shed light on several levers to reap its benefits through interference management. We first consider the possibility to use a two-color scheme, while keeping the MODCOD selection and the scheduling local to each beam and we show that even though it yields a potential performance gain (+16%) with respect to the state of the art (SoA) (based on four colors), it is not viable due to a very high-block loss rate. Therefore, we propose a simple-yet fast and efficient-coordinated MODCOD selection process that alleviates the need of estimating interference and reduces drastically decoding failures. This coordination step offers significant gains (+58%) over the SoA, while leaving the per beam scheduler unchanged. Finally, we formulate a joint user scheduling and MODCOD selection problem across all beams and propose an offline heuristic to solve it efficiently. We obtain a 83% gain with respect to the SoA, but with higher computational complexity. Still, it confirms the great potential of coordinated scheduling.

L'augmentation continue de la demande en bande passante pousse les opérateurs à déployer toujours plus d'antennes, et les force à une réutilisation plus agressive des ressources spectrales. Allouer ces ressources aux utilisateurs devient alors une opération délicate, où les interférences jouent un rôle central. Sur le lien montant, le problème est d'autant plus difficile que le niveau d'interférence est fortement lié aux utilisateurs à qui les ressources sont allouées. Cet article traite de l'affectation des ressources (spectrales et temporelles) pour les satellites multi-faisceaux. Cette thématique a été largement étudiée dans le contexte des réseaux cellulaires terrestres, le contexte satellitaire s'en distingue notamment par sa méthode d'accès, ce qui implique des modifications dans le modèle et dans sa méthode de résolution. Une modélisation spécifique du problème est alors présentée, sous la forme d'un problème d'optimisation linéaire en nombres entiers, cherchant à maximiser l'efficacité spectrale du système. Puis l'impact de simplifications exploitant la structure du problème est étudié, permettant de calculer une borne supérieure pour des scénarios réalistes.

High throughput satellites have proven to be an excellent solution to provide Internet services to white spots or to complement other existing infrastructures. With the use of multi-beam antennas, the same frequency may be reused dozens of times across a single satellite coverage area, increasing the system capacity and profitability. Legacy frequency reuse patterns such as uncoordinated 4-color scheme ensure interference isolation at the expense of important capacity reduction, using only one fourth of the operator's share in the scarce Ka band. Thus, to increase the per-beam available bandwidth, it is necessary to look for more aggressive and efficient Frequency Reuse schemes, generating higher Co-Channel Interference which has to be analyzed and handled. In this paper, we focus on the DVB-RCS2 return link of a multi-beam satellite and investigate the possibility of reaching the upper bound of a coordinated 2-color system capacity through the use of Interference-aware User Scheduling techniques. We first formalize the problem as an Integer Linear Program and study the impact of greedy simplifications on the optimality and processing times of our optimization models.

Face à la croissance du nombre d'utilisateurs par satellite, il devient nécessaire d'augmenter la bande passante disponible sur une région. Les systèmes satellites multi-faisceaux avec une répartition des fréquence en 4 couleurs ont déjà permis d'énormes progrès, mais limite la portion de la bande disponible dans chaque spot. Dans nos travaux, nous envisageons une utilisation plus agressive de la bande passante. L'interférence alors générée étant trop importante, nous nous sommes intéressés aux différentes techniques de coordination d'interférence. Pour cela, nous avons abordé plusieurs approches, d'une analyse des schémas de colorations à la formulation et résolution de problèmes d'optimisation permettant d'approcher la borne supérieure de la capacité d'un système.