Teeninduse infotelefon
+ 86 0755-23615795
Ilmumiskuupäev: 2021-12-28Autori allikas: KinghelmVaated : 3205
sissejuhatus
Mobiilse Interneti kiire arengu ning intelligentsete lõppseadmete populaarsuse ja rakendamisega seavad inimesed mobiilside kiirusele kõrgemaid nõudeid. Viienda põlvkonna mobiilsidesüsteemi (5g) eesmärk on pakkuda tippkiirust 10 Gbps ~ 20 Gbps ja kasutajakogemuse kiirust 100 Mbps ~ 1 Gbps, et rahuldada suuremaid ärivajadusi. 5g saab laialdaselt kasutada tihedalt asustatud piirkondades, kuna sellel on suur traadita side teenuse võimsus, palju teenuseid ja suur kiirus. Hajaasustusaladel või piirkondades, kus maapealseid võrke on keeruline rajada, on aga raske selle eelistele täit mängu anda. Võrreldes maapealse mobiilsidevõrguga on satelliitsidesüsteemil peamiselt võrreldamatud eelised, nagu lai leviala, suur sidevõimsus, väike mõju maastikule, suur paindlikkus ja kohanemine mitmesuguste teenustega. Seetõttu saab satelliiti kasutada hõredalt asustatud alade või piirkondade katmiseks, kus maapealset võrku on raske rajada, moodustades maapealse võrguga hea komplementaarsuse, et saavutada tegelik globaalne katvus, pakkuda globaalsetele kasutajatele diferentseerimata sideteenuseid.
Tegelikult on satelliitside rakendamine varasem kui maapealse mobiilse traadita side loomine. Esimene kommertsside satelliitsidesüsteem maailmas oli varajase lind, mille käivitas ja haldas rahvusvaheline satelliitsideorganisatsioon (intersat) 1965. aastal.1980ndatel hakati ehitama satelliidisüsteemi ja maailma esimese põlvkonna traadita mobiilsidesüsteemi.Viimastel aastakümnetel on rahvusvaheliselt kasutusele võetud satelliitsidesüsteemide hulgas geostatsionaarsel orbiidil mitte ainult INMARSAT, Thuraya ja viasat, vaid ka iriidium, globaalne täht ja orbcom madalal Maa orbiidil.Eriti alates 2015. aastast on Leo Interneti-suhtluskonstellatsioonide, nagu oneweb ja Starlink, ülesehitamisel toimunud hoog, mis on pälvinud palju tähelepanu.Satelliitsidesüsteemi ja maapealse traadita sidesüsteemi integreerimine on taas muutunud põhjaliku tutvustamise arengusuunaks maailmas.
01Satelliidi ja 5g termotuumasünteesi uurimistöö
21. sajandi alguses panid operaatorid satelliitside sisenema tavaturule, saades loa satelliitside maapealse hübriidsidevõrgu loomiseks ning lisasid maapealse abikomponendi (ATC) või maapealse lisakomponendi (CGC), et laiendada satelliitsidevõrku. . ATC viitab satelliit-mobiilside maapealsele abitugijaamale. Satelliit ja suur hulk ATC tugijaamu on kombineeritud, et saavutada sujuv katvus suurel alal, nii et seda saab kasutada satelliitside probleemi lahendamiseksLinnades, kus on kõrghooned ja kehv sisemine leviala, kuid sellega kaasnevad ka mõned probleemidKeerulised probleemid, nagu satelliidi ja ATC tugijaamade sagedusmultipleksimine, maa- ja taevasüsteemide üleandmise ja koordineerimise juhtimine.
Seoses 5g tehnoloogia arenemisega on 5g ja satelliidi integreerimine pälvinud laialdast tähelepanu nii kodus kui ka välismaal. Standardiorganisatsioonid, nagu Rahvusvaheline Telekommunikatsiooni Liit (ITU) ja Kolmanda põlvkonna partnerlusprogramm (3GPP) on investeerinud palju energiat satelliitidega integreeritud 5g süsteemi tehnilisse tutvustamisse.
1) 2016. aastal tegi Rahvusvaheline Telekommunikatsiooni Liit ettepaneku, et "järgmise põlvkonna mobiilsidevõrk peaks vastama nõudlusele, et kasutajad pääseksid teenustele igal ajal ja igal pool" ning käivitas itu-rm. [NGAT] satelliitjuurdepääsu tehnoloogia valdkonnas SAT-standardi uurimiseks pakutakse välja neli tüüpilist rakendusstsenaariumit satelliidi maapealseks integreerimiseks, sealhulgas lairiba edastamise teenus, andmete tagastamise ja levitamise teenus, lairiba mobiilsideteenus ja hübriidmultimeediumiteenus, nagu näidatud alloleval joonisel ja määratletud põhiomadused ülaltoodud rakenduste toetamiseks. Lisaks edendas ITU aktiivselt tööd satelliidi ja 5g sageduskasutuse vallas ning viis läbi mitmeid spektri jagamise ja elektromagnetilise ühilduvuse analüüse satelliidi ja 5g vahel.
Joonis 1 ITU esitatud satelliidi maapealse tuumasünteesisüsteemi neli rakendusstsenaariumit
2) Kolmanda põlvkonna partnerlusprogramm (3GPP) on näidanud satelliitside eeliseid maapealsele mobiilsidesüsteemile alates 14 Standardi väljalaskmisest 2017. aastal. 22.822. aasta lõpus avaldatud tehnilises aruandes tr2017 määratles 3GPP töörühm SA1 kolm peamised tehnoloogiad 5g satelliitjuurdepääsu kasutamiseks: pidev teenus, üldkasutatav teenus ja laiendatud teenusKasutusjuhtumeid ning arutab uute ja olemasolevate teenuste nõudeid. Praegu tugineb 3GPP peamiselt uurimisprojektile "mittemaapealne võrk (NTN)", et viia läbi uuringuid 5g satelliitside kasutuselevõtu stsenaariumi ja õhuliidese disaini kohta.
3) 2017. aasta juunis loodi Euroopas sat5g (satelliit- ja maapealne võrk 5g jaoks) liit. Selle liikmete hulka kuuluvad BT, SES, Avanti, Surrey Ülikool ja teised Euroopa ettevõtted ja teadusasutused, mille eesmärk on pakkuda 5g-le kulutõhusat plug and play satelliidilahendust ning pakkuda satelliiditööstuse ahelale püsivaid turuvõimalusi. 2018. aasta Euroopa võrgustiku- ja kommunikatsioonikonverents toimus Sloveenias Ljubljanas. Konverentsil demonstreerisid viis sat5g liiget satelliidi ja 3GPP võrguarhitektuuri integreerimist, sealhulgas VT IDI rect ja SES.
Joonis 2 sat5g satelliidi 5g rakenduse stsenaarium
4) 1000g süsteemi pakutud 5-kordse võimsuse kasvu eesmärgi saavutamiseks Sansa (jagatud juurdepääsuga maapealne satelliidi tagasiühendusvõrk, mida võimaldab nutikas antenn) programmi EU h2020 toel käivitatud programmi eesmärk on pakkuda head tagasiühenduse lahendust tulevastele suure võimsusega traadita sidesüsteemidele. Sansa projekt pakub madala üldkulude nutikat antenn kiirkujundamise tehnoloogia, dünaamiline intelligentne traadita ressursside haldamise tehnoloogia satelliidi maapealse integreeritud traadita võrgu jaoks, dünaamiline spektri jagamise tehnoloogia, mis põhineb andmebaasi abil, ning teostab põhjalikku uurimistööd.
02Satelliidi 5g liitmise võtmetehnoloogiad
Satelliitside ja maapealse traadita side erinevuste tõttu levimiskauguse, katvuse ja võimsuse osas on nende kahe sügava integratsiooni mõistmine silmitsi mõningate vältimatute väljakutsetega. Järgnevalt analüüsitakse satelliidi 5g integreerimise võtmetehnoloogiaid viiest aspektist: arhitektuur, kiire katvus, õhuliidese lainekuju, spektri jagamine ja võrgu juhtimine.
2.1 arhitektuur
Satelliidi 5g integratsiooni arhitektuuris arvestatakse kõrge ja madala orbiidiga hübriidi satelliidi tähtkuju. Samal ajal hõlmab side sagedusriba projekteerimisel ka madalsagedusriba (näiteks l ja s ribad) ja kõrgsagedusriba (näiteks Ku ja Ka ribad), võttes arvesse keskmise ja väikese kiiruse nõudeid. ja lairiba edastusteenused. Satelliidi leviala liigub koos alamsatelliitpunkti liikumisega ja lõppkasutaja lülitub erinevate rakkude vahel.
LEO satelliidikonstellatsiooni satelliitidevaheline ahel koosneb laser- või mikrolaineühendustest ja mitu satelliiti on omavahel ühendatud, et moodustada kosmosesidevõrk, mille lülitussõlmedeks on satelliidid. Konstellatsioon on tavaliselt kujundatud polaarorbiidi tähtkuju järgi, kuna külgnevatel orbiiditasanditel (välja arvatud polaarala või vastupidine pesa) satelliitide vahel on suhteliselt stabiilne suhteline asukohasuhe, mis aitab säilitada satelliitidevahelisi ühendusi ja saavutada kõrge laiuskraadi. Lisaks maandub satelliidi toiteühenduse teenus lüüsijaamas, mis loob ühenduse satelliidivõrgu ja maapealse PSTN-i, PLMN-i ja Interneti vahel. Need toimingud teostatakse Ka või Q / V sagedusribades.
Praegu on maapealsel satelliitvõrgul kolm peamist arhitektuuri. Esimene on satelliidi maapealne täiendav võrk. Selle arhitektuuri kohaselt jagavad 5g-süsteem ja satelliidisüsteem võrguhalduskeskust, kuid nende juurdepääsuvõrk ja põhivõrk jäävad sõltumatuks. Juurdepääsuvõrku ja mõningaid põhivõrgu funktsioone pakub satelliidi lüüsijaam ning terminal toetab mis tahes ühte või kahte juurdepääsurežiimi mobiilside ja satelliidi kaudu. Teine on satelliidi maapealne hübriidvõrk. Selle arhitektuuri kohaselt jagavad maapealne süsteem ja satelliidisüsteem võrguhalduskeskust ning õhuliidese osa on võimalikult ühtne, et säilitada nende vastavate põhivõrkude ja sagedusribade sõltumatus. Terminal toetab kahte juurdepääsurežiimi: maapealne ja satelliit. Kolmas on maapealne satelliitvõrk. Selle peamised omadused on: pääsupunkt (AP), sagedus, juurdepääsuvõrk ja kogu süsteemi põhivõrk on täiesti ühtne planeerimine ja disain. Tuleb märkida, et maapealne satelliitsidevõrk on maapealse integreeritud satelliitsidesüsteemi kõrgeim aste, mis seisab silmitsi suurte tehniliste väljakutsetega.
2.2 kiirte katvus
Maapealses integreeritud mobiilsidesüsteemis pakub see punktkiirt ja traadita ressursse reguleerides kõne- ja andmeteenuseid, mis ületavad kuumade punktide etteantud võimsust. See paindlik funktsioon on realiseeritud digitaalse kiirkujundamise (DBF) tehnoloogia abil. Praegu hõlmab satelliitside digitaalkiire kujundamise tehnoloogia peamiselt maapealset DBF-i, kosmosepõhist DBF-i ja hübriid-DBF-i. Nende hulgas on hübriid-digitaalkiirte kujundamisel hea kompromiss jõudluse ja keerukuse vahel ning seda on laialdaselt uuritud. Hübriidse DBF-i vastuvõtmisel arvutab maapealse võrgu juhtimiskeskus vastavalt kiire reguleerimisnõuetele ja vastavatele strateegiatele optimeeritud kiire moodustamise maatriksi ning saadab seejärel kiirt kujundava maatriksi parameetrid toitelingi kaudu satelliidile. Läbi mitme tala rekonstrueerimise antenn satelliidil reguleeritakse kiire katvust maapinnaga dünaamiliselt.
Satelliidi või terminali mobiilsusest põhjustatud üleandmist on kahte peamist tüüpi: üks on satelliidisüsteemis toimuv üleandmine. LEO satelliitide puhul muutub nende suhteline asend maapinnal kiiresti, nii et terminali katab pidevalt sama satelliit vaid üle kümne minuti. Seetõttu tuleb andmete kadumise vältimiseks ümberlülitamise ajal satelliitide või kiirtevahelised ümberlülitused eelnevalt ette valmistada ja kiiresti ellu viia. Teine on terminali ümberlülitamine maapealse 5g võrgu ja satelliidivõrgu vahel. Selle üleandmise puhul tuleb kaaluda pardal oleva töötlemise ja läbipaistva edastamisarhitektuuri, aja sünkroonimise, mõõtmise ja teabe koordineerimise toetamist. Kui mobiilsidevõrgu signaal on väga nõrk, lülitub terminal mobiilsidevõrgult satelliitvõrku, vastasel juhul säilitab see juurdepääsu maapealsele võrgule.
2.3 õhuava lainekuju
Ortogonaalne sagedusjaotusega multipleksimine (OFDM) on endiselt 5g süsteemi põhiedastussüsteem, kuid kandjatevahelised häired (ICI) halvendavad tõsiselt süsteemi jõudlust. Selle põhjuseks on asjaolu, et ortogonaalse sagedusjaotusega multipleksimise tehnoloogia on sagedusnihke suhtes väga tundlik ja sagedusnihkest põhjustatud alamkandjate vaheline läbirääkimine halvendab side jõudlust. Selleks, et tõhusalt seista vastu jääksageduse nihke mõjule süsteemi jõudlusele, võib vastu võtta muutuva alamkandja ribalaiuse projekteerimisskeemi. Kitsa sagedusribaga L-riba puhul, kuna selle toetatud kõneteenuse koodikiirus on nii madal kui 2.4 kbit/s, tuleb kasutusele võtta 15 kHz või kitsam alamkandja disain. Ka ribal on alamkandja laius, mida saab kasutada, suur. Selle põhjuseks on asjaolu, et kasutajad surfavad Internetis sageli lairibaühendusega ja minimaalne tõusunurk on suur, mis võib tõhusalt vähendada Doppleri efekti mõju.
Lisaks ei nõua 5g toetatud mitteortogonaalne mitmikjuurdepääs (noma) igalt kasutajalt ressursside monopoliseerimist. Kasutajad saavad samal ajal saata ja vastu võtta teavet mitteortogonaalsete ressursside kohta. Mitme kasutaja ühistuvastuse põhjal saab signaalitöötluse abil vältida kasutajatevahelisi vastastikusi häireid. Võrreldes traditsioonilise ortogonaalse juurdepääsu meetodiga, võib nomatehnoloogia rakendamine parandada spektri efektiivsust rohkem kui kolm korda. Praegu on maapealse 5g süsteemi jaoks välja töötatud ja populariseeritud noma kiip. Noma tehnoloogia kasutab vastutasuks keerukust spektraalse efektiivsuse eest, mis tähendab ka seda, et seda on raske rakendada pika viivitusega geostatsionaarse orbiidi (GEO) satelliitside stsenaariumide korral, kuna kasutaja juurdepääsu parameetrite dünaamiliseks juhtimiseks kasutatakse suurt hulka signaali interaktsioone. Seejärel viiakse läbi tehnilisi uuringuid satelliitside nomatehnoloogia kohta.
2.4 spektri jagamine
Olenemata sellest, kas tegemist on satelliitside või maapealse mobiilsidesüsteemiga, on spektri puudumisest saanud kiireloomuline probleem, mis tuleb lahendada. Eelkõige on satelliitside ja maapealne side tekitanud spektriressursside osas ägeda konkurentsi. Näiteks on ITU andnud 5g süsteemi maandamiseks loa C-riba ja Ka sagedusala, mida satelliitsidesüsteem on aastaid kasutanud. Spektri konkurentsi olukord nende kahe vahel hõlmab järgmist:
1) Ka Band: kasutajamäära ja süsteemi võimsuse kiire kasvunõudluse rahuldamiseks loodavad 5g ja satelliitside kasutusele võtta Ka-sagedusala või isegi millimeetri laineriba. Näiteks 2019. aasta ülemaailmsel raadiosidekonverentsil (wrc-19) kasutatakse ülemaailmselt spektrituvastust koguribalaigusega 14.75 GHz, 24.25 GHz–27.5 GHz, 37 ghz–43.5 GHz ja 66 ghz–71 GHz 5g ja tulevaste mobiiltelefonide jaoks. sidesüsteemid; Ameerika Ühendriikide FCC on andnud loa 27.5–28.35 GHz ja 37 GHz–38.6 GHz sagedusaladele 5g maandamiseks ning need sagedusribad kattuvad satelliitsidesüsteemide kasutatavate sagedusaladega.
2) 3-6 ghz C-riba: paljud riigid, sealhulgas Hiina, EL, Jaapan ja Lõuna-Korea, on teinud ettepaneku kasutada C-sagedusala 5g süsteemi kandidaatribana. Kuid Aasias, Hiinas, Vietnamis, Malaisias ja teistes riikides on selles sagedusalas ehitatud suur hulk satelliitsidesüsteeme ning maapealse 5g süsteemi C-sagedusriba kasutamist on raske koordineerida.
Optimaalne jaotamine maapealse koostööplaneerimise kaudu võib parandada sagedusressursside tõhusat kasutamist. Satelliidi maapealse ühise spektrituvastussüsteemi loomisega saab teostada spektri jagamist satelliidi maapealsete sidesüsteemide vahel ja parandada spektri kasutamise tõhusust. Võrreldes maapealsete traadita sidevõrkudega on kognitiivsetel kasutajatel raskem tuvastada oma võrgukeskkonnas kogu spektrit, mis on tingitud satelliitside laiast levialast. Selle tehnoloogia uurimise fookuses on spektriandmebaasi kiire uuendamine, kiire kujundamine, spektrituvastuse täpsus ja kognitiivse piirkonna kirjeldamine. Lisaks võib ressursside integreerimise, mobiilside ja satelliitside ühtse planeerimise ja kavandamise seisukohast häirete lahendamiseks "spektri jagamise" teel, nii et sagedusressursside jagamise ja kasutamise edendamine võib luua ühilduva aluse sügavale integratsioonile. satelliitsidesüsteem ja 5g süsteem.
2.5 võrgu juhtimine
SDN-i ja nfv-tehnoloogia kaudu võrgu otspunktide lõikamise realiseerimine on 5g-süsteemi võrgujuhtimispilve suurim omadus. SDN ja nfv tehnoloogiad realiseerivad vastavalt võrgu kande ja juhtimise ning põhivõrgu elementide tarkvara eraldamise. Need loovad tugeva aluse võrgu viilutamise teostamiseksReaalsuse vundament.
Kui satelliitsidesüsteem on sügavalt integreeritud maapinnaga 5g, saab edastamisfunktsiooni edasiseks lihtsustamiseks eraldada satelliidi põhivõrgu juhtimisfunktsioonid ja edastamisfunktsioonid. Suure liiklusega edastusnõuete ning paindliku ja tasakaalustatud liikluskoormuse ajastamise toetamiseks saab teenuse salvestus- ja arvutusmahtu nihutada võrgukeskusest allapoole võrgu serva.
Maapinnaga integreerimise toetamiseks tuleb 3g satelliidi põhivõrgu kasutajatasandile lisada lisaks 3GPP üheksale põhiteenuseid pakkuvale võrgufunktsioonile ka 5GPP-väliseid sidumisfunktsioone ja kasutajatasandi funktsioone.
03Satelliidi 5g termotuumasünteesi väljakutsed ja uurimissuunad
Kuigi satelliidi 5g integreerimisel on tehtud palju edusamme, tuleb satelliidi 5g integreerimise kauni visiooni tõeliselt realiseerimiseks silmitsi seista paljude tehniliste väljakutsetega. Satelliidi ja maa valdkonnas on palju ühiseid väljakutseid. Allpool loetleme peamised tehnilised väljakutsed ja tulevased uurimissuunad.
1) Ülekandesüsteemi väljakutsed: maapealse integreeritud satelliitvõrgu edastuse puhul on Doppleri sageduse nihe, sageduse haldamine ja häired, võimsuse piiramine ja ajastuse suurendamine kiireloomulised probleemid, mis tuleb lahendada. Doppleri sagedusnihke puhul kasutab 5g ülekandesüsteemis mitme kandja OFDM-i ja selle alamkandjate vahede kujundus ei arvesta suure Doppleri sagedusnihke mõjuga, mis toob kaasa häireid alamkandjate vahel. Võimsuse piirangu osas tagab see kõrge sagedusriba kasutamise ja vähendab signaali tipu ja keskmise suhet. Lõpuks, mis puudutab ajastuse edasiliikumist, võib traadita lingi edastusviivituse kiire muutumine kaasa tuua vajaduse dünaamiliselt värskendada terminali iga ajastuse edasiliikumist, et tagada kõigi üleslingi ülekannete sünkroniseerimine.
2) Juurdepääsu ja ressursside haldamise väljakutsed: arvestades maapealse integreeritud satelliidivõrgu pikka viivitust, toob see väljakutseid juurdepääsukontrollile, HARQ-le, ARQ-le ja teistele MAC-kihi ja RLC-kihi protsessidele. Juurdepääsukontrolli osas on 5g ja satelliidi tõhusa integreerimise toetamiseks vaja välja töötada mõistlikud juurdepääsumehhanismid, nagu eelluba, poolpidev ajakava ja autoriseerimisvaba. HARQ puhul ületab edasi-tagasi aeg tavaliselt HARQ taimeri maksimaalse pikkuse. HARQ-protsessil on ranged nõuded õigeaegselt. MAC-kihi ja RLC-kihi planeerimisprotsessis mõjutab satelliidisüsteemi pikk viivitus ka ajastamise õigeaegsust, seega tuleb selle ajastamise viivituse parameetreid kohandada.
3) Liikuvuse haldamise väljakutse: maapealses satelliitvõrgus on liikuvuse haldamise väljakutse raskem. Sidetaseme järgi saab selle jagada võrgutaseme üleandmiseks ja lingitaseme üleandmiseks. Rakenduse stsenaariumi kohaselt jaguneb see maapealse kärje üleandmiseks, satelliidi ja maapealse kärje üleandmiseks, satelliidi kärje üleandmiseks ja satelliitidevaheliseks üleandmiseks. Seda probleemi on uuritud, kuid see vajab täiendavat uurimist.
04Järeldus
Satelliitside ja maapealsed mobiilsidesüsteemid on arenenud peaaegu kolm aastakümmet ja on saavutanud suurepäraseid saavutusi. Nendele omaste piirangute tõttu on aga raske rahuldada inimeste kasvavat nõudlust mobiilside ja massilise andmesideühenduse järele. Viimastel aastatel on asjade Interneti tehnoloogia kiire arenguga tulevane traadita sidesüsteem silmitsi muutumisega "inimestest inimesteks" "inimestest asjadeks" ja "asjadest asjadeks", et realiseerida kõikjal leviv suhtlus ja vastastikune sidumine. kõigist asjadest. Satelliitside ja maapealse mobiilside integreeritud arendamise kaudu avab täiendavate eeliste realiseerimine uusi arenguvõimalusi. Selles artiklis tutvustatakse ja arutatakse satelliitside ja 5g integratsiooni arendamise staatust, peamisi tehnoloogiaid ja väljakutseid, lootes anda viiteid ja viiteid selle tehnoloogia arendamiseks.
See artikkel on reprodutseeritud Satelliit ja võrk”, toetada intellektuaalomandi õiguste kaitset. Kordustrükkimiseks märkige ära algallikas ja autor. Rikkumise korral võtke meiega kustutamiseks ühendust
Autoriõigus © Shenzhen Kinghelm Electronics Co., Ltd. kõik õigused kaitstudYue ICP Bei nr 17113853