PCB-Neuigkeiten - Die Rolle von Satelliten in 5G-Netzen

In Bestellung zu Unterstützung 5G Bau, intensiv Bereesstellung vauf zelluläre Makro Balsistttttttttttttttttttt Stbeiiaufen und Mikro Balsis Stbeiiaufen is jetzt im Geinge. Diese Balsis Stbeiiaufen VerwEndeung komplex Funktechnologien zu Unterstützung die Daten Rate, Kapazität und Abdeckung von 5G. Die 16th Version von 3GPP wird be freigegeben in Juni dies Jahr, und die 17th Version is erwartet zu be freigegeben in die zweite halb von 2021. Bei dalss Zeit, detailliert und spezifisch Anleitung wird be gegeben on V2X, Industrie Internet von Dinge, Multi-SIM Ausrüstung, Zuverlässigkeit und niedrige Latenz Leistung Verbesserung, Verwendung von nicht lizenziert Spektrum innerhalb 71GHz, Effizienz, und Interferenz. In Zusatz, als a Ergänzung zu die 24 Majoder Artikel diskutiert at die 3GPP Sitzung gehalten in Spanien at die end von letzte Jahr, 5G Neu Radio ((NR)) Unterstützung zur Verfügung gestellt von nichtterrestrisch Zugang PCB Technologien solche as Satellitn und Höhenlage Plattfürmen wird auch be geklärt. Als a Plattfürm mit inhärent Vorteile, Satellit Technologie kann Beitrag leisten zu die global 5G-Architektur.
5G Backhaul
Togedier mit viele 5G-fähig Radio Zugang Technologien, die backhaul Technologie hat unterzogen die nichtwendig Entwicklung-Zersetzung die Basisbund Einheit ((BBU)) und remote Radio Köpfe in die LTE Netzwerk in a zentralisiert Einheit (((CU))) und a verteilt Einheit ( (DU)) und Radio Einheit ((EVU)) drei getrennt funktional Module. Träger Aggregation, DownLink koordiniert Mehrpunkt Übertragung/Empfang, MIMO und undere Radio Technologien kooproieren mit jede undere zu machen voll Verwendung von die begrenzt Spektrum unten 6GHz, während massiv MIMO ((mMIMO)) verbessert die Netzwerk Kapazität von jede Zelle site von Verbesserung Spektrum Effizienz Und Abdeckung. In Zusatz, hohe Dichte Bereseinetellung von Millimeterwelle klein Basis Statieinen und undere Lösungen bewegen die Frequenz Spektrum weiter zu erreichen größer Zugang Bundbreite. Verschiedene solche Technologien haben beigetragen zu die folgende 5G Funktieinen definiert von die International Telekommunikation Union ((ITU)) (Abbildung 1): 5G verbessert mobil Breitbund (eMBB); ultrahoch Zuverlässigkeit und niedrige Latenz Kommunikation (uRLLC); Großmaßstab Maschine Typ Kommunikation ((mMTC)).
Als gezeigt in Figure 2, die aktuell StRategie für 5G Radio Zugang Netzwerk ((RAN)) is die sogenannte gNodeB ((gNB)) Basis Station. Dies Typ von Basis Station Verwendungen die folgende zweilagig Architektur: Verteilt Einheit (DU), die bietet niedrige Latenz Leistung für Fabrik Auzumatisierung und medizinisch Dienstleistungen; zentralisiert Einheit (CU) für hoch Leistung Verbrauch Verarbeitung. Die Trennung von EVU und DU ExPositionen die Häufig Öffentliche Radio Schnittstelle ((CPRI)), die hat wurden verbessert für 5G und is gerufen an verbessert CPRI ((eCPRI)) Schnittstelle. In einige Fälle, DU und EVU kann be kombiniert mit jede undere, und die Funktion is Äquivalent zu a klein Basis Station.
Die Integration von 5G und Satellit
At anwesend, a Zahl von Studien sind Erkunden die Hilfsmittel Verwendung von die Satellit-zu-Boden Architektur für 5G Radio Zugang Netzwerke: Die EU Horizont 2020 Zusammenarbeit Projekt involviert a Zahl von Unternehmen in die Europäisch Kontinent, Ziel zu entwickeln "Satellit und Boden Netze für 5G"; Europäisch Raum Agentur finanziert Unterstützung die “Satelliten-Boden Konvergenz Paradigma ((SATis5G)) in die Kontext von 5G Projekt; SpaceX, OneWeb, und Amazon sind Entwicklung niedrige Umlaufbahn (((LEO))) Satellit Netze dass kann Bereitstellung Verbindungen zu jede Stundort on die Erde; geoStationär Orbit (((GEO))) läuft hoch Fluss Satellite ((HTS)) Technologie is eine undere Technologie in die Integration von Satelliten-Erde Netze und 5G, die kann Bereitstellung Spot Strahl und Multicast Funktionen; die zelluläre Kommunikation Stundard Organisation 3GPP is auch Arbeit on niedrig Orbit (LEO) und Medium Orbit ((MEO)), Forschung on nichtterrestrisch Netze von geoStationär Orbit (GEO) Satelliten zu Klären die Funktionen von Satellit Kommunikation in 5G1.
Von die Start von Anik F2 mit 4Gbps Durchsatz in 2004 zu die Start von EchoStar XIX mit 200Gbps Durchsatz in 2017, Hochdurchsatz Satellit Technologie hat erreicht beträchtlich Entwicklung. In die in der Nähe Zukunft, Ka-Bund Transponder wird Bereitstellung Tbps-Ebene Drehzahlen, und Optimierung Techniken kann auch Reduzieren die Kosten von Vermehrung per bit. Die "Stecker und spielen" Fähigkeiten von Satellit Netze sind entworfen zu Unterstützung 5G durch die folgende Aspekte: Satellit Netzwerk Virtualisierung; Zulassen zelluläre Netze zu Steuerung Satellit radio ResQuellen; Entwicklung von Link Aggregation für klein Zelle Verbindungen; und zelluläre Zugang Schlüssel Management und Audientifizierung zwischen Technologie und Satellit Zugang Technologie zu optimieren Sicherheit; Fusion von die Multicast Vorteile von Satellit Technologie 2.

Feste Rückgabe

Der feste Backhaul von Satelliten zu BasisStationen oder unabhängigen kleinen BasisStationen kann eMBB unterstützen, die keinen kostengünstigen Bodenrückhaul erzielen können. Diese Situation tritt häufig in unterentwickelten Gebieten und unterversorgten Gebieten auf, in denen die Mobilfunkinfrastruktur und die drahtlosen ZugangsresQuellen minimal sind. Neben eMBB können Satelliten mMTC auch in IoT-Anwendungen wie Smart Agriculture unterstützen.

HTS-Technologie

Die Satellitentechnologie hat sich vom traditionellen festen Satellineigenienst (FSS) zur HTS-Technologie entwickelt und bietet den Menschen immer mehr Funktionen und Dienste.

Spotstrahl- und Frequenzwiederverwendung

Abbildung 5: Punktstrahlen und Frequenztrennung verbessern die Abdeckung und Kapazität von HTS.

Wenn es nur sehr wenige FSS-Strahlen gibt, die einen großen Bereich (so groß wie auf dem gesamten Kontinent) umfassen, können HTS-Satelliten mehrere Spotstrahlen verwenden, die durch Frequenzwiederverwendung ausgeglichen werden, um den Durchsatz unter demselben Frequenzzuordnungsschema um das 20-fache zu erhöhen (Abbildung 5). Unter ihnen, verglichen mit dem breiten Strahl des FSS-Satelliten, kann jeder Spotstrahl mehr Leistung zum Zielgebiet liefern. Auf diese Weise kann das Spektrum optimal genutzt werden, egal auf welchem Bund der Satellitentransponder arbeitet (C-Bund, K-Bund oder Ka-Bund). Um das Risiko von Störungen und Signalverlusten zu verringern, ist die Spotstrahlanordnung so ausgelegt, dass die Frequenzen benachbarter Strahlen nicht nahe beieinunder liegen. Es gibt den folgenden Kompromiss zwischen Spotstrahlfrequenzterennung und Satellitenfluss: Je näher die Frequenzen zwischen Spotstrahlen sind, deszu höher ist die Frequenzwiederverwendungsrate, wodurch die Satellitenkapazität größer wird. Dieses Konzept ähnelt dem Verhältnis zwischen Datenrate und Kapazitätserhöhung von mMIMO, bei dem Hunderte von aktiven Antennenelementen und Beamfürming-Einheiten mehrere Strahlen für Benutzer an verschiedenen Stundorten bereitstellen. Dieses Konzept unterscheidet sich jedoch deutlich von der räumlichen Diversität: Wenn das terrestrische mMIMO-System Kokanalstörungen durch Erhöhung der Anzahl der Strahlen reduziert, ist die Umgebung, in der sich der Satellit befindet, nicht reich an Streuung, so dass Kokanalstörungen zu einem Problem werden. Problem. Dieses Problem kann durch das "vierfarbige" Frequenzmehrfachxing (FR4) behoben werden: benachbarte Strahlen erreichen Orthogonalität durch nicht schneidende Frequenzen mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen. Im Allgemeinen wird diese Orthogonalität zum Benutzerterminal beibehalten.

Multicast

HTS-Technologie hat von Natur aus eine Multicast-Funktion: Eine Nachricht, die an tausend Benutzer gesendet werden soll, muss nur einmal gesendet werden, ohne tausendfach zu senden, damit Spektrum- und Datenressourcen effizient genutzt werden können. Im Vergleich zu terrestrischen drahtlosen Diensten hat HTS-Technologie die folgenden Eigenschaften: Die Abdeckung des Satellitenstrahls ist groß; LangkanalCode kann Rauschen überwinden; Das ÜbertragungsSignal enthält Infürmationen mehrerer Benutzer. Darüber hinaus können die entsprechenden Frames dieser Technologie durch das DVB-S2X Framing Prozukoll kodiert und von Benutzergruppen dekodiert werden, wodurch Multicast-Übertragung6 realisiert werden. Auf diese Weise kann je mehr Geräte, die Broadcast-Inhalte empfangen, deszu mehr Bundbreite gespart werden. Ein Beispiel für einen Multicast-Dienst ist eine Videokonferenz: Jeder Teilnehmer bildet eine Multicast-Quelle für allee underen Teilnehmer (dh Multipoint-zu-Multipoint). Obwohl Multicast-Dienste tendenziell die Quelle eines hohen Bundbreitenverbrauchs für terrestrische Systeme sind, stellt dies für HTS relativ kein Problem dar.

Spektrumverschiebung nach oben

Das kürzlich eingeführte HTS verwendet Ka-Band Transponder. Der Zweck der Frequenzverschiebung ist es, eine größere Bandbreite zu erhalten und dadurch mehr Punktstrahlen zu erreichen. Die nächsten Generationen von Satelliten werden Kapazität auf Tb/s-Ebene bereitstellen, so dass es möglicherweise notwendig sein kann, Q-Band und V-Band zu verwenden, um eine Agglomeration von größerem Benutzerverkehr zu erreichen und Tausende von Spotstrahlen im Erfassungsbereich zu verwenden.

Niedrige Latenz von LEO

Das LEO-Satellitennetz kann Funktionen bereitstellen, die ein einzelner GEO-Satellit nicht erreichen kann. Die Hauptvorteile von LEO sind: LEO Satelliten können Verzögerungen reduzieren; und LEO-Satellitennetze können eine größere Abdeckung erreichen. Die Höhe des GEO-Satelliten beträgt etwa 36000km, und die Ende-zu-Ende-Ausbreitungsverzögerung beträgt 280ms; Die Höhe des MEO Satelliten ist 10000km, und die Verzögerung ist 90m; Die Höhe des LEO Satelliten beträgt 350-1200km, und die Verzögerung beträgt 6-30ms. Obwohl die geringe Latenz von LEO-Satelliten nur begrenzte 5G-Dienste mit niedriger Latenz unterstützen kann, erfürdern die Synchronisationsketten der meisten 5G-Dienste mit niedriger Latenz extrem kleine Round-Trip-Verzögerungen und entsprechende Timing-Fehler (Tabelle 1).

Mit allgegenwärtiger globaler Abdeckung wird das LEO-Satellitennetzwerk zur am bestenen Wahl für mMTC-Anwendungen. Obwohl GEO-Satelliten mit hohem Durchsatz über eine Spotstrahlarchitektur mit Frequenzwiederverwendungsfunktion Dienste für vorbestimmte Gebiete erbringen können, können LEO-Satellitennetze auch globale Abdeckung erreichen, solange sie über eine ausreichende Bodeninfrastruktur verfügen. Iridium, das erste LEO-Satellitennetz der Welt, erklärte kurz nach seiner Einführung im 1998 den Konkurs. Das Satellitennetz bietet jedoch seit mehr als einem Jahrzehnt Dienste mit niedriger Datenrate an und wurde durch eine neue SatellitenErzeugung aufgerüstet.8

Der Betrieb des LEO-Satellitennetzes wird durch eine Vielzahl von Technologien erleichtert, darunter digitale Nutzlast, fortschrittliche Modulation, Frequenzwiederverwendung, GaN-Leistungsverstärker mit hoher Leistungsdichte ((PA)) und Strahl agil aktive Phated Array.

LEO-Kommunikation

Die LEO Satellit Netzwerk involviert Boden-zu-Satellit, Boden-zu-Boden station ((G2G)), Satellit-zu-Satellit ((S2S)), and Satellit-zu-grund round Rotkehlchen Kommunikation. Diese physisch Links sind geteilt in Boden-zu-Satellit Links and inter-Satellit Links. Die Kommunikation zwischen Satellit and Satellit and zwischen Boden station and Boden station is anodier Unterschied zwischen LEO and HTS PCB. Die LEO Satellit Kommunikation Netzwerk kann erreichen streng Steuerung von Daten Übertragung zwischen Benutzer, Steuerung Terminals and Telemetrie Terminals (such as Status, Diagnose, configuration).

Im Gegensatz zu GEO, das eine feste Position im Weltraum beibehält, Passieren LEO-Satelliten den Bodenabschnitt mit sehr hoher Geschwindigkeit, so dass mehrere Satelliten benötigt werden, um eine gleichmäßige Abdeckung eines bestimmten Bereichs zu erreichen. Unter ihnen muss die Bodenstation komplexe Schaltungen durch eine mechanische Abtastreflekzurantenne oder eine aktive Phated Array Antenne mit hohem Gain und hoher Richtwirkung durchführen. Wenn der Status aktualisiert wird, mit Unterstützung der G2G-Verbindung, kann der Strahl zwischen dem Satelliten und dem Benutzer abgelegene Gebiete ohne entsprechende Infrastruktur erreichen. Darüber hinaus können Satelliten, die mit Kameras und Sensoren ausgestattet sind, Weltraummüll durch enge Abstimmung miteinander verfolgen.5

Verarbeitung an Bord

Bei GEO- und LEO-Satelliten mit hohem Durchsatz muss die Satellitenarchitektur angepasst werden, um den Satellitendurchsatz zu erhöhen. Die wichtigste architektonische Anpassung besteht darin, die bisherige Forwarding Topologie in eine regenerativ Topologie umzuwandeln.