Berita PCB - Peran satelit dalam rangkaian 5G

Untuk menyokong pembangunan 5G, penerbangan intens stesen dasar makro sel dan stesen dasar mikro sekarang sedang berlangsung. Stesen asas ini menggunakan teknologi radio kompleks untuk menyokong kadar data, kapasitas dan penutupan 5G. Versi ke-16 3GPP akan dilepaskan pada bulan Jun tahun ini, dan versi ke-17 dijangka akan dilepaskan pada setengah kedua 2021. Pada masa itu, arahan terperinci dan spesifik akan diberikan pada V2X, Internet industri perkara-perkara, peralatan multi-SIM, kepercayaan dan peningkatan prestasi kelemahan rendah, penggunaan spektrum tanpa lesen dalam 71GHz, efisiensi, dan gangguan. Selain itu, sebagai tambahan kepada 24 item utama yang dibincangkan pada mesyuarat 3GPP yang dilakukan di Spanyol pada akhir tahun lepas, sokongan 5G Radio Baru (NR) disediakan oleh teknologi PCB akses bukan-terrestri seperti satelit dan platforma ketinggian tinggi juga akan dibersihkan. Sebagai platform yang mempunyai keuntungan, teknologi satelit boleh menyumbang ke arkitektur global 5G.5G backhaulTogether with many 5G-enabled radio access technologies, Teknologi backhaul telah mengalami pembangunan-dekomposisi yang diperlukan unit band dasar (BBU) dan kepala radio jauh dalam rangkaian LTE ke dalam unit pusat (CU) dan unit distribusi (DU) dan unit radio (RU) tiga modul fungsi yang terpisah. Aggregasi pembawa, penghantaran/penerimaan berbilang titik berkoordinasi turun, MIMO dan teknologi radio lain bekerjasama satu sama lain untuk menggunakan spektrum terbatas di bawah 6GHz, sementara MIMO besar (mMIMO) meningkatkan kapasitas rangkaian setiap laman sel dengan meningkatkan efisiensi spektrum dan penutupan. Selain itu, penerbangan densiti tinggi stesen dasar kecil gelombang milimeter dan penyelesaian lain memindahkan spektrum frekuensi lebih jauh untuk mencapai lebar kawasan akses yang lebih besar. Berbagai teknologi tersebut telah berkontribusi kepada fungsi 5G berikut yang ditakrif oleh Uni Telekomunikasi Antarabangsa (ITU) (Figure 1): 5G kabur lebar bimbit (eMBB) yang meningkat; komunikasi kepercayaan dan keterlaluan rendah (uRLLC) yang sangat tinggi; Komunikasi jenis mesin skala besar (mMTC).Seperti yang dipaparkan dalam Figur 2, strategi semasa untuk Rangkaian Akses Radio 5G (RAN) adalah stesen asas gNodeB (gNB). Jenis stesen asas ini menggunakan arkitektur dua lapisan berikut: Unit Didistribusikan (DU), yang menyediakan prestasi ketinggalan rendah untuk automati Fabrik dan perkhidmatan perubatan; unit pusat (CU) untuk pemprosesan konsum kuasa tinggi. Pemisahan RU dan DU mengekspos Antaramuka Radio Awam Komuni (CPRI), yang telah ditambah untuk 5G dan dipanggil antaramuka CPRI (eCPRI) ditambah. Dalam beberapa kes, DU dan RU boleh bergabung satu sama lain, dan fungsi sama dengan stesen asas kecil. Penyempurnaan 5G dan satelitCurrently, a number of studies are exploring the auxiliary use of the satellite-to-ground architecture for 5G radio access networks: The EU Horizon 2020 cooperation project involves a number of companies in the European continent, aiming to develop "satellite and ground networks for 5G"; Agensi Luar Angkasa Eropah menyokong Paradigm Pendekatan Satelit-Ground (SATis5G) dalam Konteks projek 5G; SpaceX, OneWeb, dan Amazon sedang mengembangkan rangkaian satelit orbit rendah (LEO) yang boleh menyediakan sambungan ke mana-mana lokasi di bumi; geostationary orbit (GEO) menjalankan teknologi high Flux Satellite (HTS) adalah teknologi lain dalam integrasi rangkaian satelit-ke-bumi dan 5G, yang boleh menyediakan fungsi cahaya titik dan multicast; organisasi piawai komunikasi sel 3GPP juga bekerja pada orbit rendah (LEO) dan orbit tengah (MEO), kajian pada rangkaian bukan-terrestri dari satelit geostationary orbit (GEO) untuk menjelaskan fungsi komunikasi satelit di 5G1.Dari peluncuran Anik F2 dengan 4Gbps melalui tahun 2004 hingga peluncuran EchoStar XIX dengan 200Gbps melalui tahun 2017, Teknologi satelit bertindak tinggi telah mencapai pembangunan yang besar. Dalam masa depan yang dekat, transponders Ka-band akan menyediakan kelajuan aras Tbps, dan teknik optimasi juga boleh mengurangkan biaya penyebaran per bit. Kemampuan "plug dan main" rangkaian satelit dirancang untuk menyokong 5G melalui aspek berikut: virtualisasi rangkaian satelit; membenarkan rangkaian sel mengawal sumber radio satelit; pembangunan agregasi pautan untuk sambungan sel kecil; dan akses sel pengurusan dan pengesahihan kunci antara teknologi dan teknologi akses satelit untuk optimumkan keselamatan; fusion keuntungan multicast teknologi satelit 2.

Kembalian tetap

Penghantaran balik satelit tetap ke stesen asas atau stesen asas kecil yang bebas boleh menyediakan sokongan untuk eMBB yang tidak dapat mencapai penghantaran balik yang berkesan pada biaya. Situasi ini sering berlaku di kawasan yang tidak dikembangkan dan kawasan yang tidak dikembangkan di planet di mana infrastruktur rangkaian sel dan sumber akses tanpa wayar adalah minimal. Selain eMBB, satelit juga boleh memberikan sokongan untuk mMTC dalam aplikasi IoT seperti pertanian pintar.

Teknologi pembolehkan HTS

Teknologi satelit telah berevolusi dari perkhidmatan satelit tetap tradisional (FSS) ke teknologi HTS, dan terus menyediakan kepada orang ramai semakin banyak fungsi dan perkhidmatan.

Cahaya titik dan penggunaan semula frekuensi

Figur 5: Cerita titik dan pemisahan frekuensi meningkatkan penutupan dan kapasitas HTS.

Apabila terdapat sangat sedikit sinar FSS yang melampaui julat yang besar (sebanyak seluruh benua), satelit HTS boleh menggunakan sinar titik berbilang yang seimbang dengan frekuensi penggunaan semula untuk meningkatkan tekanan dengan 20 kali di bawah skema persediaan frekuensi yang sama (Figur 5). Di antara mereka, dibandingkan dengan sinar luas satelit FSS, setiap sinar titik boleh memberikan lebih kuasa ke kawasan sasaran. Dengan cara ini, tidak kira mana band transponder satelit yang bekerja pada (band C, band K atau band Ka), spektrum boleh digunakan secara optimal. Untuk mengurangi risiko gangguan dan kehilangan isyarat, bentangan sinar titik adalah supaya frekuensi sinar bersebelahan tidak dekat satu sama lain. Terdapat perdagangan berikut antara pemisahan frekuensi sinar titik dan aliran satelit: semakin dekat frekuensi antara sinar titik, semakin tinggi kadar penggunaan semula frekuensi, yang membuat kapasitas satelit lebih besar. Konsep ini sama dengan hubungan antara kadar data dan peningkatan kapasitas mMIMO di mana ratusan elemen antena aktif dan unit bentuk cahaya menyediakan cahaya berbilang bagi pengguna di lokasi yang berbeza. Namun, konsep ini sangat berbeza dari pelbagai ruang: apabila sistem mMIMO terrestri mengurangkan gangguan saluran-sama dengan meningkatkan bilangan sinar, persekitaran di mana satelit ditemui tidak kaya dalam penyebaran, jadi gangguan saluran-sama menjadi masalah. Masalah. Masalah ini boleh disembuhkan dengan penggandaan frekuensi "empat-warna" (FR4): sinar bersebelahan mencapai ortogonaliti melalui frekuensi yang tidak menyeberangi dengan arah polarisasi yang berbeza. Secara umum, ortogonaliti ini dikekalkan ke terminal pengguna.

multicast

Teknologi HTS mempunyai fungsi multicast: mesej yang dihantar kepada seribu pengguna hanya perlu dihantar sekali, tanpa menghantar seribu kali, sehingga spektrum dan sumber data boleh digunakan secara efisien. Compared with terrestrial wireless services, HTS technology has the following characteristics: satellite beam coverage area is large; kod saluran panjang boleh mengatasi bunyi; isyarat penghantaran mengandungi maklumat pengguna berbilang. Selain itu, bingkai yang sepadan dengan teknologi ini boleh dikodifikasikan oleh protokol bingkai DVB-S2X, dan boleh dikodifikasikan oleh kumpulan pengguna, dengan itu menyadari transmisi multicast 6. Dengan cara ini, semakin banyak peranti yang menerima kandungan siaran, semakin lebar jalur boleh disimpan. Contoh perkhidmatan multicast ialah persidangan video: setiap peserta membentuk sumber multicast untuk semua peserta lain (ie, multipoint-to-multipoint). Walaupun perkhidmatan multicast cenderung menjadi sumber konsumsi lebar jalur tinggi untuk sistem bumi, ia relatif bukan masalah untuk HTS.

Beralih spektrum ke atas

HTS yang dilancarkan baru-baru ini menggunakan transponder Ka-band. Tujuan pemindahan frekuensi adalah untuk mendapatkan lebar jangkauan yang lebih besar, dengan itu mencapai lebih banyak sinar titik. Beberapa generasi satelit berikutnya akan menyediakan kapasitas tahap Tb/s, jadi mungkin perlu menggunakan band Q dan V untuk mencapai agglomerasi trafik pengguna yang lebih besar dan menggunakan ribuan sinar titik di kawasan penyamaran.

Lewatan rendah LEO

Rangkaian satelit LEO boleh menyediakan fungsi yang satelit GEO tunggal tidak dapat mencapai. Keuntungan utama LEO ialah: satelit LEO boleh mengurangi lambat; dan rangkaian satelit LEO boleh mencapai penutupan yang lebih besar. Tinggi satelit GEO sekitar 36000km, dan lambat pembebasan akhir-akhir adalah 280ms; ketinggian satelit MEO ialah 10000km, dan lambat ialah 90ms; ketinggian satelit LEO adalah 350-1200km, dan lambat adalah 6-30ms. Walaupun keterlaluan rendah satelit LEO hanya boleh menyokong perkhidmatan 5G keterlaluan rendah yang terbatas, rantai penyegerakan kebanyakan perkhidmatan 5G keterlaluan rendah memerlukan keterlaluan perjalanan bulat yang sangat kecil dan ralat masa yang sepadan (Jadual 1).

Dengan perlindungan global yang luas, rangkaian satelit LEO menjadi pilihan terbaik untuk aplikasi mMTC. Walaupun satelit GEO bertindak tinggi boleh menyediakan perkhidmatan ke kawasan yang ditentukan sebelumnya melalui arkitektur cahaya titik dengan fungsi penggunaan semula frekuensi, selama mereka mempunyai infrastruktur tanah yang cukup, rangkaian satelit LEO juga boleh mencapai penyamaran global. Rangkaian satelit LEO pertama di dunia, Iridium, menyatakan kegagalan segera selepas peluncurannya pada 1998. Namun, rangkaian satelit telah menyediakan perkhidmatan kadar data rendah selama lebih dari satu dekade, dan telah ditatar melalui generasi baru satelit8.

Operasi rangkaian satelit LEO dihasilkan oleh pelbagai teknologi termasuk muatan guna digital, modulasi maju, penggunaan semula frekuensi, peningkat kuasa GaN kuasa kuasa tinggi (PA), dan tatasusunan tahap aktif agil sinar.

Komunikasi LEO

Rangkaian satelit LEO melibatkan stesen tanah-ke-satelit, stesen tanah-ke-tanah (G2G), satelit-ke-satelit (S2S), dan komunikasi satelit-ke-tanah bulat Robin. Pautan fizik ini dibahagi menjadi pautan tanah-satelit dan pautan antar-satelit. Komunikasi antara satelit dan satelit dan antara stesen tanah dan stesen tanah adalah perbezaan lain antara LEO dan HTS PCB. Rangkaian komunikasi satelit LEO boleh mencapai kawalan ketat penghantaran data antara pengguna, terminal kawalan dan terminal telemetri (seperti status, diagnosis, konfigurasi).

Tidak seperti GEO, yang mengekalkan kedudukan tetap dalam ruang angkasa, satelit LEO melewati seksyen tanah dengan kelajuan yang sangat cepat, jadi banyak satelit diperlukan untuk mencapai penutupan konsisten bagi kawasan tertentu. Di antara mereka, stesen tanah perlu melakukan penukaran kompleks melalui antena reflektor imbas mekanik atau antena array bertindak aktif dengan keuntungan tinggi dan arah tinggi. Apabila status dikemaskini, dengan sokongan pautan G2G, penerbangan cahaya antara satelit dan pengguna boleh mencapai kawasan jauh tanpa infrastruktur yang sepadan. Selain itu, satelit yang dilengkapi dengan kamera dan sensor boleh mengesan sampah ruang melalui koordinasi yang dekat antara satu sama lain.5

Pemprosesan dalam kapal

Untuk satelit GEO dan LEO bertindak tinggi, untuk meningkatkan bertindak satelit, arkitektur satelit perlu disesuaikan. Pelarasan arkitektur utama adalah untuk mengubah topologi pemindahan sebelumnya menjadi topologi regeneratif.