Новости PCB - Роль спутников в сетях 5G

Для поддержки строительства 5G продолжается интенсивное развертывание сотовых и микробазовых станций. Эти базовые станции используют сложные радиотехнологии для поддержки скорости передачи данных, пропускной способности и покрытия 5G. Шестнадцатая версия 3GPP будет выпущена в июне этого года, а семнадцатая - во второй половине 2021 года. К тому времени будут даны подробные и конкретные инструкции по V2X, промышленному Интернету вещей, мульти - SIM - устройствам, улучшению надежности и производительности с низкой задержкой, использованию несанкционированного спектра в 71 ГГц, эффективности и помехам. Кроме того, в дополнение к 24 основным проектам, обсуждавшимся на конференции 3GPP в Испании в конце прошлого года, будет уточнена поддержка новых радиостанций 5G (NR), предоставляемых технологиями PCB с наземным доступом, такими как спутники и высотные платформы. Будучи платформой с присущими ей преимуществами, спутниковые технологии могут внести вклад в глобальную архитектуру 5G. Наряду со многими технологиями радиодоступа, поддерживающими 5G, технология обратного пути претерпела необходимые разработки, чтобы разбить базовые полосные блоки (BBU) и удаленные радиоголовки в сетях LTE на три отдельных функциональных модуля: централизованный блок (CU), распределенный блок (DU) и радиоблок (RU). Радиотехнологии, такие как агрегация несущей, координация каналов нисходящей связи, многоточечная передача / прием, MIMO и т. Д., сотрудничают друг с другом, чтобы в полной мере использовать ограниченный спектр ниже 6 ГГц, в то время как крупномасштабные MIMO (mMIMO) увеличивают пропускную способность сети на каждом микроучастке за счет повышения эффективности спектра и покрытия. Кроме того, развертывание с высокой плотностью и другие решения для небольших базовых станций миллиметрового диапазона дополнительно перемещают спектр для достижения большей пропускной способности доступа. Различные из этих технологий способствуют следующим функциям 5G, определенным Международным союзом электросвязи (МСЭ) (рисунок 1): расширенная мобильная широкополосная связь 5G (eMBB); Сверхвысокая надежность и связь с низкой задержкой (URLLC); Большие машинные типы связи (mMTC). Как показано на рисунке 2, текущая стратегия сети беспроводного доступа 5G (RAN) - это так называемая базовая станция gNodeB (gNB). Базовые станции этого типа используют следующую двухуровневую архитектуру: распределенный блок (DU), обеспечивающий низкую задержку для автоматизации завода и медицинского обслуживания; Централизованные блоки (CU) для обработки с высоким энергопотреблением. Разделение RU и DU выявило общественный радиоинтерфейс (CPRI), который был улучшен для 5G и известен как расширенный интерфейс CPRI (eCPRI). В некоторых случаях DU и RU могут быть объединены друг с другом и иметь функции, эквивалентные небольшой базовой станции. Интеграция 5G со спутниками В настоящее время ряд исследований исследует вспомогательное использование спутниковых наземных архитектур в сетях радиодоступа 5G: совместный проект ЕС Horizon 2020, в котором участвуют несколько компаний на европейском континенте, направлен на разработку « 5G спутников и наземных сетей»; Финансируемый Европейским космическим агентством проект « Поддержка модели слияния звезд и Земли в контексте 5G»; SpaceX, OneWeb и Amazon разрабатывают низкоорбитальную спутниковую сеть (LEO), которая обеспечит связь с любой точкой на Земле; Технология использования спутников с высоким потоком (HTS) на геостационарной орбите (GEO) является еще одной технологией слияния спутниковых сетей Земли с 5G, которая обеспечивает точечный луч и мультиплеер; Организация по стандартизации сотовой связи 3GPP также изучает низкоорбитальную (LEO) и среднюю орбиту (MEO), а также наземную сеть спутников на геостационарной орбите (GEO) для уточнения функций спутниковой связи в 5G1. В ближайшем будущем транспондеры Ka - диапазона обеспечат скорость на уровне Тбит / с, а технология оптимизации также снизит затраты на распространение на бит. Функция спутниковой сети « интерполяция - интерполяция» предназначена для поддержки 5G посредством: виртуализации спутниковой сети; Позволяет сотовым сетям управлять спутниковыми радиоресурсами; Разработка полимеризации каналов связи для подключения малых сообществ; а также управление ключами и аутентификация между технологией сотового доступа и технологией спутникового доступа для оптимизации безопасности; Преимущества комбинированной технологии спутникового вещания 2.

Постоянный доход

Фиксированный обратный путь со спутника на базовую станцию или независимую небольшую базовую станцию может поддерживать eMBB, в то время как eMBB не может обеспечить экономически эффективный наземный обратный путь. Это часто происходит в менее развитых и недостаточно обслуживаемых районах планеты с наименьшими ресурсами инфраструктуры сотовой связи и беспроводного доступа. Помимо eMBB, спутники также могут поддерживать mMTC в приложениях IoT, таких как интеллектуальное сельское хозяйство.

Технология расширения возможностей HTS

Спутниковые технологии перешли от традиционных стационарных спутниковых служб (FSS) к технологии HTS и продолжают предоставлять людям все больше функций и услуг.

Повторное использование точечного луча и частоты

Рисунок 5: Точечное разделение луча и частоты увеличивает охват и пропускную способность HTS.

При очень небольшом количестве FSS - лучей, пересекающих широкий диапазон (такой же большой, как и весь континент), спутники HTS могут увеличить пропускную способность в 20 раз при той же схеме распределения частот, используя многоточечный луч, сбалансированный за счет многократного использования частот (рис. 5). Среди них каждый точечный луч может обеспечить больше мощности для целевой области, чем широкий луч спутника FSS. Таким образом, спектр может быть оптимально использован независимо от того, в каком диапазоне (C, K или Ka) работает спутниковый ретранслятор. Чтобы снизить риск помех и потери сигнала, расположение точечного луча делает частоты соседних лучей не близкими друг к другу. Существует следующий компромисс между разделением частот точечного луча и спутниковым потоком: чем ближе частота между точечными лучами, тем выше частота повторного использования, что делает спутник более мощным. Эта концепция похожа на взаимосвязь между увеличением скорости передачи данных и пропускной способностью mMIMO, где сотни активных антенных элементов и блоков формирования луча предоставляют несколько лучей пользователям в разных местах. Однако эта концепция существенно отличается от концепции пространственного разделения: когда наземная система mMIMO уменьшает помехи на одном канале, увеличивая количество лучей, среда, в которой находится спутник, не богата рассеянием, и поэтому помехи на одном канале становятся проблемой. Вопросы Эту проблему можно смягчить с помощью « четырехцветного» мультиплексирования частот (FR4): соседние лучи достигают ортогональности с помощью непересекающихся частот в разных направлениях поляризации. Обычно эта ортогональность сохраняется до пользовательского терминала.

Многоразовое вещание

Технология HTS по своей сути многоадресна: сообщения, отправляемые тысячам пользователей, должны быть отправлены только один раз, а не тысячу раз, чтобы спектр и ресурсы данных могли быть эффективно использованы. По сравнению с наземным беспроводным бизнесом технология HTS имеет следующие характеристики: большая площадь покрытия спутникового луча; Кодирование длинных каналов может преодолеть шум; Сигнал передачи содержит информацию о нескольких пользователях. Кроме того, соответствующий кадр технологии может быть закодирован с помощью кадрового протокола DVB - S2X и может быть декодирован группой пользователей для обеспечения мультиплеерной передачи 6. Таким образом, чем больше устройств получает вещательный контент, тем больше пропускной способности можно сэкономить. Примером мультиплеера является видеоконференция: каждый участник формирует мультиплеер - источник для всех остальных участников (т.е. многоточечный - многоточечный). Хотя мультиплеер часто является источником высокой пропускной способности для наземных систем, это относительно не проблема для HTS.

Смещение спектра вверх

Недавно запущенные HTS используют транспондеры Ka - диапазона. Цель сдвига частоты - получить большую полосу пропускания, чтобы получить больше точечных лучей. Следующие поколения спутников обеспечат пропускную способность Tb / s, поэтому для достижения большей агрегации пользовательского трафика могут потребоваться Q - и V - диапазоны, а также тысячи точечных лучей в зоне покрытия.

Низкая задержка LEO

Сеть спутников на низкой околоземной орбите (НОО) может выполнять функции, которые не могут быть реализованы одним спутником на ГСО. Основным преимуществом LEO является то, что спутники LEO могут уменьшить задержку; Спутниковая сеть LEO обеспечивает более широкий охват. Спутник GEO имеет высоту около 36 000 км и задержку сквозного распространения 280 мс; Спутник MEO имеет высоту 10 000 км с задержкой 90 миллисекунд; Высота низкоорбитального спутника составляет 350 - 1200 км, задержка - 6 - 30 мс. В то время как низкая задержка спутников на низкой околоземной орбите может поддерживать только ограниченные услуги 5G с низкой задержкой, большинство синхронных цепочек с низкой задержкой 5G требуют минимальной задержки в обе стороны и соответствующей ошибки времени (таблица 1).

Сеть низкоорбитальных спутников охватывает весь мир и является лучшим выбором для применения mMTC. В то время как высокопроизводительные спутники GEO могут обслуживать заданные области с помощью точечной лучевой архитектуры с функцией мультиплексирования частот, спутниковая сеть LEO также может обеспечить глобальный охват, если у них достаточно наземной инфраструктуры. Первая в мире низкоорбитальная спутниковая сеть Иридиум была объявлена банкротом вскоре после запуска в 1998 году. Тем не менее спутниковые сети уже более десяти лет предоставляют услуги с низкой скоростью передачи данных и модернизируются с помощью спутников нового поколения8.

Сеть низкоорбитальных спутников функционирует на основе различных технологий, включая цифровую полезную нагрузку, усовершенствованную модуляцию, многократное использование частот, мощный усилитель мощности GaN (PA) высокой плотности и пучковую активную фазированную решетку.

LEO Связь

Сеть низкоорбитальных спутников включает в себя системы связи & quot; земля - звезда & quot;, & quot; земля - земля & quot; (G2G), & quot; звезда - звезда & quot; (S2S) и & quot; планета - земля & quot;. Эти физические связи подразделяются на наземные спутниковые и межспутниковые. Связь между спутником и спутником, а также между наземной станцией и наземной станцией - еще одно различие между LEO и HTS PCB. Сеть спутниковой связи LEO обеспечивает строгий контроль передачи данных (например, состояние, диагностика, конфигурация) между пользователем, контрольным терминалом и телеметрическим терминалом.

В отличие от геосинхронной орбиты, которая сохраняет фиксированное положение в космосе, низкоорбитальные спутники проходят через наземный сегмент очень быстро, поэтому для обеспечения равномерного охвата определенной области требуется несколько спутников. Среди них наземные станции требуют сложного переключения с помощью механических сканирующих отражательных антенн с высоким коэффициентом усиления, высокой направленностью или активных антенн с фазированной решеткой. При обновлении состояния, при поддержке G2G - связи, лучевой скачок между спутником и пользователем может достигать отдаленных районов без соответствующей инфраструктуры. Кроме того, спутники, оснащенные камерами и датчиками, могут отслеживать космический мусор, тесно координируя друг с другом.

Обработка автотранспортных средств

Для спутников GEO и LEO с высокой пропускной способностью необходимо скорректировать спутниковую архитектуру, чтобы увеличить пропускную способность спутника. Основная структурная перестройка заключается в преобразовании предыдущей топологии пересылки в топологию регенерации.