PCB新聞 - 衛星在5G網絡中的作用

為了支持5G建設, 蜂窩宏基站和微基站的密集部署正在進行中. 這些基站使用複雜的 無線電科技 支持資料速率, 5G容量和覆蓋範圍. 第16版3GPP將於今年6月發佈, 第17版預計將於2021下半年發佈. 當時, V2X上將給出詳細的具體說明, 工業物聯網, 多SIM卡設備, 可靠性和低延遲效能改進, 71GHz範圍內未授權頻譜的使用, 效率, 和干擾. 此外, 作為去年年底在西班牙舉行的3GPP會議上討論的24個主要項目的補充, 5G New Radio (NR) support provided by non-terrestrial access 印刷電路板 還將闡明衛星和高空平臺等科技. 作為一個具有固有優勢的平臺, 衛星科技可以為全球 5G架構.
5G backhaul
Together with many 5G-enabled radio access technologies, the backhaul technology has undergone the necessary development-decomposing the baseband unit (BBU) and remote radio heads in the LTE network into a centralized unit (CU) and a distributed unit ( DU) and radio unit (RU) three separate functional modules. 運營商聚合, 下行協調多點傳輸/接待, MIMO和其他 無線電科技 相互配合，充分利用6GHz以下的有限頻譜, while massive MIMO (mMIMO) improves the network capacity of each cell site by improving spectrum efficiency And coverage. 此外, 毫米波小型基站的高密度部署和其他解決方案進一步移動頻譜，以實現更大的接入頻寬. Various such technologies have contributed to the following 5G functions defined by the International Telecommunication Union (ITU) (Figure 1): 5G enhanced mobile broadband (eMBB); ultra-high reliability and low-latency communications (uRLLC); large-scale machine type Communication (mMTC).
如圖2所示, the current strategy for 5G Radio Access Network (RAN) is the so-called gNodeB (gNB) base station. This type of base station uses the following two-layer architecture: Distributed Unit (DU), which provides low-latency performance for Factory automation and medical services; centralized unit (CU) for high power consumption processing. The separation of RU and DU exposes the Common Public Radio Interface (CPRI), which has been enhanced for 5G and is called an enhanced CPRI (eCPRI) interface. 在某些情况下, DU和RU可以相互結合, 功能相當於一個小型基站.
The integration of 5G and satellite
At present, 許多研究正在探索5G無線電接入網路衛星對地架構的輔助用途：歐盟地平線2020合作項目涉及歐洲大陸的多家公司, aiming to develop "satellite and ground networks for 5G"; European Space Agency funded Support the Satellite-Ground Convergence Paradigm (SATis5G) in the Context of 5G project; SpaceX, OneWeb, and Amazon are developing low-orbit (LEO) satellite networks that can provide connections to any location on the earth; geostationary orbit (GEO) runs high Flux Satellite (HTS) technology is another technology in the integration of satellite-to-earth networks and 5G, 可以提供聚光燈和 多播 functions; the cellular communication standard organization 3GPP is also working on low orbit (LEO) and medium orbit (MEO), Research on non-terrestrial networks of geostationary orbit (GEO) satellites to clarify the functions of satellite communications in 5G1.
從2004年推出輸送量為4Gbps的Anik F2到2017年推出輸送量為200Gbps的EchoStar XIX, 高通量衛星科技取得了長足的發展. 在不久的將來, Ka波段轉發器將提供Tbps級速度, 優化科技還可以降低每比特的傳播成本. 衛星網絡的“隨插即用”功能旨在通過以下方面支持5G：衛星網絡虛擬化； 允許蜂窩網絡控制衛星無線電資源； 為小小區連接開發連結聚合； 以及蜂窩接入技術和衛星接入技術之間的金鑰管理和認證，以優化安全性； 熔合 多播 衛星科技的優勢2.

固定收益率

衛星到基站或獨立小型基站的固定回程可以為eMBB提供支援，而eMBB無法實現經濟高效的地面回程。 這種情況經常發生在地球上的欠發達地區和服務不足地區，這些地區的蜂窩網絡基礎設施和無線接入資源很少。 除eMBB外，衛星還可以為物聯網應用（如智慧農業）中的mMTC提供支援。

HTS使能科技

衛星科技已經從傳統的固定衛星服務（FSS）發展到HTS科技，並繼續為人們提供越來越多的功能和服務。

點波束和頻率重用

圖5：點波束和頻率分離提高了HTS的覆蓋範圍和容量。

當跨越大範圍（與整個大陸一樣大）的FSS波束非常少時，HTS衛星可以使用通過頻率重用平衡的多個點波束，以便在相同的頻率分配方案下將輸送量提高20倍（圖5）。 其中，與FSS衛星的寬波束相比，每個點波束可以為目標區域提供更多的功率。 這樣，無論衛星轉發器工作在哪個波段（C波段、K波段或Ka波段），頻譜都可以得到最佳利用。 為了减少干擾和訊號遺失的風險，點波束佈局應確保相鄰波束的頻率彼此不接近。 在點波束頻率分離和衛星流量之間存在以下權衡：點波束之間的頻率越近，頻率重用率越高，這使得衛星容量更大。 這個概念類似於mMIMO的資料速率和容量新增之間的關係，其中數百個有源天線單元和波束形成單元為不同位置的用戶提供多個波束。 然而，這一概念與空間分集有著顯著的不同：當地面mMIMO系統通過新增波束數量來减少同通道干擾時，衛星所在的環境中散射不多，囙此同通道干擾成為人們關注的問題。 問題 這個問題可以通過“四色”頻率複用（FR4）來緩解：相鄰波束通過具有不同偏振方向的非相交頻率實現正交性。 通常，對於用戶終端保持這種正交性。

多播

HTS科技本身就具有多播功能：發送給1000個用戶的消息只需發送一次，而不需要發送1000次，這樣就可以有效地利用頻譜和數據資源。 與地面無線業務相比，HTS科技具有以下特點：衛星波束覆蓋面積大； 長通道編碼可以克服雜訊； 傳輸訊號包含多個用戶的資訊。 此外，該科技的對應幀可以由DVB-S2X成幀協定編碼，並且可以由用戶組解碼，從而實現多播傳輸6。 這樣，接收廣播內容的設備越多，可以節省的頻寬就越多。 多播服務的一個示例是視訊會議：每個參與者為所有其他參與者形成一個多播源（即多點對多點）。 雖然多播服務往往是地面系統高頻寬消耗的來源，但對於HTS來說，這相對不是一個問題。

頻譜上移

最近推出的HTS使用Ka波段轉發器。 頻移的目的是獲得更大的頻寬，從而獲得更多的點波束。 未來幾代衛星將提供Tb/s級容量，囙此可能需要使用Q波段和V波段，以實現更大用戶流量的聚集，並在覆蓋區域使用數千個點波束。

LEO的低延遲

低軌衛星網絡可以提供單個地球同步軌道衛星無法實現的功能。 低軌衛星的主要優點是：低軌衛星可以减少延遲； 低軌衛星網絡可以實現更大的覆蓋。 GEO衛星高度約36000km，端到端傳播延遲280ms； MEO衛星高度10000km，延遲90ms； 低軌衛星的高度為350-1200km，延遲為6-30ms。 雖然低軌衛星的低延遲只能支持有限的低延遲5G服務，但大多數低延遲5G服務的同步鏈需要非常小的往返延遲和相應的定時誤差（錶1）。

LEO衛星網絡覆蓋全球，成為mMTC應用的最佳選擇。 儘管高通量GEO衛星可以通過具有頻率複用功能的點波束結構向預定區域提供服務，但只要它們有足够的地面基礎設施，LEO衛星網絡也可以實現全球覆蓋。 世界上第一個低軌衛星網絡銥星在1998年發射後不久宣佈破產。 然而，十多年來，衛星網絡一直在提供低數據率服務，並通過新一代衛星8進行了陞級。

低軌衛星網絡的運行得益於多種科技，包括數位有效載荷、高級調製、頻率重用、高功率密度GaN功率放大器（PA）和波束捷變有源相控陣。

LEO通信

低軌衛星網絡包括地對衛星, ground-to-ground station (G2G), satellite-to-satellite (S2S), 以及星地迴圈通信. 這些物理連結分為地面到衛星連結和衛星間連結. The communication between satellite and satellite and between ground station and ground station is another difference between LEO and HTS 印刷電路板. 低軌衛星通信網可以實現對用戶間資料傳輸的嚴格控制, control terminals and telemetry terminals (such as status, 診斷, configuration).

與在空間中保持固定位置的GEO不同，LEO衛星以非常快的速度通過地面部分，囙此需要多顆衛星來實現對特定區域的一致覆蓋。 其中，地面站需要通過機械掃描反射面天線或高增益、高方向性的有源相控陣天線進行複雜切換。 當狀態更新時，在G2G連結的支持下，衛星和用戶之間的波束跳躍可以到達沒有相應基礎設施的偏遠地區。 此外，配備監視器和感測器的衛星可以通過相互密切協調來跟踪太空垃圾5。

車載處理

對於高通量GEO和LEO衛星，為了提高衛星輸送量，需要調整衛星結構。 主要的架構調整是將以前的轉發拓撲轉換為再生拓撲。