5G與衛(wèi)星通信融合之道：標準化與創(chuàng)新

目 錄 前言 致謝 1． 六十年來衛(wèi)星發(fā)展概況 1．1 從Beach Ball開始說起 1．2 俄羅斯、中國和美國：紅色火箭和黃色火箭 1．3 空間管制與變更 1．4 伯恩茅斯的海灘 1．5 用于自主運輸系統(tǒng)和移動物體網(wǎng)絡的衛(wèi)星 1．6 衛(wèi)星和5G：自然收斂？ 1．7 新一代低軌道衛(wèi)星通信網(wǎng)絡 1．8 管制和競爭政策 1．9 軌道備選方案和性能比較摘要 1．10 衛(wèi)星技術(shù)創(chuàng)新：部分波束寬度天線 1．11 FDD雙波段雙頻帶部分波束寬度天線 1．12 目前的發(fā)射計劃：國際通信衛(wèi)星組織和歐洲通信衛(wèi)星組織 1．13 衛(wèi)星工業(yè)中的人與政治 1．14 混合衛(wèi)星地面網(wǎng)絡的第三次機遇？ 1．15 規(guī)模和標準帶寬 1．16 信道帶寬和通頻帶：衛(wèi)星和5G帶寬計劃的影響 1．17 新聞宣傳的影響：漸進的推銷策略 1．18 扁平VSATs：作為共享5G和衛(wèi)星頻譜機制的漸進替代方式 1．19 共存與競爭、補貼和全球服務義務 1．20 美國的競爭和頻譜政策 1．21 衛(wèi)星和本地連接 1．22 摘要 參考文獻 2． 空間頻譜的爭奪賽 2．1 為什么頻譜很重要 2．2 5G與衛(wèi)星電視和其他衛(wèi)星系統(tǒng)共存 2．3 雷達頻段劃分 2．4 5G標準和頻譜 2．5 現(xiàn)有的低軌道 L波段、Ku波段、K波段和Ka波段的分配 2．6 高頻短波的優(yōu)勢 2．7 頻譜：為什么Ka-波段是有用的 2．8 標準對5G頻譜要求的影響 2．9 復用、調(diào)制和共存 2．10 區(qū)域頻譜政策 2．11 UHF的5G和衛(wèi)星 2．12 5G與頻譜資源再利用 2．13 FCC、ITU組織和國家監(jiān)管：陸地和非陸地網(wǎng)絡的異同 2．14 用于公眾保護和救災的空到地通信：AT&T First Net、BT EE和澳大利亞的NBN都是長期演進和更長期演進5G緊急服務無線電網(wǎng)絡的例子 2．15 GSO和NGSO術(shù)語 2．16 國家和區(qū)域差異對全球互聯(lián)互通的重要性 2．17 射頻功率和干擾 2．18 星間轉(zhuǎn)換的重要性 2．19 著陸權(quán) 2．20 干擾管理 2．21 頻譜訪問權(quán) 2．22 NGSO緩解GSO干擾 2．23 FirstNet和2012年頻譜法案 2．24 光纖接入和無線接入權(quán) 2．25 固定點到點和點到多點微波回程 2．26 傳統(tǒng)低軌道衛(wèi)星和GSO算子譜 2．27 V波段和W波段 2．28 摘要 參考資料 3． 鏈接預算和延遲 3．1 延遲和5G標準 3．2 影響延遲的其他因素 3．3 延遲、距離和時間 3．4 其它網(wǎng)絡開銷和OSI模型 3．5 移動寬帶網(wǎng)絡的時間簡史及其對延遲的影響 3．6 精度的代價 3．7 時間、延遲和網(wǎng)絡功能虛擬化 3．8 新無線電規(guī)范和相關的延遲問題 3．9 帶內(nèi)回程 3．10 5G和衛(wèi)星信道模型 3．10．1 3GPPTR 38．901 3．10．2視線和非視線 3．10．3現(xiàn)有模型 3．10．4 ITU降雨模型和衛(wèi)星衰落計算 3．10．5氧諧振線和超高吞吐量的V波段雙通帶 3．10．6視線以外 3．11 衛(wèi)星信道模型和信號延遲 3．12 正在進行的衛(wèi)星標準和相關研究項目 3．13 傳播延遲和傳播損耗作為仰角的函數(shù) 3．14 新低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡對延遲和鏈接預算的影響 3．15 衛(wèi)星和子載波間隔 3．16 超越云計算的邊緣計算：點空間交付模型 3．17 摘要 參考文獻 4． 發(fā)射技術(shù)創(chuàng)新 4．1 導言 4．2 老火箭人 4．2．1 Charles C． Clarke與科幻小說的角色 4．2．2 Jules Verne和Herr Oberth 4．2．3 Herr Oberth和Herr von Braun 4．2．4 Robert Goddard和世界戰(zhàn)爭 4．3 紅軍火箭 4．4 德國的火箭遺產(chǎn) 4．5 法國和英國的遺產(chǎn) 4．6 世界其他地區(qū)的火箭 4．7 以印度空間研究組織為代表的新興國家能力 4．8 巴西火箭及其國土衛(wèi)星計劃 4．9 中國長征導彈 4．10 歐洲火箭 4．11 固體燃料對液體燃料 4．12 火箭人和他們的火箭 4．12．1 新一代太空企業(yè)家 4．12．2 可重復使用的火箭和其他創(chuàng)新 4．12．3 價格清單和有效載荷 4．13 向發(fā)射場運送火箭和有效載荷發(fā)射應力 4．13．1 火星2024年的麝香飛行任務 4．13．2 貝佐斯先生與藍原 4．13．3 我的火箭比你的火箭還大 4．13．4 布蘭森先生與維珍銀河 4．13．5 小型火箭：奇維路 4．13．6 微型航天器發(fā)射器 4．13．7 太空有多遠？ 4．13．8 近空間對深空 4．13．9 到那兒要多長時間？ 4．14 大型火箭創(chuàng)新對高計數(shù)獅子座電力預算、容量、吞吐量和空間星座經(jīng)濟學的影響 4．15 發(fā)射可靠性對保險費用的影響 4．16 摘要 參考文獻 5． 衛(wèi)星技術(shù)創(chuàng)新 5．1 5G能量的力量 5．2 太陽作為能量的來源 5．2．1 太陽能電池板效率 5．2．2 國際空間站作為大型太陽能電池板在獅子座的一個例子 5．2．3 衛(wèi)星電力需求 5．2．4 太陽能的能量和它的用途 5．3 衛(wèi)星電力效率的重要性 5．4 使用離子推進系統(tǒng)的電力衛(wèi)星 5．5 當太陽停止照耀時會發(fā)生什么？ 5．5．1 利用放射性同位素能源為通信衛(wèi)星發(fā)電？ 5．5．2 銻和钚的生產(chǎn)成本 5．5．3 放射性同位素熱電發(fā)生器能用多久？ 5．5．4 用攪拌放射性同位素發(fā)生器進行熱-電轉(zhuǎn)換 5．6 裂變和聚變 5．7 為什么鈾比钚便宜 5．8 回到俄羅斯，美國和中國 5．9 向空間發(fā)射放射性物質(zhì)的監(jiān)管問題 5．10 與向空間發(fā)射放射性物質(zhì)有關的風險 5．11 新聞中的鈾 5．12 太空中的輻射：光子還是中子，最終的選擇？ 5．13 正方體衛(wèi)星創(chuàng)新 5．14 利用光學空基收發(fā)器進行量子計算 5．15 太空中的智能手機：一個百萬瓦的移動網(wǎng)絡 5．16 空間中的其他能源 5．17 衛(wèi)星、能源效率和碳足跡 5．18 天線創(chuàng)新 5．19 5G和衛(wèi)星：核選擇 5．20 摘要 參考文獻 6． 天線創(chuàng)新 6．1 天線創(chuàng)新對陸地和非陸地網(wǎng)絡能源成本的影響 6．1．1 天線在噪聲受限網(wǎng)絡中的作用 6．1．2 天線在干擾、有限網(wǎng)絡、衛(wèi)星和地面共存中的作用 6．1．3 天線應該做的有四件事，但不能同時做 6．2 來自多個接入點、多個基站和或多個衛(wèi)星的信號 6．3 衛(wèi)星頻道模型和天線：標準作為起點 6．4 返回地球：5G天線趨勢 6．4．1 5G回傳 6．4．2 5G的回傳隨帶回傳 6．5 地面5G和非地面網(wǎng)絡天線的創(chuàng)新 6．5．1 可引導的機械天線 6．5．2 使用傳統(tǒng)部件和材料的可電動天線 6．5．3 使用超材料的電控天線 6．5．4 與電磁帶隙材料組合的超材料天線 6．5．5 主動共形、扁平和近似扁平的天線 6．5．6 主動和被動共形天線 6．5．7 軍用雷達、衛(wèi)星通信、5G地面和5G回傳的主動電子定向陣列天線 6．6 4G和5G的陸域空天系統(tǒng)：柔性擬態(tài) 6．6．1 AESA汽車 6．6．2 諾基亞5G柔性MIMO天線陣列的一些例子 6．7 波束頻率分離 6．8 等離子天線 6．9 扁平VSATs及其在減少近地軌道、中軌道和地球干擾中的作用 6．10 按波長和大小縮放平面VSATs 6．11 扁平VSAT能低成本生產(chǎn)嗎？ 6．12 28 GHz VSAT智能手機 6．13 多頻帶扁平共形VSATs 6．14 衛(wèi)星應該使用什么物理層？ 6．15 5G共享帶寬，高吞吐量GHz衛(wèi)星在12 GHz和28 GHz，甚高吞吐量太比特衛(wèi)星在4050 GHz和超高吞吐量貝脫比特衛(wèi)星 6．16 平板VSATs和無線可穿戴設備？ 6．17 平板VSATs的作用：解決地面網(wǎng)關干擾問題及成本問題 6．18 星座間交換：作為母艦的GSO衛(wèi)星和作為天基服務器的GSO衛(wèi)星 6．19 向上移動的星座間交換作為降低地面站數(shù)量和成本的一種方法 6．20 衛(wèi)星上的平板衛(wèi)星 6．21 摘要 參考文獻 7． 星座創(chuàng)新 7．1 決定和推動星座創(chuàng)新的技術(shù)和商業(yè)因素 7．2 星座創(chuàng)新的要點 7．3 星座選項的注意事項 7．4 新LEO資源 7．5 新GSO資源 7．6 新LEO 7．7 新LEO資源 7．7．1 銥 7．7．2 全球之星 7．7．3 混合細胞衛(wèi)星星座的設備可用性 7．8 角功率分離 7．9 一個網(wǎng)絡共存 7．9．1 一個網(wǎng)絡地面站 7．9．2 一個網(wǎng)絡進步音高 7．9．3 網(wǎng)絡干擾模型 7．9．4 與GSO系統(tǒng)的網(wǎng)絡共存 7．10 角功率分離和有源電子可引導天線陣列 7．11 干擾計算和其他參數(shù) 7．12 亞洲廣播衛(wèi)星個案研究 7．13 答案：混合星座包括5G 7．14 上升先于下降的星座：哈勃望遠鏡和國際空間站作為先前的例子 7．15 TRDS保護比率 7．16 地面天線創(chuàng)新（被動式和主動式平板VSATs）作為推進器 7．17 GSO HTS和VHTS星座創(chuàng)新 7．18 全球GSOs 7．19 其他全球GSOs 7．20 區(qū)域性的SATs 7．21 主權(quán)國家SATs 7．22 甚高吞吐量星座 7．23 獨立的立方體衛(wèi)星 7．24 空間遙感星座：方形衛(wèi)星 7．25 GNSS衛(wèi)星 7．26 Quazi Zenith星座 7．27 軌道碎片 7．28 高空平臺 7．29 空中的平臺 7．30 摘要 參考文獻 8． 生產(chǎn)和制造業(yè)創(chuàng)新 8．1 航空制造業(yè)：童話故事 8．2 衛(wèi)星制造：類似的故事？ 8．3 汽車工業(yè)作為衛(wèi)星制造創(chuàng)新的源泉 8．3．1 福特先生和馬斯克先生 8．3．2 5G智能手機的生產(chǎn)創(chuàng)新：為什么規(guī)模比性能重要 8．3．3 對于5G供應鏈中的性能材料和制造創(chuàng)新 8．3．4 火箭工業(yè)的材料和制造創(chuàng)新 8．3．5 現(xiàn)在，回到電池農(nóng)場 8．3．6 汽車企業(yè)的價值：馬斯克先生是現(xiàn)代馬可尼。 8．4 汽車雷達供應鏈作為衛(wèi)星和5G天線制造創(chuàng)新的源泉 8．5 供應鏈比較 8．6 為什么規(guī)模是重要的 8．7 厘米波段和毫米波段智能手機的生產(chǎn)和制造挑戰(zhàn) 8．8 Wi-Fi、藍牙或亞千兆赫連接作為一種選擇 8．9 接入點和基站硬件 8．10 服務器和路由器硬件制造創(chuàng)新 8．11 摘要 參考文獻 9． 商業(yè)創(chuàng)新 9．1 導言 9．2 衛(wèi)星工業(yè)需要解決的問題：缺乏規(guī)模 9．3 雙打規(guī)則 9．4 國家、區(qū)域和全球經(jīng)營者以及國家、區(qū)域或全球規(guī)模 9．5 標準對商業(yè)創(chuàng)新的影響 9．6 移動運營商有需要解決的問題嗎？ 9．6．1 回傳費用、公共安全、深入的鄉(xiāng)村和沙漠覆蓋 9．6．2 深層農(nóng)村網(wǎng)絡、設備成本問題和衛(wèi)星解決方案 9．6．3 低成本物聯(lián)網(wǎng)：衛(wèi)星能運輸嗎？ 9．7 作為變革的媒介 9．8 無線網(wǎng)絡：競爭或新的目標市場 9．9 能源和碳目標：衛(wèi)星能運輸嗎？ 9．10 云端計算：阿里巴巴和騰訊是未來？ 9．11 火車、船只和飛機 9．12 移動汽車移動網(wǎng)絡 9．13 衛(wèi)星和802．11P汽車v2v和v2x 9．14 亞GHz立方衛(wèi)星作為使用亞1-GHz頻譜的替代傳送選擇 9．15 天基空白空間 9．16 空間和基于HAPS的Wi-Fi 9．17 智能手機作為B2B和大眾消費市場的默認共同標準 9．18 5G智能手機作為進入衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)消費市場規(guī)模的門戶 9．19 無線可穿戴設備 9．20 回到伯恩茅斯的海灘 9．21 將28GHz衛(wèi)星連接到5G智能手機：實用性 9．22 將C波段（和擴展的C波段）、S波段、l波段和亞GHz衛(wèi)星連接到智能手機 9．23 作為關鍵推進因素的標準 參考文獻 10． 標準 10．1 標準作為5G衛(wèi)星智能手機的障礙 10．2 作為5G衛(wèi)星智能手機的推動者的標準 10．3 標準程序的使用和濫用：內(nèi)部緊張點 10．4 5G和3GPP衛(wèi)星釋放15個工作項 10．5 平行引導媒體標準 10．6 5G、衛(wèi)星和固定無線接入 10．7 5G、衛(wèi)星和c波段衛(wèi)星電視標準 10．8 5G和衛(wèi)星與Wi-Fi標準程序的集成 10．8．1 SAT-FI 10．8．2 高數(shù)據(jù)率Wi-Fi，Cat18和Cat19 LTE，50 x 5G 10．8．3 LTE和Wi-Fi連接聚合 10．9 5G、衛(wèi)星和藍牙 10．10 衛(wèi)星如何幫助達到5G標準文件中規(guī)定的性能目標 10．10．1 eMBB和衛(wèi)星 10．10．2 衛(wèi)星和5G頻譜效率 10．10．3 衛(wèi)星和5G深的農(nóng)村衛(wèi)星 10．10．4 衛(wèi)星、高移動用戶和IoT設備 10．10．5 衛(wèi)星和大型低移動性電池 10．10．6 衛(wèi)星和大型機器通信：VHTS扁平VSATs 10．10．7 衛(wèi)星和超可靠低延遲通信 10．10．8 能源效率和碳足跡 10．10．9 5G和衛(wèi)星波束形成 10．11 誰擁有這些標準的價值？ 10．12 衛(wèi)星和汽車連接 10．13 衛(wèi)星工業(yè)和汽車雷達 10．14 衛(wèi)星和5G數(shù)據(jù)密度 10．15 衛(wèi)星和5G標準：調(diào)制、編碼和共存 10．16 CATs和SATs 10．17 5G衛(wèi)星回傳 10．18 光纖上的網(wǎng)絡接口標準和射頻 10．19 標準和頻譜：HTS、VHTS和S-VHTS衛(wèi)星服務 10．20 5G和衛(wèi)星頻譜共享 10．21 5G和衛(wèi)星波段共享對監(jiān)管和競爭政策的影響 10．22 物理層兼容性 10．23 被動扁平VSAT標準 10．24 主動式扁平VSAT標準 10．25 帶內(nèi)5G回傳和衛(wèi)星 10．26 ESIM和BSIM標準：T連接模型 10．27 指定網(wǎng)絡功率效率和碳足跡 10．28 CAT SAT智能手機和可穿戴SAT標準：騰訊通訊和其他意想不到的結(jié)果 10．29 摘要 參考文獻 11． 美國破產(chǎn)程序 11．1 電信業(yè)及其相關供應鏈的財務概覽 11．2 從過去的金融失敗中吸取的教訓：第11章作為旋轉(zhuǎn)門 11．3 電信業(yè)的規(guī)模 11．4 衛(wèi)星和其他實體 11．5 衛(wèi)星供應鏈 11．6 財務比較 11．7 汽車專業(yè)和汽車專業(yè) 11．8 華為因素 11．9 國防部門供應鏈 11．10 衛(wèi)星供應鏈 11．11 新低軌衛(wèi)星 11．12 摘要 參考文獻 12． 互利模式 12．1 導言 12．2 頻譜觸點和張力點 12．3 天線創(chuàng)新對Ku波段、K波段、Ka波段頻譜共享率的影響 12．3．1 主動式電控陣列天線(主動式平板天線) 12．3．2 被動固定波束寬度平天線或共形天線（被動固定波束寬度） 12．4 對26GHz和28GHz之爭意味著什么 12．5 交換條件：低于3．8-GHz 5G的重新填充帶中的衛(wèi)星 12．6 衛(wèi)星鏈路的預算對大多數(shù)地面應用來說是不夠的嗎？ 12．7 衛(wèi)星垂直模型 12．8 垂直市場的垂直覆蓋 12．9 地面水平模式：橫向市場的水平覆蓋 12．10 水平值與垂直值 12．11 摘要：世界各地80種方式 參考文獻 關于作者