5G与卫星通信融合之道：标准化与创新

　　该书介绍了与5G相关的非地面网络标准，讨论了将下一代**物理和MAC层与R16和R17版5G标准集成的设计、性能、成本和测试的含义，并探讨了这些新兴的频谱和标准如何映射到特定垂直市场中的IOT和MTC使用情况，提出了监管机构、标准制定机构和市场参与者需要联合起来支持将天基能力纳入5G架构的观点。读者将了解新的有源和无源**在K波段和V和W波段（E波段）如何影响**链路预算和**传送成本经济性，也可了解哪些频带将需要在下一代5G和**设备和网络中得到支持，以及这些频带将如何被表征。书中讨论了信道间隔、保护频带、FDD和TDD、带外发射限制和带内性能要求，也研究分析了共同共享分配模式将产生什么干扰问题，如何减轻下一代地面和**5G网络之间的干扰，以及调制选择将如何影响共存问题。

　　何英，女，工学硕士，军事科学院系统工程研究所 副研究员。长期从事军用标准和测试计量科研工作，现为军事科学院系统工程研究院军用标准研究中心副研究员。主笔完成国军标1项，获得军队科技进步二等奖两项、三等奖四项。

目 录 前言 致谢 1． 六十年来卫星发展概况 1．1 从Beach Ball开始说起 1．2 俄罗斯、中国和美国：红色火箭和黄色火箭 1．3 空间管制与变更 1．4 伯恩茅斯的海滩 1．5 用于自主运输系统和移动物体网络的卫星 1．6 卫星和5G：自然收敛？ 1．7 新一代低轨道卫星通信网络 1．8 管制和竞争政策 1．9 轨道备选方案和性能比较摘要 1．10 卫星技术创新：部分波束宽度天线 1．11 FDD双波段双频带部分波束宽度天线 1．12 目前的发射计划：国际通信卫星组织和欧洲通信卫星组织 1．13 卫星工业中的人与政治 1．14 混合卫星地面网络的第三次机遇？ 1．15 规模和标准带宽 1．16 信道带宽和通频带：卫星和5G带宽计划的影响 1．17 新闻宣传的影响：渐进的推销策略 1．18 扁平VSATs：作为共享5G和卫星频谱机制的渐进替代方式 1．19 共存与竞争、补贴和全球服务义务 1．20 美国的竞争和频谱政策 1．21 卫星和本地连接 1．22 摘要 参考文献 2． 空间频谱的争夺赛 2．1 为什么频谱很重要 2．2 5G与卫星电视和其他卫星系统共存 2．3 雷达频段划分 2．4 5G标准和频谱 2．5 现有的低轨道 L波段、Ku波段、K波段和Ka波段的分配 2．6 高频短波的优势 2．7 频谱：为什么Ka-波段是有用的 2．8 标准对5G频谱要求的影响 2．9 复用、调制和共存 2．10 区域频谱政策 2．11 UHF的5G和卫星 2．12 5G与频谱资源再利用 2．13 FCC、ITU组织和国家监管：陆地和非陆地网络的异同 2．14 用于公众保护和救灾的空到地通信：AT&T First Net、BT EE和澳大利亚的NBN都是长期演进和更长期演进5G紧急服务无线电网络的例子 2．15 GSO和NGSO术语 2．16 国家和区域差异对全球互联互通的重要性 2．17 射频功率和干扰 2．18 星间转换的重要性 2．19 着陆权 2．20 干扰管理 2．21 频谱访问权 2．22 NGSO缓解GSO干扰 2．23 FirstNet和2012年频谱法案 2．24 光纤接入和无线接入权 2．25 固定点到点和点到多点微波回程 2．26 传统低轨道卫星和GSO算子谱 2．27 V波段和W波段 2．28 摘要 参考资料 3． 链接预算和延迟 3．1 延迟和5G标准 3．2 影响延迟的其他因素 3．3 延迟、距离和时间 3．4 其它网络开销和OSI模型 3．5 移动宽带网络的时间简史及其对延迟的影响 3．6 精度的代价 3．7 时间、延迟和网络功能虚拟化 3．8 新无线电规范和相关的延迟问题 3．9 带内回程 3．10 5G和卫星信道模型 3．10．1 3GPPTR 38．901 3．10．2视线和非视线 3．10．3现有模型 3．10．4 ITU降雨模型和卫星衰落计算 3．10．5氧谐振线和超高吞吐量的V波段双通带 3．10．6视线以外 3．11 卫星信道模型和信号延迟 3．12 正在进行的卫星标准和相关研究项目 3．13 传播延迟和传播损耗作为仰角的函数 3．14 新低轨卫星通信网络对延迟和链接预算的影响 3．15 卫星和子载波间隔 3．16 超越云计算的边缘计算：点空间交付模型 3．17 摘要 参考文献 4． 发射技术创新 4．1 导言 4．2 老火箭人 4．2．1 Charles C． Clarke与科幻小说的角色 4．2．2 Jules Verne和Herr Oberth 4．2．3 Herr Oberth和Herr von Braun 4．2．4 Robert Goddard和世界战争 4．3 红军火箭 4．4 德国的火箭遗产 4．5 法国和英国的遗产 4．6 世界其他地区的火箭 4．7 以印度空间研究组织为代表的新兴国家能力 4．8 巴西火箭及其国土卫星计划 4．9 中国长征导弹 4．10 欧洲火箭 4．11 固体燃料对液体燃料 4．12 火箭人和他们的火箭 4．12．1 新一代太空企业家 4．12．2 可重复使用的火箭和其他创新 4．12．3 价格清单和有效载荷 4．13 向发射场运送火箭和有效载荷发射应力 4．13．1 火星2024年的麝香飞行任务 4．13．2 贝佐斯先生与蓝原 4．13．3 我的火箭比你的火箭还大 4．13．4 布兰森先生与维珍银河 4．13．5 小型火箭：奇维路 4．13．6 微型航天器发射器 4．13．7 太空有多远？ 4．13．8 近空间对深空 4．13．9 到那儿要多长时间？ 4．14 大型火箭创新对高计数狮子座电力预算、容量、吞吐量和空间星座经济学的影响 4．15 发射可靠性对保险费用的影响 4．16 摘要 参考文献 5． 卫星技术创新 5．1 5G能量的力量 5．2 太阳作为能量的来源 5．2．1 太阳能电池板效率 5．2．2 国际空间站作为大型太阳能电池板在狮子座的一个例子 5．2．3 卫星电力需求 5．2．4 太阳能的能量和它的用途 5．3 卫星电力效率的重要性 5．4 使用离子推进系统的电力卫星 5．5 当太阳停止照耀时会发生什么？ 5．5．1 利用放射性同位素能源为通信卫星发电？ 5．5．2 锑和钚的生产成本 5．5．3 放射性同位素热电发生器能用多久？ 5．5．4 用搅拌放射性同位素发生器进行热-电转换 5．6 裂变和聚变 5．7 为什么铀比钚便宜 5．8 回到俄罗斯，美国和中国 5．9 向空间发射放射性物质的监管问题 5．10 与向空间发射放射性物质有关的风险 5．11 新闻中的铀 5．12 太空中的辐射：光子还是中子，最终的选择？ 5．13 正方体卫星创新 5．14 利用光学空基收发器进行量子计算 5．15 太空中的智能手机：一个百万瓦的移动网络 5．16 空间中的其他能源 5．17 卫星、能源效率和碳足迹 5．18 天线创新 5．19 5G和卫星：核选择 5．20 摘要 参考文献 6． 天线创新 6．1 天线创新对陆地和非陆地网络能源成本的影响 6．1．1 天线在噪声受限网络中的作用 6．1．2 天线在干扰、有限网络、卫星和地面共存中的作用 6．1．3 天线应该做的有四件事，但不能同时做 6．2 来自多个接入点、多个基站和或多个卫星的信号 6．3 卫星频道模型和天线：标准作为起点 6．4 返回地球：5G天线趋势 6．4．1 5G回传 6．4．2 5G的回传随带回传 6．5 地面5G和非地面网络天线的创新 6．5．1 可引导的机械天线 6．5．2 使用传统部件和材料的可电动天线 6．5．3 使用超材料的电控天线 6．5．4 与电磁带隙材料组合的超材料天线 6．5．5 主动共形、扁平和近似扁平的天线 6．5．6 主动和被动共形天线 6．5．7 军用雷达、卫星通信、5G地面和5G回传的主动电子定向阵列天线 6．6 4G和5G的陆域空天系统：柔性拟态 6．6．1 AESA汽车 6．6．2 诺基亚5G柔性MIMO天线阵列的一些例子 6．7 波束频率分离 6．8 等离子天线 6．9 扁平VSATs及其在减少近地轨道、中轨道和地球干扰中的作用 6．10 按波长和大小缩放平面VSATs 6．11 扁平VSAT能低成本生产吗？ 6．12 28 GHz VSAT智能手机 6．13 多频带扁平共形VSATs 6．14 卫星应该使用什么物理层？ 6．15 5G共享带宽，高吞吐量GHz卫星在12 GHz和28 GHz，甚高吞吐量太比特卫星在4050 GHz和超高吞吐量贝脱比特卫星 6．16 平板VSATs和无线可穿戴设备？ 6．17 平板VSATs的作用：解决地面网关干扰问题及成本问题 6．18 星座间交换：作为母舰的GSO卫星和作为天基服务器的GSO卫星 6．19 向上移动的星座间交换作为降低地面站数量和成本的一种方法 6．20 卫星上的平板卫星 6．21 摘要 参考文献 7． 星座创新 7．1 决定和推动星座创新的技术和商业因素 7．2 星座创新的要点 7．3 星座选项的注意事项 7．4 新LEO资源 7．5 新GSO资源 7．6 新LEO 7．7 新LEO资源 7．7．1 铱 7．7．2 全球之星 7．7．3 混合细胞卫星星座的设备可用性 7．8 角功率分离 7．9 一个网络共存 7．9．1 一个网络地面站 7．9．2 一个网络进步音高 7．9．3 网络干扰模型 7．9．4 与GSO系统的网络共存 7．10 角功率分离和有源电子可引导天线阵列 7．11 干扰计算和其他参数 7．12 亚洲广播卫星个案研究 7．13 答案：混合星座包括5G 7．14 上升先于下降的星座：哈勃望远镜和国际空间站作为先前的例子 7．15 TRDS保护比率 7．16 地面天线创新（被动式和主动式平板VSATs）作为推进器 7．17 GSO HTS和VHTS星座创新 7．18 全球GSOs 7．19 其他全球GSOs 7．20 区域性的SATs 7．21 主权国家SATs 7．22 甚高吞吐量星座 7．23 独立的立方体卫星 7．24 空间遥感星座：方形卫星 7．25 GNSS卫星 7．26 Quazi Zenith星座 7．27 轨道碎片 7．28 高空平台 7．29 空中的平台 7．30 摘要 参考文献 8． 生产和制造业创新 8．1 航空制造业：童话故事 8．2 卫星制造：类似的故事？ 8．3 汽车工业作为卫星制造创新的源泉 8．3．1 福特先生和马斯克先生 8．3．2 5G智能手机的生产创新：为什么规模比性能重要 8．3．3 对于5G供应链中的性能材料和制造创新 8．3．4 火箭工业的材料和制造创新 8．3．5 现在，回到电池农场 8．3．6 汽车企业的价值：马斯克先生是现代马可尼。 8．4 汽车雷达供应链作为卫星和5G天线制造创新的源泉 8．5 供应链比较 8．6 为什么规模是重要的 8．7 厘米波段和毫米波段智能手机的生产和制造挑战 8．8 Wi-Fi、蓝牙或亚千兆赫连接作为一种选择 8．9 接入点和基站硬件 8．10 服务器和路由器硬件制造创新 8．11 摘要 参考文献 9． 商业创新 9．1 导言 9．2 卫星工业需要解决的问题：缺乏规模 9．3 双打规则 9．4 国家、区域和全球经营者以及国家、区域或全球规模 9．5 标准对商业创新的影响 9．6 移动运营商有需要解决的问题吗？ 9．6．1 回传费用、公共安全、深入的乡村和沙漠覆盖 9．6．2 深层农村网络、设备成本问题和卫星解决方案 9．6．3 低成本物联网：卫星能运输吗？ 9．7 作为变革的媒介 9．8 无线网络：竞争或新的目标市场 9．9 能源和碳目标：卫星能运输吗？ 9．10 云端计算：阿里巴巴和腾讯是未来？ 9．11 火车、船只和飞机 9．12 移动汽车移动网络 9．13 卫星和802．11P汽车v2v和v2x 9．14 亚GHz立方卫星作为使用亚1-GHz频谱的替代传送选择 9．15 天基空白空间 9．16 空间和基于HAPS的Wi-Fi 9．17 智能手机作为B2B和大众消费市场的默认共同标准 9．18 5G智能手机作为进入卫星产业消费市场规模的门户 9．19 无线可穿戴设备 9．20 回到伯恩茅斯的海滩 9．21 将28GHz卫星连接到5G智能手机：实用性 9．22 将C波段（和扩展的C波段）、S波段、l波段和亚GHz卫星连接到智能手机 9．23 作为关键推进因素的标准 参考文献 10． 标准 10．1 标准作为5G卫星智能手机的障碍 10．2 作为5G卫星智能手机的推动者的标准 10．3 标准程序的使用和滥用：内部紧张点 10．4 5G和3GPP卫星释放15个工作项 10．5 平行引导媒体标准 10．6 5G、卫星和固定无线接入 10．7 5G、卫星和c波段卫星电视标准 10．8 5G和卫星与Wi-Fi标准程序的集成 10．8．1 SAT-FI 10．8．2 高数据率Wi-Fi，Cat18和Cat19 LTE，50 x 5G 10．8．3 LTE和Wi-Fi连接聚合 10．9 5G、卫星和蓝牙 10．10 卫星如何帮助达到5G标准文件中规定的性能目标 10．10．1 eMBB和卫星 10．10．2 卫星和5G频谱效率 10．10．3 卫星和5G深的农村卫星 10．10．4 卫星、高移动用户和IoT设备 10．10．5 卫星和大型低移动性电池 10．10．6 卫星和大型机器通信：VHTS扁平VSATs 10．10．7 卫星和超可靠低延迟通信 10．10．8 能源效率和碳足迹 10．10．9 5G和卫星波束形成 10．11 谁拥有这些标准的价值？ 10．12 卫星和汽车连接 10．13 卫星工业和汽车雷达 10．14 卫星和5G数据密度 10．15 卫星和5G标准：调制、编码和共存 10．16 CATs和SATs 10．17 5G卫星回传 10．18 光纤上的网络接口标准和射频 10．19 标准和频谱：HTS、VHTS和S-VHTS卫星服务 10．20 5G和卫星频谱共享 10．21 5G和卫星波段共享对监管和竞争政策的影响 10．22 物理层兼容性 10．23 被动扁平VSAT标准 10．24 主动式扁平VSAT标准 10．25 带内5G回传和卫星 10．26 ESIM和BSIM标准：T连接模型 10．27 指定网络功率效率和碳足迹 10．28 CAT SAT智能手机和可穿戴SAT标准：腾讯通讯和其他意想不到的结果 10．29 摘要 参考文献 11． 美国破产程序 11．1 电信业及其相关供应链的财务概览 11．2 从过去的金融失败中吸取的教训：第11章作为旋转门 11．3 电信业的规模 11．4 卫星和其他实体 11．5 卫星供应链 11．6 财务比较 11．7 汽车专业和汽车专业 11．8 华为因素 11．9 国防部门供应链 11．10 卫星供应链 11．11 新低轨卫星 11．12 摘要 参考文献 12． 互利模式 12．1 导言 12．2 频谱触点和张力点 12．3 天线创新对Ku波段、K波段、Ka波段频谱共享率的影响 12．3．1 主动式电控阵列天线(主动式平板天线) 12．3．2 被动固定波束宽度平天线或共形天线（被动固定波束宽度） 12．4 对26GHz和28GHz之争意味着什么 12．5 交换条件：低于3．8-GHz 5G的重新填充带中的卫星 12．6 卫星链路的预算对大多数地面应用来说是不够的吗？ 12．7 卫星垂直模型 12．8 垂直市场的垂直覆盖 12．9 地面水平模式：横向市场的水平覆盖 12．10 水平值与垂直值 12．11 摘要：世界各地80种方式 参考文献 关于作者