5G與衛(wèi)星通信融合之道：標(biāo)準(zhǔn)化與創(chuàng)新

目 錄 前言 致謝 1． 六十年來(lái)衛(wèi)星發(fā)展概況 1．1 從Beach Ball開(kāi)始說(shuō)起 1．2 俄羅斯、中國(guó)和美國(guó)：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(yùn)輸系統(tǒng)和移動(dòng)物體網(wǎng)絡(luò)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(luò) 1．8 管制和競(jìng)爭(zhēng)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(jì)劃：國(guó)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(luò)的第三次機(jī)遇？ 1．15 規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)帶寬 1．16 信道帶寬和通頻帶：衛(wèi)星和5G帶寬計(jì)劃的影響 1．17 新聞宣傳的影響：漸進(jìn)的推銷(xiāo)策略 1．18 扁平VSATs：作為共享5G和衛(wèi)星頻譜機(jī)制的漸進(jìn)替代方式 1．19 共存與競(jìng)爭(zhēng)、補(bǔ)貼和全球服務(wù)義務(wù) 1．20 美國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)和頻譜政策 1．21 衛(wèi)星和本地連接 1．22 摘要 參考文獻(xiàn) 2． 空間頻譜的爭(zhēng)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(dá)頻段劃分 2．4 5G標(biāo)準(zhǔn)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(shì) 2．7 頻譜：為什么Ka-波段是有用的 2．8 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)5G頻譜要求的影響 2．9 復(fù)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(guó)家監(jiān)管：陸地和非陸地網(wǎng)絡(luò)的異同 2．14 用于公眾保護(hù)和救災(zāi)的空到地通信：AT&T First Net、BT EE和澳大利亞的NBN都是長(zhǎng)期演進(jìn)和更長(zhǎng)期演進(jìn)5G緊急服務(wù)無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的例子 2．15 GSO和NGSO術(shù)語(yǔ) 2．16 國(guó)家和區(qū)域差異對(duì)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(wèn)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(wú)線接入權(quán) 2．25 固定點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)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(yù)算和延遲 3．1 延遲和5G標(biāo)準(zhǔn) 3．2 影響延遲的其他因素 3．3 延遲、距離和時(shí)間 3．4 其它網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)和OSI模型 3．5 移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間簡(jiǎn)史及其對(duì)延遲的影響 3．6 精度的代價(jià) 3．7 時(shí)間、延遲和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化 3．8 新無(wú)線電規(guī)范和相關(guān)的延遲問(wèn)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(jì)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(hào)延遲 3．12 正在進(jìn)行的衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)研究項(xiàng)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(luò)對(duì)延遲和鏈接預(yù)算的影響 3．15 衛(wèi)星和子載波間隔 3．16 超越云計(jì)算的邊緣計(jì)算：點(diǎn)空間交付模型 3．17 摘要 參考文獻(xiàn) 4． 發(fā)射技術(shù)創(chuàng)新 4．1 導(dǎo)言 4．2 老火箭人 4．2．1 Charles C． Clarke與科幻小說(shuō)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(zhēng) 4．3 紅軍火箭 4．4 德國(guó)的火箭遺產(chǎn) 4．5 法國(guó)和英國(guó)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(guó)家能力 4．8 巴西火箭及其國(guó)土衛(wèi)星計(jì)劃 4．9 中國(guó)長(zhǎng)征導(dǎo)彈 4．10 歐洲火箭 4．11 固體燃料對(duì)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(fù)使用的火箭和其他創(chuàng)新 4．12．3 價(jià)格清單和有效載荷 4．13 向發(fā)射場(chǎng)運(yùn)送火箭和有效載荷發(fā)射應(yīng)力 4．13．1 火星2024年的麝香飛行任務(wù) 4．13．2 貝佐斯先生與藍(lán)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(yuǎn)？ 4．13．8 近空間對(duì)深空 4．13．9 到那兒要多長(zhǎng)時(shí)間？ 4．14 大型火箭創(chuàng)新對(duì)高計(jì)數(shù)獅子座電力預(yù)算、容量、吞吐量和空間星座經(jīng)濟(jì)學(xué)的影響 4．15 發(fā)射可靠性對(duì)保險(xiǎn)費(fèi)用的影響 4．16 摘要 參考文獻(xiàn) 5． 衛(wèi)星技術(shù)創(chuàng)新 5．1 5G能量的力量 5．2 太陽(yáng)作為能量的來(lái)源 5．2．1 太陽(yáng)能電池板效率 5．2．2 國(guó)際空間站作為大型太陽(yáng)能電池板在獅子座的一個(gè)例子 5．2．3 衛(wèi)星電力需求 5．2．4 太陽(yáng)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(jìn)系統(tǒng)的電力衛(wèi)星 5．5 當(dāng)太陽(yáng)停止照耀時(shí)會(huì)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?zé)犭姲l(fā)生器能用多久？ 5．5．4 用攪拌放射性同位素發(fā)生器進(jìn)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(guó)和中國(guó) 5．9 向空間發(fā)射放射性物質(zhì)的監(jiān)管問(wèn)題 5．10 與向空間發(fā)射放射性物質(zhì)有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn) 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(xué)空基收發(fā)器進(jìn)行量子計(jì)算 5．15 太空中的智能手機(jī)：一個(gè)百萬(wàn)瓦的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 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(xiàn) 6． 天線創(chuàng)新 6．1 天線創(chuàng)新對(duì)陸地和非陸地網(wǎng)絡(luò)能源成本的影響 6．1．1 天線在噪聲受限網(wǎng)絡(luò)中的作用 6．1．2 天線在干擾、有限網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星和地面共存中的作用 6．1．3 天線應(yīng)該做的有四件事，但不能同時(shí)做 6．2 來(lái)自多個(gè)接入點(diǎn)、多個(gè)基站和或多個(gè)衛(wèi)星的信號(hào) 6．3 衛(wèi)星頻道模型和天線：標(biāo)準(zhǔn)作為起點(diǎn) 6．4 返回地球：5G天線趨勢(shì) 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(luò)天線的創(chuàng)新 6．5．1 可引導(dǎo)的機(jī)械天線 6．5．2 使用傳統(tǒng)部件和材料的可電動(dòng)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(dòng)共形、扁平和近似扁平的天線 6．5．6 主動(dòng)和被動(dòng)共形天線 6．5．7 軍用雷達(dá)、衛(wèi)星通信、5G地面和5G回傳的主動(dòng)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(chē) 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(zhǎng)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(jī) 6．13 多頻帶扁平共形VSATs 6．14 衛(wèi)星應(yīng)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(wú)線可穿戴設(shè)備？ 6．17 平板VSATs的作用：解決地面網(wǎng)關(guān)干擾問(wèn)題及成本問(wèn)題 6．18 星座間交換：作為母艦的GSO衛(wèi)星和作為天基服務(wù)器的GSO衛(wèi)星 6．19 向上移動(dòng)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(xiàn) 7． 星座創(chuàng)新 7．1 決定和推動(dòng)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(diǎn) 7．3 星座選項(xiàng)的注意事項(xiàng) 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(xì)胞衛(wèi)星星座的設(shè)備可用性 7．8 角功率分離 7．9 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)共存 7．9．1 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地面站 7．9．2 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)步音高 7．9．3 網(wǎng)絡(luò)干擾模型 7．9．4 與GSO系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)共存 7．10 角功率分離和有源電子可引導(dǎo)天線陣列 7．11 干擾計(jì)算和其他參數(shù) 7．12 亞洲廣播衛(wèi)星個(gè)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(yuǎn)鏡和國(guó)際空間站作為先前的例子 7．15 TRDS保護(hù)比率 7．16 地面天線創(chuàng)新（被動(dòng)式和主動(dòng)式平板VSATs）作為推進(jìn)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(guó)家SATs 7．22 甚高吞吐量星座 7．23 獨(dú)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(tái) 7．29 空中的平臺(tái) 7．30 摘要 參考文獻(xiàn) 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(lèi)似的故事？ 8．3 汽車(chē)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(jī)的生產(chǎn)創(chuàng)新：為什么規(guī)模比性能重要 8．3．3 對(duì)于5G供應(yīng)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(chǎng) 8．3．6 汽車(chē)企業(yè)的價(jià)值：馬斯克先生是現(xiàn)代馬可尼。 8．4 汽車(chē)?yán)走_(dá)供應(yīng)鏈作為衛(wèi)星和5G天線制造創(chuàng)新的源泉 8．5 供應(yīng)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(jī)的生產(chǎn)和制造挑戰(zhàn) 8．8 Wi-Fi、藍(lán)牙或亞千兆赫連接作為一種選擇 8．9 接入點(diǎn)和基站硬件 8．10 服務(wù)器和路由器硬件制造創(chuàng)新 8．11 摘要 參考文獻(xiàn) 9． 商業(yè)創(chuàng)新 9．1 導(dǎo)言 9．2 衛(wèi)星工業(yè)需要解決的問(wèn)題：缺乏規(guī)模 9．3 雙打規(guī)則 9．4 國(guó)家、區(qū)域和全球經(jīng)營(yíng)者以及國(guó)家、區(qū)域或全球規(guī)模 9．5 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)商業(yè)創(chuàng)新的影響 9．6 移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商有需要解決的問(wèn)題嗎？ 9．6．1 回傳費(fèi)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(luò)、設(shè)備成本問(wèn)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(yùn)輸嗎？ 9．7 作為變革的媒介 9．8 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)：競(jìng)爭(zhēng)或新的目標(biāo)市場(chǎng) 9．9 能源和碳目標(biāo)：衛(wèi)星能運(yùn)輸嗎？ 9．10 云端計(jì)算：阿里巴巴和騰訊是未來(lái)？ 9．11 火車(chē)、船只和飛機(jī) 9．12 移動(dòng)汽車(chē)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 9．13 衛(wèi)星和802．11P汽車(chē)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(jī)作為B2B和大眾消費(fèi)市場(chǎng)的默認(rèn)共同標(biāo)準(zhǔn) 9．18 5G智能手機(jī)作為進(jìn)入衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)消費(fèi)市場(chǎng)規(guī)模的門(mén)戶 9．19 無(wú)線可穿戴設(shè)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(jī)：實(shí)用性 9．22 將C波段（和擴(kuò)展的C波段）、S波段、l波段和亞GHz衛(wèi)星連接到智能手機(jī) 9．23 作為關(guān)鍵推進(jìn)因素的標(biāo)準(zhǔn) 參考文獻(xiàn) 10． 標(biāo)準(zhǔn) 10．1 標(biāo)準(zhǔn)作為5G衛(wèi)星智能手機(jī)的障礙 10．2 作為5G衛(wèi)星智能手機(jī)的推動(dòng)者的標(biāo)準(zhǔn) 10．3 標(biāo)準(zhǔn)程序的使用和濫用：內(nèi)部緊張點(diǎn) 10．4 5G和3GPP衛(wèi)星釋放15個(gè)工作項(xiàng) 10．5 平行引導(dǎo)媒體標(biāo)準(zhǔn) 10．6 5G、衛(wèi)星和固定無(wú)線接入 10．7 5G、衛(wèi)星和c波段衛(wèi)星電視標(biāo)準(zhǔn) 10．8 5G和衛(wèi)星與Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)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(lán)牙 10．10 衛(wèi)星如何幫助達(dá)到5G標(biāo)準(zhǔn)文件中規(guī)定的性能目標(biāo) 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(dòng)用戶和IoT設(shè)備 10．10．5 衛(wèi)星和大型低移動(dòng)性電池 10．10．6 衛(wèi)星和大型機(jī)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(shuí)擁有這些標(biāo)準(zhǔn)的價(jià)值？ 10．12 衛(wèi)星和汽車(chē)連接 10．13 衛(wèi)星工業(yè)和汽車(chē)?yán)走_(dá) 10．14 衛(wèi)星和5G數(shù)據(jù)密度 10．15 衛(wèi)星和5G標(biāo)準(zhǔn)：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(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)和射頻 10．19 標(biāo)準(zhǔn)和頻譜：HTS、VHTS和S-VHTS衛(wèi)星服務(wù) 10．20 5G和衛(wèi)星頻譜共享 10．21 5G和衛(wèi)星波段共享對(duì)監(jiān)管和競(jìng)爭(zhēng)政策的影響 10．22 物理層兼容性 10．23 被動(dòng)扁平VSAT標(biāo)準(zhǔn) 10．24 主動(dòng)式扁平VSAT標(biāo)準(zhǔn) 10．25 帶內(nèi)5G回傳和衛(wèi)星 10．26 ESIM和BSIM標(biāo)準(zhǔn)：T連接模型 10．27 指定網(wǎng)絡(luò)功率效率和碳足跡 10．28 CAT SAT智能手機(jī)和可穿戴SAT標(biāo)準(zhǔn)：騰訊通訊和其他意想不到的結(jié)果 10．29 摘要 參考文獻(xiàn) 11． 美國(guó)破產(chǎn)程序 11．1 電信業(yè)及其相關(guān)供應(yīng)鏈的財(cái)務(wù)概覽 11．2 從過(guò)去的金融失敗中吸取的教訓(xùn)：第11章作為旋轉(zhuǎn)門(mén) 11．3 電信業(yè)的規(guī)模 11．4 衛(wèi)星和其他實(shí)體 11．5 衛(wèi)星供應(yīng)鏈 11．6 財(cái)務(wù)比較 11．7 汽車(chē)專(zhuān)業(yè)和汽車(chē)專(zhuān)業(yè) 11．8 華為因素 11．9 國(guó)防部門(mén)供應(yīng)鏈 11．10 衛(wèi)星供應(yīng)鏈 11．11 新低軌衛(wèi)星 11．12 摘要 參考文獻(xiàn) 12． 互利模式 12．1 導(dǎo)言 12．2 頻譜觸點(diǎn)和張力點(diǎn) 12．3 天線創(chuàng)新對(duì)Ku波段、K波段、Ka波段頻譜共享率的影響 12．3．1 主動(dòng)式電控陣列天線(主動(dòng)式平板天線) 12．3．2 被動(dòng)固定波束寬度平天線或共形天線（被動(dòng)固定波束寬度） 12．4 對(duì)26GHz和28GHz之爭(zhēng)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(yù)算對(duì)大多數(shù)地面應(yīng)用來(lái)說(shuō)是不夠的嗎？ 12．7 衛(wèi)星垂直模型 12．8 垂直市場(chǎng)的垂直覆蓋 12．9 地面水平模式：橫向市場(chǎng)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(xiàn) 關(guān)于作者