非地球靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)

第1章 NGSO系統(tǒng)介紹與挑戰(zhàn)識別 1
1.1 引言 1
1.2 NGSO系統(tǒng)的特征和分類 3
1.2.1 天基互聯(lián)網(wǎng)提供商 3
1.2.2 小型衛(wèi)星任務(wù) 4
1.3 NGSO衛(wèi)星部署挑戰(zhàn) 4
1.3.1 監(jiān)管和共存問題 5
1.3.2 星座設(shè)計 7
1.3.3 系統(tǒng)控制和運行 7
1.3.4 UE 9
1.3.5 安全挑戰(zhàn) 10
1.4 未來的研究挑戰(zhàn) 11
1.4.1 開放無線接入網(wǎng) 11
1.4.2 空間飛行任務(wù)的寬帶連接 12
1.4.3 邊緣計算 13
1.4.4 天基云 13
1.4.5 通過NGSO衛(wèi)星實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng) 13
1.4.6 NGSO衛(wèi)星上的緩存 14
1.4.7 無人機/高空平臺和NGSO協(xié)調(diào) 14
1.5 結(jié)論 15
本章原書參考文獻 15
第2章 NGSO系統(tǒng)的頻譜管理 19
2.1 引言 19
2.2 衛(wèi)星服務(wù)頻譜管理的基礎(chǔ)知識 20
2.2.1 無線電規(guī)則介紹 20
2.2.2 國家許可 23
2.3 NGSO系統(tǒng)在FSS中使用的頻段匯總 24
2.3.1 Ku頻段下行鏈路（10.7～12.7GHz） 25
2.3.2 Ku頻段上行鏈路（14.0～14.5GHz） 25
2.3.3 Ka頻段下行鏈路 25
2.3.4 Ka頻段上行鏈路 25
2.4 頻譜和軌道資源的有效使用：歸檔過程 26
2.4.1 衛(wèi)星檔案的首次提交 26
2.4.2 無線電通信局對檔案的首次審查 26
2.4.3 尋求其他行政當局的同意 27
2.4.4 在MIFR中記錄 27
2.4.5 投入使用 27
2.5 NGSO系統(tǒng)和GSO網(wǎng)絡(luò)之間的共享 28
2.5.1 促進共存的技術(shù)緩解措施 28
2.5.2 Ku頻段和Ka頻段的監(jiān)管框架 28
2.5.3 較高等級的監(jiān)管框架 30
2.5.4 比較 30
2.6 公開挑戰(zhàn) 31
2.6.1 處理聚合干擾 31
2.6.2 準確模擬運行中的NGSO系統(tǒng) 31
2.6.3 NGSO系統(tǒng)的頻譜監(jiān)測 31
本章原書參考文獻 32
第3章 NGSO系統(tǒng)在5G集成中的作用 33
3.1 GPP標準化 35
3.2 啟用的服務(wù) 37
3.2.1 寬帶服務(wù) 37
3.2.2 回程通信 37
3.2.3 M2M/物聯(lián)網(wǎng) 37
3.2.4 關(guān)鍵通信 38
3.3 RAN 38
3.3.1 直接用戶接入鏈路 39
3.3.2 基于IAB的用戶接入 41
3.3.3 MC 43
3.3.4 NR適應(yīng)挑戰(zhàn) 44
3.4 系統(tǒng)架構(gòu) 45
3.5 研發(fā)挑戰(zhàn) 47
3.5.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 47
3.5.2 星座：分層設(shè)計 47
3.5.3 資源優(yōu)化：基礎(chǔ)設(shè)施作為一種資源 47
3.5.4 動態(tài)頻譜管理：共存和共享 48
3.5.5 無線電接入技術(shù)：靈活性和適應(yīng)性 49
3.5.6 天線和以用戶為中心的覆蓋 49
3.5.7 AI：非地面動態(tài)特性的利用 49
3.5.8 安全 50
本章原書參考文獻 50
第4章 用于NGSO通信的平面天線陣 52
4.1 連通性、連通性還是連通性 52
4.2 NGSO天線設(shè)計——規(guī)格 53
4.2.1 頻率和頻段 53
4.2.2 瞬時帶寬 54
4.2.3 最大掃描角度 55
4.2.4 切換架構(gòu) 56
4.2.5 掩碼合規(guī)性 56
4.3 平板陣列天線的類型 57
4.3.1 模擬無源相控陣 57
4.3.2 模擬有源相控陣 58
4.3.3 基帶/中頻和數(shù)字BFN陣列 60
4.4 結(jié)論：相控陣終于出現(xiàn)了嗎 61
本章原書參考文獻 61
第5章 LEO系統(tǒng)降低單比特成本的方法：RF損傷補償 63
5.1 介紹 63
5.2 RF損傷的表征模型 65
5.3 RF損傷的數(shù)字補償 68
5.3.1 鏡像抑制均衡 68
5.3.2 鏡像消除 69
5.3.3 具有抗頻率偏移能力的堆疊結(jié)構(gòu) 70
5.3.4 參數(shù)的自適應(yīng)計算 71
5.4 存在RF損傷時的頻率偏移估計 72
5.5 數(shù)值研究 74
5.5.1 頻率偏移估計 74
5.5.2 無噪聲散點圖 75
5.5.3 瞬態(tài)行為 77
5.5.4 性能比較 77
5.6 結(jié)論 78
本章原書參考文獻 79
第6章 有效載荷設(shè)計中的靈活性/復(fù)雜性權(quán)衡 82
6.1 引言 82
6.2 LEO衛(wèi)星有效載荷實例 84
6.2.1 具有靜態(tài)資源分配的多個固定波束覆蓋 86
6.2.2 具有BH能力的多波束覆蓋 87
6.2.3 具有沿一個軸轉(zhuǎn)向能力的多波束覆蓋 87
6.2.4 基準測試中未考慮的其他架構(gòu) 88
6.3 有效載荷模型 89
6.3.1 輻射模式 89
6.3.2 天線監(jiān)測 89
6.3.3 HPA 90
6.4 資源分配 91
6.4.1 用戶分布場景生成 91
6.4.2 流量場景的分布特性 91
6.4.3 資源分配算法 93
6.4.4 所考慮的資源分配算法的描述 94
6.5 結(jié)果 97
6.5.1 架構(gòu)性能 97
6.5.2 具有實際交通量流量的軌道分析 99
6.5.3 衛(wèi)星分配容量與有效載荷復(fù)雜性之間的權(quán)衡 102
6.6 結(jié)論 103
本章原書參考文獻 104
第7章 NGSO通信中的新型多址接入技術(shù) 107
7.1 OMA 107
7.2 基于NOMA的NGSO系統(tǒng) 111
7.2.1 NOMA方案 111
7.2.2 NOMA方案的要點 111
7.2.3 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的NOMA方案 113
7.2.4 協(xié)同NOMA方案的應(yīng)用 117
7.3 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的增強型ALOHA協(xié)議 120
7.3.1 CRDSA 121
7.3.2 IRSA 121
7.3.3 CSA 122
7.4 總結(jié) 123
本章原書參考文獻 123
第8章 NGSO的無線電資源管理 126
8.1 引言 126
8.2 問題陳述 128
8.2.1 系統(tǒng)模型 128
8.2.2 干擾緩解問題描述 130
8.3 基于博弈論的無線資源分配方法 131
8.3.1 博弈模型 131
8.3.2 NE的存在性 132
8.4 NE迭代算法與實現(xiàn) 134
8.4.1 所提出的迭代算法 134
8.4.2 算法實際實現(xiàn) 134
8.4.3 收斂性分析及其意義 135
8.5 仿真結(jié)果 136
8.6 總結(jié) 139
本章原書參考文獻 140
第9章 NGSO系統(tǒng)中的ISL 143
9.1 引言 143
9.2 當前NGSO星座中ISL的現(xiàn)狀 146
9.3 ISL取得的成就 146
9.4 技術(shù)和運營挑戰(zhàn) 148
9.5 用于ISL的實現(xiàn)技術(shù) 151
9.5.1 引言 151
9.5.2 RF 152
9.5.3 光學(xué)技術(shù) 156
9.5.4 對比 158
9.6 RF ISL天線設(shè)計的案例研究 160
9.6.1 案例研究介紹 160
9.6.2 鏈路預(yù)算分析 160
9.6.3 角度掃描需求分析 163
9.6.4 ISL天線的需求和候選技術(shù) 165
9.6.5 ISL天線技術(shù)選擇和天線設(shè)計 167
9.6.6 天線原型制造和測量 169
9.7 結(jié)論 171
本章原書參考文獻 172
第10章 面向全球連接的NGSO星座設(shè)計 178
10.1 引言 178
10.2 NGSO星座設(shè)計 180
10.3 通信鏈路 181
10.3.1 GSL 184
10.3.2 ISL 187
10.4 功能和挑戰(zhàn) 189
10.4.1 物理層 189
10.4.2 頻繁的鏈路建立和適應(yīng) 193
10.4.3 路由、負載均衡與擁塞控制 196
10.5 結(jié)論 199
本章原書參考文獻 200
第11章 NGSO的大規(guī)模MIMO傳輸 203
11.1 引言 203
11.2 系統(tǒng)模型 205
11.2.1 模擬基帶中的下行鏈路信號和信道模型 205
11.2.2 下行衛(wèi)星通信信道的統(tǒng)計特性 207
11.3 下行鏈路傳輸設(shè)計 208
11.3.1 傳輸協(xié)方差矩陣的一階秩性質(zhì) 208
11.3.2 最優(yōu)線性接收機 209
11.3.3 預(yù)編碼向量設(shè)計 210
11.3.4 低復(fù)雜度實現(xiàn)方法 210
11.4 用戶分組 212
11.5 仿真結(jié)果 213
11.6 結(jié)論 214
本章原書參考文獻 215
第12章 NGSO系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)和RA 217
12.1 NGSO系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng) 218
12.1.1 工作頻段 219
12.1.2 NGSO軌道力學(xué)效應(yīng) 221
12.1.3 移動信道特性 226
12.1.4 UE和衛(wèi)星的頻率參考確定 229
12.2 NGSO網(wǎng)絡(luò)RA的基本原理和挑戰(zhàn) 230
12.2.1 為何及何時在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中使用RA 230
12.2.2 從ALOHA到現(xiàn)代NOMA方案 232
12.2.3 RA信號處理 235
12.2.4 擁塞控制 237
12.3 NGSO RA方案設(shè)計 237
12.3.1 物聯(lián)網(wǎng)前向鏈路設(shè)計 237
12.3.2 物聯(lián)網(wǎng)回程鏈路設(shè)計 239
12.3.3 關(guān)鍵解調(diào)方面 240
12.3.4 性能評估 242
12.4 NGSO RA（標準和專有）解決方案及系統(tǒng)實現(xiàn)示例 246
12.4.1 S頻段移動交互式多媒體 246
12.4.2 VDE 246
12.4.3 NB-IoT 247
12.4.4 物聯(lián)網(wǎng)通用網(wǎng)絡(luò) 248
12.4.5 在軌演示及后續(xù) 249
本章原書參考文獻 250
第13章 虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入NGSO?地面系統(tǒng)：并行計算和基于SDN的測試平臺
的實現(xiàn) 255
13.1 引言 255
13.2 VNE 256
13.2.1 關(guān)于VNE的研究 258
13.2.2 VNE解決方案 259
13.2.3 問題初始化與表述 259
13.2.4 模擬設(shè)置 261
13.2.5 性能評估 262
13.3 基于動態(tài)SDN的衛(wèi)星?地面網(wǎng)絡(luò)的新型NV方法 264
13.3.1 SDN：網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的推動者 264
13.3.2 針對VN的基于SDN的TE應(yīng)用方法 265
13.4 實現(xiàn)基于SDN的動態(tài)VNE測試平臺 266
13.4.1 實驗測試平臺 266
13.4.2 操作驗證 267
13.5 結(jié)論 269
本章原書參考文獻 269
第14章 3GPP融合NGSO衛(wèi)星 272
14.1 5G系統(tǒng)和3GPP流程 272
14.2 5G NTN的架構(gòu)選項 273
14.2.1 回程傳輸 273
14.2.2 間接接入 274
14.2.3 直接接入 274
14.3 5G中NTN的標準化 275
14.4 5G NR物理層針對NGSO的增強內(nèi)容 276
14.4.1 定時關(guān)系的增強 277
14.4.2 上行鏈路時間同步與頻率同步 280
14.4.3 極化信號 284
14.5 結(jié)論 284
本章原書參考文獻 285
第15章 NGSO系統(tǒng)的抗干擾解決方案 287
15.1 衛(wèi)星路由 287
15.2 NGSO系統(tǒng)的抗干擾路由問題 288
15.2.1 NGSO系統(tǒng)的路由選擇問題 290
15.2.2 快速響應(yīng)抗干擾問題 290
15.2.3 抗干擾路由博弈 291
15.3 NGSO系統(tǒng)抗干擾方案 292
15.3.1 DRLR算法 292
15.3.2 FRA算法 295
15.3.3 對所提方案的分析 296
15.4 實驗與討論 297
15.4.1 多目標路由代價函數(shù)的性能 298
15.4.2 DRLR算法的性能 298
15.4.3 FRA算法的性能 300
15.5 總結(jié) 303
本章原書參考文獻 303
第16章 5G及B5G的NTN測試平臺 306
16.1 最先進的NGSO測試平臺 306
16.1.1 NGSO測試平臺概述 306
16.1.2 硬件組件 308