面向NTN网络的卫星波束管理算法研究
发布时间：2021-11-11 15:37
移动通信系统经过漫长的发展已经来到了今天的5G（The Fifth Generation of Mobile Communication Systems,第五代移动通信系统）,相较于当前的蜂窝移动网络,5G能够在增强移动宽带,超可靠低时延通信和海量物联三大场景下提供有效支持。而实现这样的技术革命,必须对核心网及其接入方式进行彻底的转变才能实现。面对这种需求,非地面网络（Non-Terrestrial Networks,NTN）开始走入人们的视线。NTN网络是指利用空中或太空载体作为组成部分进行通信的网络,具有覆盖范围广,应对灾害能力强,不易受到地面物理攻击等特性。3GPP R15和R16已将NTN网络纳入有关5G标准讨论之中。其中低轨卫星由于具有轨道高度低,电磁波往返时间短的特性,可以有效地解决卫星通信过程中的延迟问题,而高通量多波束卫星的出现也为更高吞吐量的数据业务提供了有力支撑。但低轨卫星的快速运动会引起用户通话频繁切换,这对卫星波束的波束管理技术提出了挑战。首先,本文对NTN网络架构及低轨卫星波束管理技术进行了讨论分析,分析研究了当前主要典型低轨卫星星座的特点,将低轨卫星星座按波...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
非地面网络（NTN）示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-公司（Qualcomm）联合推出的的低轨道卫星移动通信系统，目标是为全球范围用户提供无缝的，低廉的语音数据业务。空间段拥有分布在8个轨道平面上的48颗卫星，可实现全球南北纬70°之间的全覆盖。地面段主要包括关口站、卫星运行控制中心（CSOCC）、地面运行控制中心（GOCC）和全球星数据网（GDN）。每一个关口站同一时间可以与3颗卫星通信，并合成来自不同卫星的数据流信号。（3）一网（Oneweb）“一网”星座采用开放式架构，通过分阶段发射卫星不断使原有系统得到完善，提升星座整体容量[14]。目前一网星座由882颗（648颗在轨，234颗备份）卫星组成，为消费者提供全球覆盖互联网宽带业务。Oneweb卫星轨道模式如图1-2。2019年2月，首批6颗卫星成功发射。一网卫星工作在Ku波段，每个卫星将能够产生6Gbps的吞吐量。为了避免干扰地球静止轨道上的Ku波段卫星，使用“渐进俯仰”（progressivepitch）技术来调整卫星姿态。地面上的用户终端天线采用36cm16cm的相控阵天线，并将提供50Mbps的互联网接入速度。为了尽快完成组网，oneweb将卫星系统模块化，使用大量自动化设备集中进行批量生产，也可降低卫星的生产成本。在此模式下，OneWeb计划每周生产16颗卫星，年产量达到648颗卫星，但2020年3月28日，受新冠疫情影响，英国卫星公司OneWeb正式申请破产保护。图1-2OneWeb卫星轨道图（4）星链（Starlink）卫星互联网项目星链由SpaceX公司开发，并于2018年进入美国市场运营。该星座计划预计部署约12000颗卫星，其中包括轨道高度1100-1300km的中轨道卫星4425颗，不超过346km高度的近地轨道卫星攻击7518颗，2018年3月初发射了名为TintinA和B的测试卫星[13]。SpaceX预计2025年最终完成12000颗卫
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-星的发射任务，为地球用户提供至少1Gbps/s的宽带服务，带宽最高可达23Gbps。截止2020年4月23日，SpaceX发射了第七批共计60颗星链（Starlink）卫星，目前星链星座在轨卫星已经达到了420颗。当前，Starlink在轨420颗卫星空间段分布如图1-3左图所示。而预期的共计1584颗卫星的第一阶段完整卫星星座如图1-3右图所示。图1-3Starlink星座在轨卫星及第一阶段卫星分布图1-4展现了Starlink星座的覆盖特性，可以看出，Starlink星座在南北纬53°附近覆盖效果最，这是由于卫星的轨道倾角为53°。而对于高于60度高纬度区域则覆盖效果不佳。后续将规划的较大倾角的卫星，为目前的忙去提供覆盖服务。对于低于30度的中低纬度区域，则基本上可提供一至二重覆盖。图1-4当前在轨420颗Starlink卫星覆盖特性1.2.2卫星波束切换技术研究现状目前，大多数卫星通信系统采用多波束天线，将卫星的覆盖区被分成若干个波束小区。这样的机制便于卫星的频率复用，从而增加通信容量，增大发射信号EIRP
本文编号：3489112
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
非地面网络（NTN）示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-公司（Qualcomm）联合推出的的低轨道卫星移动通信系统，目标是为全球范围用户提供无缝的，低廉的语音数据业务。空间段拥有分布在8个轨道平面上的48颗卫星，可实现全球南北纬70°之间的全覆盖。地面段主要包括关口站、卫星运行控制中心（CSOCC）、地面运行控制中心（GOCC）和全球星数据网（GDN）。每一个关口站同一时间可以与3颗卫星通信，并合成来自不同卫星的数据流信号。（3）一网（Oneweb）“一网”星座采用开放式架构，通过分阶段发射卫星不断使原有系统得到完善，提升星座整体容量[14]。目前一网星座由882颗（648颗在轨，234颗备份）卫星组成，为消费者提供全球覆盖互联网宽带业务。Oneweb卫星轨道模式如图1-2。2019年2月，首批6颗卫星成功发射。一网卫星工作在Ku波段，每个卫星将能够产生6Gbps的吞吐量。为了避免干扰地球静止轨道上的Ku波段卫星，使用“渐进俯仰”（progressivepitch）技术来调整卫星姿态。地面上的用户终端天线采用36cm16cm的相控阵天线，并将提供50Mbps的互联网接入速度。为了尽快完成组网，oneweb将卫星系统模块化，使用大量自动化设备集中进行批量生产，也可降低卫星的生产成本。在此模式下，OneWeb计划每周生产16颗卫星，年产量达到648颗卫星，但2020年3月28日，受新冠疫情影响，英国卫星公司OneWeb正式申请破产保护。图1-2OneWeb卫星轨道图（4）星链（Starlink）卫星互联网项目星链由SpaceX公司开发，并于2018年进入美国市场运营。该星座计划预计部署约12000颗卫星，其中包括轨道高度1100-1300km的中轨道卫星4425颗，不超过346km高度的近地轨道卫星攻击7518颗，2018年3月初发射了名为TintinA和B的测试卫星[13]。SpaceX预计2025年最终完成12000颗卫
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-星的发射任务，为地球用户提供至少1Gbps/s的宽带服务，带宽最高可达23Gbps。截止2020年4月23日，SpaceX发射了第七批共计60颗星链（Starlink）卫星，目前星链星座在轨卫星已经达到了420颗。当前，Starlink在轨420颗卫星空间段分布如图1-3左图所示。而预期的共计1584颗卫星的第一阶段完整卫星星座如图1-3右图所示。图1-3Starlink星座在轨卫星及第一阶段卫星分布图1-4展现了Starlink星座的覆盖特性，可以看出，Starlink星座在南北纬53°附近覆盖效果最，这是由于卫星的轨道倾角为53°。而对于高于60度高纬度区域则覆盖效果不佳。后续将规划的较大倾角的卫星，为目前的忙去提供覆盖服务。对于低于30度的中低纬度区域，则基本上可提供一至二重覆盖。图1-4当前在轨420颗Starlink卫星覆盖特性1.2.2卫星波束切换技术研究现状目前，大多数卫星通信系统采用多波束天线，将卫星的覆盖区被分成若干个波束小区。这样的机制便于卫星的频率复用，从而增加通信容量，增大发射信号EIRP
本文编号：3489112
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