移動(dòng)通信系統(tǒng)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的發(fā)展已經(jīng)來(lái)到了今天的5G（The Fifth Generation of Mobile Communication Systems,第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)）,相較于當(dāng)前的蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò),5G能夠在增強(qiáng)移動(dòng)寬帶,超可靠低時(shí)延通信和海量物聯(lián)三大場(chǎng)景下提供有效支持。而實(shí)現(xiàn)這樣的技術(shù)革命,必須對(duì)核心網(wǎng)及其接入方式進(jìn)行徹底的轉(zhuǎn)變才能實(shí)現(xiàn)。面對(duì)這種需求,非地面網(wǎng)絡(luò)（Non-Terrestrial Networks,NTN）開始走入人們的視線。NTN網(wǎng)絡(luò)是指利用空中或太空載體作為組成部分進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò),具有覆蓋范圍廣,應(yīng)對(duì)災(zāi)害能力強(qiáng),不易受到地面物理攻擊等特性。3GPP R15和R16已將NTN網(wǎng)絡(luò)納入有關(guān)5G標(biāo)準(zhǔn)討論之中。其中低軌衛(wèi)星由于具有軌道高度低,電磁波往返時(shí)間短的特性,可以有效地解決衛(wèi)星通信過(guò)程中的延遲問(wèn)題,而高通量多波束衛(wèi)星的出現(xiàn)也為更高吞吐量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供了有力支撐。但低軌衛(wèi)星的快速運(yùn)動(dòng)會(huì)引起用戶通話頻繁切換,這對(duì)衛(wèi)星波束的波束管理技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。首先,本文對(duì)NTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及低軌衛(wèi)星波束管理技術(shù)進(jìn)行了討論分析,分析研究了當(dāng)前主要典型低軌衛(wèi)星星座的特點(diǎn),將低軌衛(wèi)星星座按波... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）示意圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-公司（Qualcomm）聯(lián)合推出的的低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，目標(biāo)是為全球范圍用戶提供無(wú)縫的，低廉的語(yǔ)音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)�？臻g段擁有分布在8個(gè)軌道平面上的48顆衛(wèi)星，可實(shí)現(xiàn)全球南北緯70°之間的全覆蓋。地面段主要包括關(guān)口站、衛(wèi)星運(yùn)行控制中心（CSOCC）、地面運(yùn)行控制中心（GOCC）和全球星數(shù)據(jù)網(wǎng)（GDN）。每一個(gè)關(guān)口站同一時(shí)間可以與3顆衛(wèi)星通信，并合成來(lái)自不同衛(wèi)星的數(shù)據(jù)流信號(hào)。（3）一網(wǎng)（Oneweb）“一網(wǎng)”星座采用開放式架構(gòu)，通過(guò)分階段發(fā)射衛(wèi)星不斷使原有系統(tǒng)得到完善，提升星座整體容量[14]。目前一網(wǎng)星座由882顆（648顆在軌，234顆備份）衛(wèi)星組成，為消費(fèi)者提供全球覆蓋互聯(lián)網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)。Oneweb衛(wèi)星軌道模式如圖1-2。2019年2月，首批6顆衛(wèi)星成功發(fā)射。一網(wǎng)衛(wèi)星工作在Ku波段，每個(gè)衛(wèi)星將能夠產(chǎn)生6Gbps的吞吐量。為了避免干擾地球靜止軌道上的Ku波段衛(wèi)星，使用“漸進(jìn)俯仰”（progressivepitch）技術(shù)來(lái)調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)。地面上的用戶終端天線采用36cm16cm的相控陣天線，并將提供50Mbps的互聯(lián)網(wǎng)接入速度。為了盡快完成組網(wǎng)，oneweb將衛(wèi)星系統(tǒng)模塊化，使用大量自動(dòng)化設(shè)備集中進(jìn)行批量生產(chǎn)，也可降低衛(wèi)星的生產(chǎn)成本。在此模式下，OneWeb計(jì)劃每周生產(chǎn)16顆衛(wèi)星，年產(chǎn)量達(dá)到648顆衛(wèi)星，但2020年3月28日，受新冠疫情影響，英國(guó)衛(wèi)星公司OneWeb正式申請(qǐng)破產(chǎn)保護(hù)。圖1-2OneWeb衛(wèi)星軌道圖（4）星鏈（Starlink）衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目星鏈由SpaceX公司開發(fā)，并于2018年進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)。該星座計(jì)劃預(yù)計(jì)部署約12000顆衛(wèi)星，其中包括軌道高度1100-1300km的中軌道衛(wèi)星4425顆，不超過(guò)346km高度的近地軌道衛(wèi)星攻擊7518顆，2018年3月初發(fā)射了名為TintinA和B的測(cè)試衛(wèi)星[13]。SpaceX預(yù)計(jì)2025年最終完成12000顆衛(wèi)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-5-星的發(fā)射任務(wù)，為地球用戶提供至少1Gbps/s的寬帶服務(wù)，帶寬最高可達(dá)23Gbps。截止2020年4月23日，SpaceX發(fā)射了第七批共計(jì)60顆星鏈（Starlink）衛(wèi)星，目前星鏈星座在軌衛(wèi)星已經(jīng)達(dá)到了420顆。當(dāng)前，Starlink在軌420顆衛(wèi)星空間段分布如圖1-3左圖所示。而預(yù)期的共計(jì)1584顆衛(wèi)星的第一階段完整衛(wèi)星星座如圖1-3右圖所示。圖1-3Starlink星座在軌衛(wèi)星及第一階段衛(wèi)星分布圖1-4展現(xiàn)了Starlink星座的覆蓋特性，可以看出，Starlink星座在南北緯53°附近覆蓋效果最，這是由于衛(wèi)星的軌道傾角為53°。而對(duì)于高于60度高緯度區(qū)域則覆蓋效果不佳。后續(xù)將規(guī)劃的較大傾角的衛(wèi)星，為目前的忙去提供覆蓋服務(wù)。對(duì)于低于30度的中低緯度區(qū)域，則基本上可提供一至二重覆蓋。圖1-4當(dāng)前在軌420顆Starlink衛(wèi)星覆蓋特性1.2.2衛(wèi)星波束切換技術(shù)研究現(xiàn)狀目前，大多數(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用多波束天線，將衛(wèi)星的覆蓋區(qū)被分成若干個(gè)波束小區(qū)。這樣的機(jī)制便于衛(wèi)星的頻率復(fù)用，從而增加通信容量，增大發(fā)射信號(hào)EIRP


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