总结
本文旨在探讨非地球固定星座（NGSO）卫星直接与5G新无线接入（NR）用户设备（UE）在毫米波频段（FR2）进行通信的可行性，从监管、UE特性、卫星段设计、链路预算和系统角度进行了初步的可行性分析。
摘要
文章首先介绍了5G NR在毫米波频段的频谱管理情况，强调了5G NR在FR2频段的特点及其与固定卫星服务（FSS）共享频谱的现状。接着，详细描述了手持终端（UE）在毫米波频段的性能要求，包括天线增益、发射功率限制等，并分析了在不同频率下的大气吸收损耗。文章进一步探讨了在下行和上行链路预算中的关键参数，如信噪比（CNR）、功率谱密度（PFD）限制以及对天线阵列和RF参数的要求。此外，针对卫星段设计，提出了对应的天线和RF系统参数，并讨论了如何通过调整卫星输出功率来适应大气条件。最后，文章指出了5G NR中的波束管理对于实现卫星与UE之间的直接通信的重要性，并提出了未来研究的方向，包括共享频谱的监管问题、移动卫星通道的特性、以及如何将5G NR的信号管理框架应用于卫星网络。
观点
- 监管视角: 文章认为，5G NR与FSS共享频谱的监管环境复杂，需要进一步研究如何在两种服务之间协调使用频谱资源。
- UE特性: UE在毫米波频段需要通过方向性天线和混合模拟/数字波束成形来实现足够的天线增益，以补偿高频段的高路损。
- 卫星段设计: 卫星需要具备适应毫米波频段特性的天线和RF系统设计，以实现与UE的直接通信。本文中考虑卫星所采用的轨道高度约340km，对星上收发天线的尺寸和相控阵单元数进行了评估。
- 链路预算: 下行和上行链路预算分析显示，即使是在最佳情况下，UE的链路预算也非常有限，尤其是在低仰角时。
- 系统能力: 文章指出，即使在有利的情况下，UE的性能也很难满足5G NR在毫米波频段的高数据率要求。即使使用较好性能的车载终端，频谱效率也比较低，在下行使用400MHz频谱，频谱效率仅能达到0.5bit/Hz，实现下行200Mbps的速率；而上行速率收到地面终端发射能力的限制，采用1MHz的载波，频谱效率仅能达到约0.66bit/Hz，即上行速率仅能达到0.66Mbps。
- 波束管理: 5G NR的波束管理机制对于在卫星网络中实现有效的信号管理至关重要。
- 未来研究: 文章强调了在移动卫星通信、频谱共享和卫星网络信号管理方面的进一步研究需求。
手持终端
提供直接接入手持终端的低轨道卫星星座预计将相当密集，因此每个用户将以相对较高的俯仰角度获得服务（卫星基本上在头顶的天空上）。在下行链路中，人们还可以设想一种下行链路功率控制方案。卫星根据大气条件调整输出功率。在这种情况下，如果卫星功率允许，则可以保持接近允许的ITU-R限制的恒定PFD。但是类似的上行功率控制方案似乎不太可能在功率有限的终端实现，因为手持终端的峰值EIRP值受到技术或法规的限制。
结论和展望
本文旨在对非地球静止轨道（NGSO）卫星，特别是极低地球轨道（VLEO）卫星，与支持5G新无线电（NR）的毫米波频段（频率范围2，FR2）终端（包括手持设备或车载设备）之间建立直接宽带通信的初步可行性进行分析。研究从监管框架、用户设备（UE）特性、空间段配置、链路预算以及系统级视角出发，探讨了这一概念的实现潜力。
在识别了5G NR FR2频段中采用时分双工（TDD）模式以及链路预算薄弱等主要挑战后，本文提出了一系列深入研究的方向，以期完善此项分析：
- 监管环境优化：进一步理解并优化当前的监管环境，以促进卫星通信与5G NR的频谱共享。
- 频段共享机制：探索在固定卫星服务（FSS）与5G NR之间有效共享频段的方法，确保两者能够和谐共存。
- FSS中的TDD实施：研究在FSS中实施TDD模式的可能性及其对系统性能的影响。
- 陆地移动卫星信道特性：详细描述毫米波频段下的陆地移动卫星信道特性，包括阴影衰落、杂波干扰以及多径效应对低增益用户设备（UE）的影响。
- 5G NR波束管理：分析5G NR波束管理机制如何为模拟UE波束形成提供有效的信令工具，并评估其对卫星通信系统的适用性。
- 卫星产业的技术发展：探讨卫星产业如何从面向大众市场的商业低成本天线技术发展中获益，特别是在5G技术快速发展的背景下。
通过这些深入的研究方向，本文旨在为在NGSO卫星与5G NR FR2终端之间建立直接宽带通信提供一个全面的可行性评估，并为未来的技术发展和监管政策提供指导。