華中科技大學(xué)通信工程專業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告

1、（生產(chǎn)）實(shí)習(xí)報(bào)告用紙目錄一緒言二實(shí)習(xí)內(nèi)容記述2.1實(shí)習(xí)時(shí)間2.2實(shí)習(xí)單位2.3實(shí)習(xí)地點(diǎn)2.4實(shí)習(xí)目的2.5導(dǎo)師簡(jiǎn)介2.6實(shí)習(xí)詳述三專題內(nèi)容分析3.1移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)專題3.1.1 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）3.1.2 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）3.1.3 3G向4G演化的原因 3.1.4 3G與4G的比較3.1.5 3G向4G演化的路徑3.1.6 第五代移動(dòng)通信的提出3.1.7 第五代移動(dòng)通信的特點(diǎn)3.1.8 5G中可能涉及的核心技術(shù)3.2 HAPS技術(shù)在5G通信中的應(yīng)用專題3.2.1高空平流層平臺(tái)站3.2.2 HAPS的優(yōu)勢(shì)3.2.3 HAPS的研究現(xiàn)狀3.2.4 功率分配策略3.2.5 低

2、仰角區(qū)的性能分析四學(xué)習(xí)收獲、總結(jié)五對(duì)實(shí)習(xí)工作的改進(jìn)意見一緒言二零一三年暑期（7月8日7月21日），我們小組在葛#老師的指導(dǎo)下在他工作的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了為期兩周的生產(chǎn)實(shí)習(xí)。對(duì)于一名電子與信息工程系通信工程專業(yè)的本科生來(lái)說(shuō)，這樣的專業(yè)實(shí)習(xí)是我們專業(yè)學(xué)習(xí)的重要組成部分，我們都給予了非常高的重視。在這兩周的實(shí)習(xí)生活中，我們以初步了解第五代移動(dòng)通信（5G）為主要目的，在#學(xué)長(zhǎng)的指導(dǎo)下，通過(guò)收集并閱讀相關(guān)論文，查閱最新新聞資料，整合搜集的資料撰寫綜述性的論文來(lái)達(dá)到這一目的。加深了對(duì)專業(yè)課程所學(xué)知識(shí)的印象，達(dá)到了理論聯(lián)系實(shí)際的作用；同時(shí)對(duì)通信領(lǐng)域比較前沿的技術(shù)有了一點(diǎn)點(diǎn)感知，對(duì)自己所處的領(lǐng)域有了更多真切的觸碰，

3、提高了繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。收獲頗豐，受益匪淺。實(shí)習(xí)過(guò)程中，我們小組查閱大量資料，完成了一篇移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)方面的綜述性論文；并且在#學(xué)長(zhǎng)的分配布置下，每位成員就第五代移動(dòng)通信某一技術(shù)方面完成了一篇綜述性論文，這些內(nèi)容都將在后面的報(bào)告中作相當(dāng)詳細(xì)的記載和說(shuō)明。二實(shí)習(xí)內(nèi)容記述2.1實(shí)習(xí)時(shí)間2013年7月8日2013年7月21日2.2實(shí)習(xí)單位電子與信息工程系通信探測(cè)研究所2.3實(shí)習(xí)地點(diǎn)華中科技大學(xué)西校區(qū)（紫菘百惠園旁邊）通信探測(cè)研究所2.4實(shí)習(xí)目的作為信息大類各專業(yè)的一個(gè)重要分支，我所在的通信工程專業(yè)以通信過(guò)程中的信息傳輸和信號(hào)處理的原理和應(yīng)用為主，與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門和國(guó)防工業(yè)中通信技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用息息相

4、關(guān)，而第五代移動(dòng)通信（5G）作為通信領(lǐng)域一個(gè)很有前景的研究方向，它的出現(xiàn)和成熟必將給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和通信技術(shù)帶來(lái)全方位的體驗(yàn)和革新。通信行業(yè)展示出的創(chuàng)造力和生命力令人振奮，剛剛步入這一領(lǐng)域的我們學(xué)好課本上的專業(yè)知識(shí)的重要性毋庸置疑，但是我們必須清楚地意識(shí)到這也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為了達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的，強(qiáng)化我們的專業(yè)知識(shí)，并且對(duì)通信領(lǐng)域的前沿技術(shù)有個(gè)初略的窺探和淺層次的把握，我們?cè)诟?教授的實(shí)驗(yàn)室開展了這次頗具意義的暑期專業(yè)實(shí)習(xí)工作。在為期兩周的實(shí)習(xí)生活中，葛教授詳細(xì)的給我們介紹了他主要的研究方向和第五代移動(dòng)通信的一些相關(guān)知識(shí)，讓我們對(duì)接下來(lái)兩周的任務(wù)有了一個(gè)大體的把握。然后在#學(xué)長(zhǎng)的布置和具體指

5、導(dǎo)之下，我們搜集大量相關(guān)資料，撰寫論文，通過(guò)自身的整合學(xué)習(xí)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了第五代移動(dòng)通信的一些熱點(diǎn)話題。這些都是不可多得的實(shí)踐財(cái)富，既強(qiáng)化了我們的專業(yè)素質(zhì)和情報(bào)檢索能力，又提供了很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)本次實(shí)習(xí)，我們也真切的體會(huì)到如何通過(guò)現(xiàn)有資源，快速的達(dá)到對(duì)某一陌生技術(shù)的感知與大體把握，增強(qiáng)了自己的學(xué)習(xí)能力，這些正是我們本次實(shí)習(xí)的最終目的所在。2.5導(dǎo)師簡(jiǎn)介華中科技大學(xué)電信系教授，博士生導(dǎo)師，通信與探測(cè)研究所副所長(zhǎng)。2003年畢業(yè)于華中科技大學(xué)獲通信與信息系統(tǒng)博士學(xué)位， 2004年擔(dān)任韓國(guó)亞洲大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程系研究員，2005年擔(dān)任意大利都靈理工大學(xué)電子系博士后助理研究員。 2005年獲意大利Ga

6、lilei Grant，2009年獲挪威政府獎(jiǎng)學(xué)金資助短期訪問(wèn)挪威多所大學(xué)，2010年6-8月以visiting researcher身份訪問(wèn)英國(guó)Heriot-Watt University，2011年11月-2012年11月以Visiting Professor身份訪問(wèn)挪威University of Agder。近年來(lái)主持承擔(dān)了10余項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研課題和多項(xiàng)國(guó)際高水平科技合作項(xiàng)目。擔(dān)任國(guó)家科技部和國(guó)家自然基金委項(xiàng)目評(píng)審專家，湖北省科技廳自然基金項(xiàng)目評(píng)審專家，IEEE高級(jí)會(huì)員（Senior Member），中國(guó)通信學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，中國(guó)電子學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員。擔(dān)任International of Comm

7、unication Systems (John Wiley) （SCI收錄）等5份國(guó)際期刊編委，是IEEE Communications Magazine，IEEE Trans. Wireless communications等國(guó)際期刊的審稿人，擔(dān)任Executive Chair of the 2013 IEEE International Conference on Green Computing and Communications (GreenCom2013)以及IEEE CMC 2009-2012，ICCT 2011, VTC 2012，CITS 2012，IWCMC 2008等30多

8、個(gè)國(guó)際會(huì)議的Symposium chair和TPC成員和審稿人，組織創(chuàng)建湖北省國(guó)際科技合作基地綠色寬帶無(wú)線通信國(guó)際科技合作基地，并擔(dān)任該國(guó)際合作基地負(fù)責(zé)人。目前主要研究方向是：移動(dòng)通信，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，綠色通信。2.6實(shí)習(xí)詳述7月8日 上午：跟葛#教授見面，葛老師了解了大家的情況，給我們講解其主要研究方向，詳細(xì)給大家說(shuō)明了實(shí)習(xí)任務(wù)和后續(xù)安排；安排我們跟訾然學(xué)長(zhǎng)見面，并把任務(wù)的具體實(shí)施部分交由訾然學(xué)長(zhǎng)分配安排。下午：#學(xué)長(zhǎng)收集了大家的聯(lián)系方式，并安排大家上網(wǎng)收集關(guān)于3G到4G、4G到5G的演進(jìn)相關(guān)的論文和信息。7月9日 #學(xué)長(zhǎng)布置第一周任務(wù)，要求寫一篇綜述性的文檔，要求簡(jiǎn)要說(shuō)明3G到4G的演進(jìn)主要體現(xiàn)

9、在哪些方面；詳細(xì)說(shuō)明4G到5G（B4G）的演進(jìn)包含哪些方面，5G有哪些技術(shù)方面的突破。7月10號(hào)7月11號(hào)主要是完成論文前期的情報(bào)檢索工作，收集整理了一些與移動(dòng)通信發(fā)展和演進(jìn)相關(guān)論文。并大體上對(duì)移動(dòng)通信的發(fā)展有了了解。7月12號(hào)白天主要著手完成布置下來(lái)的綜述性論文，并提交。晚上#學(xué)長(zhǎng)通過(guò)郵件給每位同學(xué)分配某一領(lǐng)域的研究任務(wù)。具體分配到我的是高空平流層平臺(tái)站的部分，要求完成一篇該領(lǐng)域的綜述性文章。闡述清楚該項(xiàng)技術(shù)在5G系統(tǒng)中的適用環(huán)境，應(yīng)用價(jià)值，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并重點(diǎn)分析物理原理及機(jī)制，盡可能理解數(shù)學(xué)原理。7月13號(hào)后主要是在學(xué)校圖書館的數(shù)據(jù)庫(kù)資源和Google scholar上查找相關(guān)最新的資

10、料，完成學(xué)長(zhǎng)分配下來(lái)的任務(wù)。三 專題內(nèi)容分析3.1移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)專題3.1.1 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3rd Generation Mobile System，3G），最早由國(guó)際電信聯(lián)盟（International Telecommunication union，ITU）于1985年提出的。1996年，ITU將其更名為全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（International Mobile Telecommunication，IMT-2000）,后綴指其工作在2000MHZ頻段，且預(yù)計(jì)于2000年商用。3.1.2 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）4G是第四代移動(dòng)通信及其技術(shù)的簡(jiǎn)稱，是能夠

11、傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G的概念可稱為廣帶(Broad-band)接入和分布網(wǎng)絡(luò)具有超過(guò)2Mbps的非對(duì)稱數(shù)據(jù)傳輸能力。對(duì)全速移動(dòng)用戶能提供150Mbps的高質(zhì)量的影像服務(wù)，并首次實(shí)現(xiàn)三維圖像的高質(zhì)量傳輸，無(wú)線用戶之間可以進(jìn)行三維虛擬現(xiàn)實(shí)通信。它包括廣帶無(wú)線固定接人、W-LAN、移動(dòng)廣帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò)。在不同的固定無(wú)線平臺(tái)和跨越不同頻帶的網(wǎng)絡(luò)中，4G可提供無(wú)線服務(wù)，并在任何地方寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)(包括衛(wèi)星通信和平流層通信)，提供信息通信以外的定位定時(shí)、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。同時(shí)，4G系統(tǒng)還是多功能集成的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)，是寬帶接入IP系

12、統(tǒng)。3.1.3 3G向4G演化的原因 經(jīng)ITU認(rèn)可的3G標(biāo)準(zhǔn)有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。雖然3G和2G相比，有很多優(yōu)點(diǎn)，但是3G還是存在著很多不盡人意的地方，如：3G缺乏全球統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)；3G所采用的語(yǔ)音交換架構(gòu)仍承襲了2G系統(tǒng)的電路交換，而不是純IP的方式；3G的業(yè)務(wù)提供和業(yè)務(wù)管理不夠靈活；流媒體(視頻)的應(yīng)用不盡如人意；3G的高速數(shù)據(jù)傳輸不成熟，接入速率有限；安全方面存在算法過(guò)多、認(rèn)證協(xié)議容易被攻擊等安全缺陷。伴隨著無(wú)線技術(shù)的種類越來(lái)越多，迫切需要將這些無(wú)線技術(shù)整合到一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中去，這就是正在形成的超三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(B3G)通信系統(tǒng)和未來(lái)的4G通信系統(tǒng)。B3G和

13、4G通信系統(tǒng)將是未來(lái)提供寬帶接入，全球無(wú)縫漫游和無(wú)處不在的數(shù)據(jù)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)等方面的最合適和最好的技術(shù)。3.1.4 3G與4G的比較（1）核心技術(shù)：3G系統(tǒng)以碼分多址(CDMA)為技術(shù)基礎(chǔ)。碼分多址是將相互正交的不同的碼分配給不同用戶調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)使用同一頻率接入系統(tǒng)。由于利用相互正交(或盡可能正交)的碼去調(diào)制信號(hào)，會(huì)將原用戶信號(hào)頻譜帶寬擴(kuò)展，因此CDMA通信系統(tǒng)足一種典型的擴(kuò)頻通信技術(shù)的應(yīng)用。4G系統(tǒng)的核心技術(shù)正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)屬于多載波調(diào)制(MCM)，它將指配的信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上進(jìn)行窄帶調(diào)制和傳輸，間時(shí)要求信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬。（2）通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

14、3G采用的主要是蜂窩組網(wǎng)，它的核心網(wǎng)是在GSM系統(tǒng)的核心網(wǎng)GSM-MAP和AMPS，IS-95的核心網(wǎng)ANSI-41的基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)的，其空中接口與相應(yīng)的2G系統(tǒng)后向兼容。它的3種工作模式為：?jiǎn)屋d波頻分雙工、多載波頻分雙工和時(shí)分雙工方式。4G發(fā)展為數(shù)字廣帶(broad band)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)。4G系統(tǒng)的核心網(wǎng)是一個(gè)基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)，因此核心網(wǎng)獨(dú)立于各種具體的無(wú)線接入方案，能提供端到端的IP業(yè)務(wù)，能同已有的核心網(wǎng)和PSTN共存。3.1.5 3G向4G演化的路徑3G向4G的演進(jìn)路徑主要有3條：一是WCDMA和TD-SCDMA，均從HSPA演進(jìn)至HSPA+，進(jìn)而到LTE。全世界大多數(shù)電信運(yùn)營(yíng)商，以及愛

15、立信、諾基亞西門子、華為等主要電信設(shè)備生產(chǎn)商均堅(jiān)定支持這一路線。 二是CDMA2000沿著EV-DO Rev.0/Rev.A/Rev.B，最終到UMB。近年來(lái)，全球CDMA投資趨于萎縮，主要的CDMA運(yùn)營(yíng)商美國(guó)Verizon+Alltel、Sprint、中國(guó)電信、日本KDDI、韓國(guó)SK電訊等均已明確表示將選擇LTE建設(shè)后3G網(wǎng)絡(luò)；世界最大的CDMA設(shè)備商阿爾卡特朗訊和北電網(wǎng)絡(luò)均已裁減了CDMA部門，且UMB技術(shù)至今沒(méi)有一家運(yùn)營(yíng)商宣布采用或測(cè)試，因此產(chǎn)業(yè)鏈主要只有高通一家。（現(xiàn)高通已宣布放棄）三是802.16m的WiMAX路線。以英特爾、三星電子、阿爾卡特朗訊、奧維通等為代表的WiMAX廠商，和

16、一些新興運(yùn)營(yíng)商仍然在這一路線堅(jiān)持探索。3.1.6 第五代移動(dòng)通信的提出僅管4G相對(duì)于3G具有更高的數(shù)據(jù)率和頻譜利用率，更高的安全性、智慧性和靈活性，更高的傳輸質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量（QoS），但是4G高速移動(dòng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)速度問(wèn)題等方面還存在問(wèn)題,有待研究解決。在4G問(wèn)題的基礎(chǔ)上,人們開始考慮5G來(lái)解決。如美國(guó)紐約理工大學(xué)的科學(xué)家們近日正投入5G網(wǎng)絡(luò)的研發(fā),希望在2020年能夠投人使用。在針對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)速度問(wèn)題方面,科研人員將利用頻譜技術(shù)研發(fā)比4G快1000倍的網(wǎng)絡(luò),將來(lái)利用5G網(wǎng)絡(luò)處理的信息量將提升50-100倍。近來(lái)報(bào)道韓國(guó)成功研發(fā)的第五代移動(dòng)通信技術(shù),手機(jī)利用該技術(shù)無(wú)線下載速度可以達(dá)到3.6G/s。這一新

17、的通信技術(shù)名為Nomadic Local Area Wireless Aeeess,簡(jiǎn)稱NoLA。NoLA可作為鋪設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)技術(shù),使用NoLA技術(shù)下載一部DVD格式標(biāo)準(zhǔn)電影只需要幾秒時(shí)間。目前世界上最快的無(wú)線通訊技術(shù)是由三星公司研發(fā)的,使用三星的這一技術(shù)可實(shí)現(xiàn)每秒1G的下載速度。韓國(guó)電子通信研究院代表稱,他們投入1960萬(wàn)美元開始研發(fā)這一技術(shù),通過(guò)同三星、LG等大公司的合作成功研發(fā)NoLA技術(shù)。3.1.7 第五代移動(dòng)通信的特點(diǎn)第五代移動(dòng)通信會(huì)滿足高移動(dòng)性、無(wú)縫漫游和無(wú)縫覆蓋(實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間如HAPS、HDR與ITS之間的切換,可以達(dá)到真正的無(wú)縫覆蓋)。從原理上講,實(shí)現(xiàn)寬帶高速數(shù)據(jù)率和高移動(dòng)性

18、是比較困難的。還有系統(tǒng)性能(如小區(qū)的大小、傳輸數(shù)據(jù)率等)很大部分要都要取決于頻帶?？紤]到這些因素,第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)將會(huì)包括很多個(gè)不同的系統(tǒng),其中將會(huì)有專門為提供高速數(shù)據(jù)率的業(yè)務(wù)系統(tǒng),也會(huì)研究出專門解決覆蓋和移動(dòng)性問(wèn)題的其他系統(tǒng)。把幾個(gè)系統(tǒng)集成在另一個(gè)系統(tǒng)內(nèi),就可能同時(shí)提供高速數(shù)據(jù)和移動(dòng)性業(yè)務(wù)。作為未來(lái)系統(tǒng)之間的無(wú)縫漫游乃是一個(gè)極為重要的概念。這里的無(wú)縫漫游將兼有高速數(shù)據(jù)、高速移動(dòng)性和寬帶固定接續(xù)等。5G技術(shù)包括幾乎所有以前幾代移動(dòng)通信的先進(jìn)功能。用戶可以把5G技術(shù)用于手機(jī)和其他移動(dòng)通信設(shè)備上網(wǎng),就好像筆記本電腦寬帶上網(wǎng)一樣。通過(guò)5G技術(shù),相機(jī)拍照、MP3錄音、視頻播放器、手機(jī)內(nèi)存、撥號(hào)速度、

19、音頻播放器的高質(zhì)量更好。5G網(wǎng)絡(luò)中使用的路由器和交換機(jī)技術(shù)將會(huì)提供高連通性。5G技術(shù)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)連接建筑物內(nèi)的節(jié)點(diǎn),可以部署各種有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接。它將會(huì)擁有一個(gè)全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),用戶可以同時(shí)連接到多個(gè)無(wú)線接人技術(shù)之間,實(shí)現(xiàn)無(wú)縫地移動(dòng)。5G網(wǎng)絡(luò)將是以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)。對(duì)用戶的服務(wù)質(zhì)量將會(huì)成為其考慮的一個(gè)重方向,用戶能同時(shí)連接多個(gè)無(wú)線接入技術(shù)并可以在它們之間切換。3.1.8 5G中可能涉及的核心技術(shù)在第四代移動(dòng)通信還沒(méi)有在全球全面展開的時(shí)候,已經(jīng)有不少國(guó)家和組織已經(jīng)開始了對(duì)第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究。5G接人和服務(wù)區(qū)域沒(méi)有限制,其傳輸速率不會(huì)有太大的提高。但是5G被認(rèn)為是一種更加完美的無(wú)線通信,它將成為

20、真正的無(wú)線世界。5G會(huì)有重大的突破,有更多的業(yè)務(wù)和更多的智能技術(shù)被應(yīng)用。5G中可能涉及的核心技術(shù)有認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)和高空平流層平臺(tái)站系統(tǒng)技術(shù)等。3.2 HAPS技術(shù)在5G通信中的應(yīng)用專題3.2.1高空平流層平臺(tái)站高空平流層平臺(tái)系統(tǒng)(High Altitude Platform Stations,HAPS),為陸地?zé)o線通信和衛(wèi)星通信之后的第三個(gè)通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)將通信設(shè)備置于平流層平臺(tái)HAP(High Altitude Platform)上,由于其高度介于陸地基站和衛(wèi)星高度之間,所以兼具了陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),有著造價(jià)低、系統(tǒng)容量大、覆蓋范圍廣、布網(wǎng)速度快,適合于人口密度較少的地區(qū)和

21、有突發(fā)情況的應(yīng)急通信等顯著優(yōu)勢(shì),是目前被廣泛考慮的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的補(bǔ)充和擴(kuò)展,吸引了電信界的廣泛關(guān)注。HAPS通信網(wǎng)絡(luò)是指在近地空間的高度約20-100Km，由長(zhǎng)駐空間5-10年，準(zhǔn)靜止、可裝載一定規(guī)模有效載荷的高空平臺(tái)通過(guò)光互聯(lián)鏈路在空中構(gòu)成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。寬帶接人鏈路為平臺(tái)站與用戶站之間的鏈路,接入頻率擬采用毫米波，可提供超視距、大容量、機(jī)動(dòng)靈活的通信服務(wù)。在近地空間范圍內(nèi)使用穩(wěn)定的通信平臺(tái)作為微波中繼站，與地面控制設(shè)備、入口設(shè)備以及多種無(wú)線用戶構(gòu)成的通信系統(tǒng)，高空平臺(tái)既可以與衛(wèi)星地面綜合組網(wǎng)，也可以單獨(dú)與地面組網(wǎng)。其中通信平臺(tái)與地球自轉(zhuǎn)保持同步，可長(zhǎng)期駐留空中。高空平臺(tái)通信系統(tǒng)具有費(fèi)用低、

22、部署快速、地面設(shè)備少、使用靈活、回收方便等特點(diǎn)，可迅速建立起空中信息收集和交換通道，將近地信息迅速、準(zhǔn)確地傳輸，從而達(dá)到實(shí)時(shí)的目的，這些優(yōu)良特性使得其成為第五代移動(dòng)通信的可能關(guān)鍵技術(shù)支撐之一。3.2.2 HAPS的優(yōu)勢(shì)HAPS作為5G的可能關(guān)鍵技術(shù)之一，其相對(duì)于其同類技術(shù)有著跟多自己的優(yōu)勢(shì)。改善接人平臺(tái)的HAPS技術(shù)很有可能在第五代無(wú)線通信中能夠被廣泛應(yīng)用。下面就是HAPS優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)： （1）靈活方便：平流層通信系統(tǒng)不受地理位置限制,機(jī)動(dòng)靈活。該系統(tǒng)不僅適用于城市,還特別適用于海洋、山區(qū)等邊緣地帶。還可以提供戰(zhàn)役、災(zāi)難等應(yīng)急情況下的臨時(shí)服務(wù),通信平臺(tái)可以快速部署,所需地面設(shè)備少。一旦平臺(tái)到位

23、,就可以迅速地建立起戰(zhàn)區(qū)或應(yīng)急通信系統(tǒng)。（2）低成本：平流層平臺(tái)的放飛、回收和H常監(jiān)測(cè)的費(fèi)用只有衛(wèi)星通信的幾分之一,而且每個(gè)平臺(tái)可以獨(dú)立運(yùn)行,不用像低軌衛(wèi)星組成星座才能工作,因此建設(shè)周期短,投資少。由于平流層平臺(tái)可用于多種用途,可以提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)這有利于收回平流層信息平臺(tái)建設(shè)成本。同時(shí),每個(gè)用戶終端的造價(jià)可不超過(guò)1000元人民幣,相應(yīng)的業(yè)務(wù)費(fèi)用也較衛(wèi)星系統(tǒng)低。（3）鏈路特性優(yōu)良：平流層通信系統(tǒng)較衛(wèi)里通信系統(tǒng)有著平臺(tái)高度低、路徑損耗小,信號(hào)延遲小等良好的鏈路特性。在通信仰角大的情況下,平臺(tái)與地面用戶終端之間的通信鏈路存在可視路徑的概率很大,路徑損耗可用空間損耗代替,大約是20 dB每10倍程;而陸

24、地?zé)o線通信系統(tǒng)中,山于周邊環(huán)境復(fù)雜,存在可視路徑概率小,陰影衰落嚴(yán)重,多徑現(xiàn)象嚴(yán)重,信號(hào)服從瑞利衰落,路徑損耗一般為40-60 dB每10倍程。同時(shí),與平流層通信平臺(tái)與地面的距離只有高軌衛(wèi)星高度的1/1800,中軌的1/500,低軌的1/50,傳播時(shí)延從250ms減少到0. 5ms,自由空間損耗分別減少了 65dB、54 dB、34 dB。由于平流層通信有較好的電磁波傳播特性,因此具有相同通信容量所需的通信設(shè)備復(fù)雜度和造價(jià)都大大降低。（4）穩(wěn)定性好：平流層平臺(tái)主要交換節(jié)點(diǎn)可以與地面相對(duì)靜止,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。與衛(wèi)星通信相比,衛(wèi)星與用戶終端、衛(wèi)星與地面站之間存在速度很快的相對(duì)運(yùn)動(dòng),接收端收到

25、的發(fā)射端載頻發(fā)生很大的多普勒頻移。而平流層通信系統(tǒng)中,多普勒頻移是由移動(dòng)用戶的運(yùn)動(dòng)造成的,最大多普勒頻移約為幾十Hz。（5）容量大，覆蓋面積廣：平流層平臺(tái)通信的距離遠(yuǎn),覆蓋區(qū)域大,系統(tǒng)容量大。按照不同的仰角,平流層平臺(tái)的通信覆蓋區(qū)域分為UAC、SAC和RAC三個(gè)區(qū)。每個(gè)區(qū)可再分割為700個(gè)蜂窩小區(qū),每個(gè)平流層通信平臺(tái)產(chǎn)生2100個(gè)蜂窩小區(qū)。此時(shí),一個(gè)升空22km高的平流層平臺(tái),視距覆蓋地面直徑超過(guò)1000km,面積90萬(wàn)平方公里以上,約為地面接力站的20倍。如果擁有250個(gè)平流層平臺(tái)的通信網(wǎng)絡(luò)可以為15億個(gè)64kbps的數(shù)字電話用戶或3. 75億個(gè)256kbps的視聽業(yè)務(wù)用戶提供服務(wù)。隨著調(diào)制

26、效率的提高、波束形成技術(shù)的發(fā)展,用戶數(shù)還可大幅度增加。3.2.3 HAPS的研究現(xiàn)狀：(1)與其他系統(tǒng)干擾分析目前,大量的通信系統(tǒng)已經(jīng)存在。在ITU和世界無(wú)線電大會(huì)規(guī)定的頻段中，平流層通信系統(tǒng)與現(xiàn)有陸地系統(tǒng)共用某些頻段,在這些頻段進(jìn)行平流層通信系統(tǒng)對(duì)其他現(xiàn)有系統(tǒng)的干擾估計(jì)是必須的。國(guó)內(nèi)外研究目前主要涉及了平流層通信系統(tǒng)對(duì)地面現(xiàn)存的通信系統(tǒng)造成的干擾,其中主要考慮了地面用戶的仰角、平流層平臺(tái)的移動(dòng)、通信系統(tǒng)負(fù)載大小等方面對(duì)系統(tǒng)頻譜利用率的影響。(2)容量估算平流層通信系統(tǒng)的系統(tǒng)容量是其是否造合推廣的重要考慮依據(jù)。目前HAPS系統(tǒng)容量的研究主要集中于,各通信技術(shù)對(duì)系統(tǒng)容量的影響,包括天線技術(shù),呼叫

27、控制等。3.2.4 低仰角區(qū)的性能分析當(dāng)覆蓋半徑較大時(shí)，直射波與反射波的夾角很小，地面反射渡也進(jìn)入了天線的主瓣，構(gòu)成主要干擾分量；同時(shí)由于升空平臺(tái)的隨機(jī)擺動(dòng)，將會(huì)在俯仰和方位上對(duì)地面接收系統(tǒng)產(chǎn)生電平衰落，而處于低仰角區(qū)域，地物地貌以及植被等對(duì)電渡反射也造成多徑干擾，這些隨機(jī)的干擾分量(概率密度函數(shù)服從瑞利分布)與HAPS的直射分量同時(shí)進(jìn)入地面接收站，信道衰落具有萊斯分布特征。3.2.5 功率分配策略在基于資源代理的高空平臺(tái)通信網(wǎng)絡(luò)資源分配算法中，高空平臺(tái)通信網(wǎng)絡(luò)的資源集中統(tǒng)一分配，RA 集中控制平臺(tái)發(fā)射功率，通過(guò)某中策略把平臺(tái)發(fā)射的總功率作為一種單獨(dú)的共享資源，以滿足系統(tǒng)的要求。本文假設(shè)在服務(wù)區(qū)內(nèi)有M個(gè)激活的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，以i為索引則我們定義1iM。我們定義pi為分配給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)i的上行接收功率，那么向量P=p1，pm就代表了M個(gè)節(jié)點(diǎn)的功率情況。進(jìn)一步假設(shè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)i的信號(hào)被高空平臺(tái)準(zhǔn)確接收，此時(shí)節(jié)點(diǎn)i的Eb/No值（記為值i）