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地面物联网与卫星物联网间同频干扰分析

更新时间：2019-12-11 11:54:50 大小：3M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网卫星物联网同频干扰 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

近年来物联网技术呈现良好的发展势头,在社会的各个领域得到了广泛的应用.卫星物联网作为地面物联网的重要补充和延伸,在海洋、沙漠等无法建造地面物联网基站的地区提供服务,是实现物联网“万物互联”的一种重要途径.然而,由于频谱资源受限,地面物联网和卫星物联网之间很可能需要进行频谱共享,从而使同频干扰成为一个不可忽视的问题.本文分析了地面物联网与卫星物联网在上下行链路上可能出现的干扰场景,给出了干扰分析结果,初步证明了卫星物联网的可行性.

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NETWORK&CON巽畿量麓～— W· 囊麓·

I／"

· ，f

a￡nO⋯ t，I’口

文献引用格式：徐大，孟繁

，

，等．地面物网与星物

网

同

干

分析[J]．

技

，2018，42(9)：42— 46．

interuet of

F J

J，MENG L，XIE D，et

of CO— channel interference in satellite

with

things

coexisting

a1．Analysis

terrestrial internet of

things[J]．Video

engineering，2018，42(9)：42— 46．

中

分

号：TN927+．23

文献

志：A

DOI：10．16280／j．videoe．2018．09．009

地面物网与星物网同干分析

徐大 1，孟繁 2，

1，更新1

(1．南京

摘要：近年来物网技

大学，江

良好的

南京210003；2．中国人民解放 61096部，北京102300)

呈

展

，在社会的各个域得到了广泛的用。星物网作地面物网的重

网“万物互 ”的一种重要途径。然

共享，从而使同一个不可忽

景，出了干分析果，初步明了

要

充和延伸，在海洋、沙漠等无法建造地面物网基站的地区提供服，是

物

而，由于源受限，地面物网和星物网之很可能需要

行

干

成

的

。本文分析了地面物网与星物网在上下行路上可能出的干

网的可行性。

星

物

关

：

星物网；窄物网；干分析；同干

in Satellite

Internet

CO— · channel interference

with Terrestrial Internet of

Things coexisting Things

Analysis

Dajian，MENG Fanlun，XIE Jidong，ZHANG Gengxin

and

ofPosts

102300，China)

and has been

(1．Nanjing University

Telecommunications，Nanjing 210003，China；2．Troop 61096，Be ng

Internet of

Abstract：In reeent

in various fields of

vides services in

‘Internet of

has shown

momentum of

good

used

widely

years，the

Things technology

development

Internet of

and extension of the

society．Satellite

Things(10T)，as

important complement

IoT base

ground IoT，pro—

to realize

where oceanic and desert areas cannot build

is an

ground

stations，and

important way

to limited

between the Terrestrial

Interuet of

Everything’．However，due

spectrum resources，spectrum sharing

Things

and the Satellite Internet of

ignored．This paper analyzes

to be

that co— channel interference has become

that cannot be

Things

likely

required，SO

problem

the interference scenarios

and

downlinks between Terrestrial Internet of

and Satellite

Things

ofuplinks

Internet of

results of interference

the

of the Satellite Internet of

feasibility

Things．The

analysis preliminary prove

Things．

interference

analysis；CO— channel

Internet of

Key words：Satellite

Satellite；NB— IoT；interference

Things；Low— orbit

星通信系

具有

延短、功耗低和播

引言

耗小等特点，因此成

之一。

星物网的最佳

物

网将改整个人社会的生存方式。窄

Band Internet of

物

网(Narrow

由于覆盖范广且

源受限，星物网

Things，NB— loT)技

点，成

凭借其覆盖范广、功耗低和待机

等

海量星物

网

的接人不可避免的需要与

行共享。因此，地面物

Net—

Wide— Area

代表性的LPWAN(Low— Power

已存在的地面物

work，低功耗广域网)技 ⋯ 。目前NB— IoT技

需

网与星物网之的上下行干分析成一个

要在地面建立基站，而受到地理条件和建造成本的

限制，在海洋、沙漠等人口稀疏的地区无法建造地面

基站及接基站的通信网，所以需要星物网作

地面物网的充和延伸。星通信系具有覆

盖广，不受地理和天气条件影响等点。其中，低

很重要的

。

文的安排具体如下：第2部分分析地面物

网与低

部分参考星系的系参数建立星物网的系

模型，采用一种干分析方法，行

星物网上下行路的干

景；第3

系

干

基金目：国家自然科学基金

助

目(No．91738201)

《

技

》第42卷第9期( 第506期)l投稿网址http：／／www．videoe．on

万方数据

NE刑oRK&coN

影●一誓●

，

f“o￡_jt¨· rI_-

路

算；第4部分地面物网与星物

情况

网

用，一个星覆盖范内有4个同复用波束小

的同

干

行

。

区‘2。31。只考

星小区和地面小区之的干

，

星同小区的干不在考的范

。

干

景和干分析方法

I!堪

1展示了星物网和地面物网之主要

⋯ 一上行千磷路

，。

的

之

物

路和干

景如下：在星物网上行路(

到低星)上，地面物

路。地面物网与星物

网

星

一上行

磁

同

复用小区

的干

网

，，k

网造成上行干；在地面物网下行路(地面

网基站到地面物 )上，星在下行干

网

路上地面物网造成下行干 ¨0|。

星

V。

‘

●●o’

●

▲

藿藿

●h，卜

警釜

羹

q q

星物网与地面物

情况下的上行干

网

景

共享

一却

考

到

星物

网

没有

布

一的行

准，本文采用的干分析方法如下：通依次改

地

面物

网

的数量、星物

射方向与星下点方向角三个

星覆盖范内不同的干

村或城市等地区)下地面物

网上行干

星接收的有用信号功率[dBm] 算：

网

的

射功率

和

星物

网

。f：． ’“I· ￡f’

。!，_

j-．‘、：．之：：．

系

参数来模

景

星物网与地面物网共存

情况下的

星物

和地面物网基站

里不作考是由于在

星物网作地面物网的充和延伸，其

般分布在森林或沙漠等偏地区，而地面物网基

站一般分布在人口密集的地区，两者之一般

(

网

星物

路

构

的

重程度【6 J。

网

地面物网基站的上行

星物的下行干

使用境中，

干

网

PR=Pr+Gr+GR— Loss

(1)

。

上述公式中P，、G，、G。和Loss分

是

星物

一

网

的

射功率、射天增益、星的接收天

耗。

星地之地理距离的化主要改了自由空

耗，自由空耗是指磁波在播路

增益和空

播

隔

一定的距离，相互

干

通常可以忽略不。而

的相互干，可通

率划的化来避免，里不做

播

于地面物网基站与

星

基

径中的衰落，算公式如下：

站天方向

和

L=32．5+2019F+20lgD

(2)

深究。

公式中￡是自由空

(km)，F是率(MHz)。

景中的空

耗(dB)，D是

距离

2．1上行干分析

2中展示了星物网与地面物

享情况下的上行干景。参考星系的波束覆

星的点波束共有48个，采用12色率复

网

共

播

耗不止磁波在

播路径中的衰落，有大气耗：L1=0．5 dB；指

耗：L2=0．5 dB；星非耗：L3=0．5

盖

，

向

差

性

投稿网址htlp：Ilwww．videoe．ct3l《

技》第42卷第9期( 第506期)43

万方数据

__NETWORK&CON晃麓— — · _奠·

I‘¨屯“et-¨r|Ie

dB；其它可能性耗：L4=0．5 dB等等。空

播

+一一一下行干抗

路

星

耗

到

景包括两种情况：城市室内到星和城市室外

星，室内模型包括一个外的衰减— — 室内外

辱— 一下行

‘

星下点

y y

体的

播

耗。

噪声功率算：

P～=lOloglO(kTB)

公式中k 曼常数(1．38

(Hz)。

(3)

10之3

玻

J／K)，

r是噪声温度(K)，B是

干比算公式：

n(P∥lO)

∥k=101。910‘ 茄≮ 而)(4)

公式中地面物

网

干功率 P，：

(5)

PI=10lg(Pi 。，+P。。dD0，)

gN。r— LFs

Pt。a。r=EIRPEx— lossbuildi。目+101

P。。，=E +1019N。，一厶舟

P。幽，和P。。如，分是室内外地面物

(6)

干

网

功率，伽P 包含地面物

射天增益(地面物

网

的

全向天

射功率和

射天

网

，

增益

dB)，lossbuildi。是

的数量，￡嬲是空

壁

播

耗，Ⅳ。是

耗H’8j。

地面物

网

播

2．2下行干分析

3中展示了星物网与地面物

享情况下的下行干景：地面物网中地

面物的下行干。参考星系的系

网

共

星

(1．1laf一0．7)h。一(1．5619厂一0．8)，中，J、城市

网

参

8．29

192(1．54h。)一1．1，大城市，f≤ 200MHz

数，星物网中

星覆盖区直径可达

3．2192(11．75h。)一4．97，大城市，f≥ 400MHz

700

km，因此星波束不可避免地会覆盖到城市

地区内的地面物网小区，造成其中地面物

的下行干旧J。并且由于星物星星座

道运行，通常情

网

(8)

路

网

星

于地面物

程与上述上行干

于下行干

网

路

的下行干

中共有66

星

网

6个极地

算

程基本相同。

，本文参考

况下地面物

的下行干源— — 星的个数

是此刻覆盖到参考地面物

而

路的多星覆盖

不会只有一个，而

星的系参数使用STK建立了星物网的

路模型，通 STK生成的路数据来分析24小

网

的所有星的个数。

内

网

里引入Okumura— Hata模型"1来模地面物

地面物网下行路中多

低

星

参考物

网小区下行路的空

播

耗：

的

下行干

算参数

的

化。

表l

星物网和地面物网的

路

《

技

》第42卷第9期( 第506期)I投稿网址http：／／www．videoe．cn

万方数据

NE oRK&coN蹴麓疆

y_{mQ⋯ U"i⋯ tE州}

上行干

的

化情况。

定

星物

网

射功

3仿真果及分析

率

W，把10

000个地面物

网

作

一个参

表1列出了一些星物网(参考星的系

考干源数量，当系要求C／I大于等于9

J。

参数)和地面物网的

星使用多波束天

波束i之的波束增益近似

路

算参数【l’3

‘7|，星物

小于20。。

网

射方向与星下点方向的

角

低

，

算

星物

：

网

_『与

(9)

5degree

’’--’--．

舶degree

～

6沪G。『掣+36掣1。

wuo"“

、～^。-《．

∞de∥ee

‘K^、、I

其中u=2．071

^＼‘≮ 黧

23sin(Oil)／sin(03扭)，Jl和-，3

、‘．

分

是1 和3 第一

塞

函数，9，扭是波束

。’q一

’、_、、

＼、

}

增益相波束中心3dB衰减

所的角度，0。i表

、、；

示

的

星物

网

射方向与点波束i中心之

一、

角，6i表示用 J与波束i之的波束增益。

、

3．1上行干仿真果及分析

、'、，

’、、

4展示了随着星物网地面覆盖范内地

面物

升；随着星物

少，干水平下降。中地面物

同一射信号的活的地面物

数，一般占地面物

占地面物

网

数的增加，干比增加，干水平提

网

的

射功率增加，干比减

星_!!

差

岩巧地叨弼歧‘q12旨’、款

星物

网

射方向与星下点方向

网

数指的是

网

角不同情况下干比

3．2下行干仿真果及分析

6中展示了某一

化

刻

生

网

数的10％，其中室内地面

网数的80％，其

物

网

刻

星

地面物

网

的

星的上行干功率受到外25 dB的壁播

下行干

网小区半径增大，地面物网的下行路的空

的化J隋况。从中可以看出，随着地面物

耗。目前星物

网

没有

布

网

一的行

准，

播

里把10 000个活地面物

数作一个参

耗增大，干水平上升。随着地面物

与星下点方向角增大，星下行干

网

射方向

考干源数量，当系要求C／I大于等于9

路空

播

置

【_川，从 4中可得出星物

大于5 W。

网

射功率

耗增大，干水平降低。地面物网的C／I的

dB【7

J，

从

6中可以看出地面物网基站小区

的半径

小于1．5 km。

· · ⋯ lW

稿

一5W

1dW

?⋯

‘

o．5km

．～

15W

一：

●～～～

}，

∞

～‘。

1．5km

‘。ij· ：、。．

-q _-’、

2km

．，／1

、、、，、、

>麓．

，，，’

L，_，，，。

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一，●，

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‘*K

‘麓

巧

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一

、

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≮

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≮

』

-●●，，●

竹

一

二星疆盖-三!：1 蕊：j弦_1{ 卜州a,w

星物

网

射功率不同情况下

地面物鞭网

与

星垂直万同角

星接收干比

化

下行干

源

星

化

地面物

网

5中展示了在星物

网

射方向与星

干比

下点方向角和地面物

网

数量不同的情况下

投稿网址http：I／www．videoe．cnI<

技

>第42卷第9期( 第506期)45

万方数据

NETWORK&CON巽

V· _冀·

iKt。匹n8⋯

· rl^口

7展示了24小内参考地面物

网

的

常要大于1．5 km，所以在村地区等人口稀疏的地

方，需要地面物网和星物网之存在的下

多星覆盖星数的化情况，

。参考地面物所在地

118．78。、32．04。的南京地区。

隔

1分

行干

行

一步的系抗干

化。

网

置

度分

2018

段

年5月4日04：00：00．000到2018年5月5日04：

oo：00．00(3。从 7中可以看出，星覆盖数最大

本文

下的上下行干

仿真。仿真

了减少星物网受上行同

星物网和地面物

网

共享情况

行了分析和

景和干水平分

，最小

，任何刻都至少有一

是可的。

星

于

参考地面物

网

果

示，在目前的参数假条件下，

的影响，星物

大于5 w，星物

星星下点方向与地

射方向角不大于20。的行

干

网

向

的

射功率

网

星

网

射信号最好

面物

星

通信。了减少地面物网受下行同

响，地面物网小区的半径最好小于1．5 km。在城

境下物网小区半径个条件，但是在

村地区等人口稀疏的地方，受到地面物网基

施的成本和地面物数量限制，小区半径可

行抗干

的接人需要增

水平控，在干

行性能智能控制和

干的影

旃搿爿造耀q

市

足

网

能会大于2 km，需要

化。星物网海量

系

干

500

1000

1500

系

的抗

(min)

干

能力，可以

干

行

多星覆盖的星数随着

化

重的情况下

系

。

参考文献：

[1]戴博，袁弋非，余媛芳．窄

物

网(NB— IoT) 准与

关

技

[M]．北京：人民

出版社，2016．

E A H

[2]C FOSSA，R RAINES，G GUNSCH，et

a1．An O—

verview of the

ellite

Earth

IRIDIUM(R)low

orbit(LEO)sat-

of the IEEE 1998 National

system[C]．Proceedings

and Electronics

Conference，1998：152— 159．

Aerospace

[3] 黄操．面向

LEO 星网的网研究[D]．合肥：中

国科学技大学，2010．

a1．

[4] JANHUNEN J，KETONEN J，HULKKONEN A，et

rain

Satellite

with Terrestrial

Transmission Network In—

Uplink

多星覆盖的干比随着

化

terference[C]．1EEE，2016．

星，潘和，宝宝，等．移

的仿真分析[J]．大众科技，2011(1)：20一2l+31．

8展示了24小内多

的下行干化情况。地面物网基站

km，地面物网的C／I

星

参考地面物

[5]

宋

无信道中Hata模型

网

的

ofmutual inter—

[6]GAO Y，OU Q，ZENG

Q，et a1．Analysis

小区半径

置

1．5

ferences between two

in satellite— terrestrial

components

dB[7]。从 8中可以看出，地面物

网

C／

integrated system[C]．IEEE，2014：145— 148．

I随着多星覆盖星数的化曲波很大，但基本

Recommendation ITU— R

S．739[S]．Additional

methods

be-

[7]

足地面物网的干水平的要求。考到城市地

面物网小区半径 0．5 km，所以城市区域地面物

for

determining

tween

if detailed

coordination

necessary

networks in the fixed satel·

geostationary— — satellite

网小区可以接受星物网的下行干。至于

地区等人口稀疏的地方，受到基施建造成本和地

面物数量的限制，其地面物网小区半径通

村

lite service

R，1992．

the same

bands．ITU—

frequency

sharing

(下第51

)

网

《

万方数据

技

》第42卷第9期( 第506期)I投稿网址http：／／www．videoe．on

NETwoRK&coN滕悲

沙

●幽

奠～

■

●Ⅷ

[3]

[4]

葛

．关于算机智能

像

的算法及技分析

将

色空

算，

化

HSV 色空，然后

行色直

[J]．无

互

科技，2014(10)：82— 82．

K．A

方

得

色概率像；第二部分是Mean

SUWA

note

M，SUGIE N，FUJlMORA

preliminary

Cen-

Shift算法，一算法的核心是确定窗口的Mass

ter，通不断的算和整窗口的位置和大小，

窗口移距离的聚；第三部分是CamShift算法，基

于前两部分的算，CamShift算法将Mean Shift算法

of human emotional

pattern recognition

expression[C]．

of the Fouah International Joint Confer—

Recognition．Kyoto，Japan，1978：408

In：Proceedings

Pattern

— 410．

[5] 辛静．基于

津大学，2009．

灰度差的

表情

[D]．天津：天

果不断迭代，最达到最

目

的目的。

成和

所用主要硬件有：算机、像机、

采集卡等。

3．4

像

系

的

of facial

from flow

optical

[6]

MASE．Recognition

expression

系

[J]．IEICE transactions，1991：3474— 3483．

云台、

PENTLAND．A vision

[7]II— FAN

ESSA，ALEXl

system

像机通

将信号送至算机端，

，并且通 CamShiftC算法

for

facial action

and

observing

extracting

parameters[c]．

算机端完成信号的

达到

of the

Vision and Pattern

Recogni—

Proceedings

tion

Computer

像提取的目的。

的系由于具

Conference，IEEE

Computer Society，1994：76— 83．

G．The human facial combined

[8]HUI J，WEN

expression

有和云端无限

云端的数据

的特点，因此可以快速的可以和

比和上，达到了智能提取

Journal

recognition system[J]．Chinese

2000，23(6)：602— 608．

Computers，

行

像信息的功能。

YANG

N encoded

METAXAS．Boosting

[9]

P，LIU

S，D

for

features

dynamic

Recognition

expression recognition[J]．Pattern

Letters，2009：132— 139．

21世是信息技高速展和人工智能等高

新技不断完善的期，于静形信息的

得到了大的展，然而像的智能

提取仍然需要不断研、不断新。本文通

ob—

D．Real— time

[10]COMANICIU

non— rigid

tracking

mean

the

Computer

Vision

jects using

and Pattern

shift[C]．Proc．of

已

于

Recognition，2000：142— 149．

系

[11]余旺盛．利用局部特征合匹配的非体目跟踪

[J]．西安子科技大学学，2014，4l(6)：183

述基于互网的

了一套

像智能提取技

的

展，

一189．

同

像

系

，系通

◇

接云端而快速的

了

像的智能

。

作者介：

琴(197l一)，士研究生。副教授，研究方向：云

参考文献：

算、数据

技

；本文通作者：luqin0319@163．COlll；

曾

杰．大型网站系与Java中

件

践[M]．北京：

[1]

孟瑶(1980一)。博士研究生，

，研究方向：人机

子工出版社，2012．

交互。

[2]

国

院关于加快展体育

促体育消的若干意

任

：胡鑫

收稿日期：2018— 06— 16

[Z]．中人民共和国国院，2014．

(上接第46

)

MASHINO．Subcarrier

Transmission Scheme

Mobile Commu—

[8]JUN

◇

Suppressed

for

in Satellite／Terrestrial

OFDMA

作者介：

Integrated

nication

System[J]．2011，47(10)：1— 5．

徐大 (1994一)。士研究生。主要研究：星通信；

孟繁 (19斛一)。工程，主要研究：星通信；

ROIVAINEN

a1．

A，YLITALO J，KYROLAINEN J，et

[9]

network with the

terrestrial

of 0．

Performance

presence

networkI 1．2013：5089— 5093．

(1958一)。教授。博士生

，主要研究：CDMA／

satelhte

DAnA 星通信系、星移通信系、便携式星通信

verlay

DESLANDES

V，TRONC J，BEYLOT

系

以及S 段和Ka

段

；

星通信地球站系等方面的关

[10]

L．Analysis

issues in

Satellite and TerrestriaI

interference

Mobile

Integrated

技和相关新品研

Satellite Muhimedia

Systems[C]．Advanced

Sys．

更新(1967一)。教授，博士生

航、控。

：宋宜楠

。主要研究：星通

terns

Conference．2010：256— 261．

信、

任

星

收稿日期：2018— 06一18

投稿网址http：／／www．videoe．cnI《

技

》第42卷第9期( 第506期) 51

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