25年2月通信基础知识补充2：延迟对齐调制、常见卫星移动速度

看文献过程中不断发现有太多不懂的基础知识，故长期更新这类blog不断补充在这过程中学到的知识。由于这些内容与我的研究方向并不一定强相关，故记录不会很深入请见谅。

一、什么是延迟对齐调制？

  延迟对齐调制（Delay Alignment Modulation，DAM） 是一种用于毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）通信中符号间干扰（ISI）抑制的技术。它的基本思想是通过适当设计发送端符号的延迟，来补偿多路径信道中各路径的不同延迟，并通过路径基波束成形技术对各个多路径分量进行合成，从而实现符号间干扰的消除。

具体来说，DAM 的主要原理可以分为两个方面：

1.1 什么是DAM？

1.1.1 延迟预补偿

  在多路径传播环境下，信号到达接收端的时间会因不同传播路径的距离不同而出现延迟。传统的符号间干扰（ISI）通常是由于多个路径上的信号重叠造成的，特别是在带宽较大的通信系统中。DAM通过设计发送端的符号延迟，使得每个符号在不同路径上的到达时间差异能够被补偿。换句话说，DAM会在发送端对符号进行延迟调整，使得多路径信号在接收端几乎同时到达，从而避免了传统多径效应带来的ISI。

1.1.2 路径基波束成形

  DAM还引入了路径基波束成形（Path-based Beamforming）技术。该技术通过利用多天线阵列和波束成形的能力，能将多个传播路径上的信号按照合适的方向进行组合，使得这些信号能在接收端被有效接收。通过路径基波束成形，接收端可以同时接收到来自多个路径的信号，并且这些信号的叠加是构造性干涉，从而增强接收到的信号质量。

1.2 DAM 的关键优点

• 消除符号间干扰：通过延迟补偿和路径基波束成形，DAM可以完全消除由多路径引起的符号间干扰（ISI），从而提高通信系统的可靠性。
• 路径多样性增益：由于多路径信号能够被有效组合，DAM不仅消除了干扰，还能利用多路径带来的路径多样性增益，提高系统的性能。
• 减少频谱需求：DAM可以减少对传统均衡技术的依赖，例如信道均衡和多载波传输，这有助于减少频谱的需求和系统复杂度。

1.3 DAM 的应用与发展

• 扩展至更一般的信道模型：尽管最初的DAM研究是基于整数延迟的路径模型，但研究人员已将其扩展到更一般的基于抽头的信道模型，考虑到不同路径的延迟可能是分数值。这种扩展有助于更加准确地模拟现实通信中的信道环境。
• DAM与OFDM的结合：在某些情况下，尽管DAM能有效减少延迟扩展，仍然可能存在一定的符号间干扰。为了进一步减少这种干扰，DAM与正交频分复用（OFDM）技术结合，提出了DAM-OFDM方案。这不仅能够减少OFDM的循环前缀长度（CP），还可以降低传统OFDM面临的高峰均功率比（PAPR）问题。
• 在高频通信中的应用：DAM在毫米波和太赫兹通信中尤为重要，因为这些频段通常面临更严重的多路径效应，DAM技术可以显著提高这些系统的可靠性和效率。

1.4 DAM 的挑战与改进

1. 信道估计的复杂性：尽管DAM可以减少符号间干扰，但信道估计仍然是一个关键问题，尤其是在复杂的无线环境中。传统的信道估计方法可能在高频段下无法满足需求，因此研究者提出了基于码本的波束对齐方法来简化信道估计过程。
2. 硬件实现的挑战：虽然DAM可以显著降低系统的复杂性和硬件要求，但完全数字波束成形仍然需要大量的射频链路，这可能导致硬件成本和功耗增加。因此，混合模拟/数字波束成形被提出作为一种有效的解决方案，减少所需射频链路的数量，并降低功耗。
3. 多用户环境中的应用：在多用户通信环境中，DAM如何在多用户之间共享资源，尤其是在智能反射面（IRS）辅助的系统中，仍然是一个值得进一步研究的问题。

1.5 总结

  延迟对齐调制（DAM）是一种创新的技术，能够有效消除多路径环境下的符号间干扰，提升通信系统的性能。通过延迟预补偿和路径基波束成形，DAM能够利用大规模天线阵列的空间分辨率，优化多路径信号的接收并提升信号质量。在未来的研究中，DAM与混合波束成形、OFDM技术以及其他先进的无线技术的结合，可能为毫米波和太赫兹通信提供更高效的解决方案。
不同类型的卫星具有不同的轨道高度和速度。以下是LEO、MEO、GEO和GSO等卫星的移动速度大致排序和各自的速度范围：

二、LEO MEO GEO GSO等各种卫星的移动速度

2.1 低轨卫星（LEO，Low Earth Orbit）

• 轨道高度*：约160公里至2,000公里
• 速度范围：大约7.6 km/s 到 8.0 km/s（速度较快，约28,000 km/h）
• 描述：LEO卫星的轨道高度较低，因而速度较快。卫星在轨道上移动一圈的时间通常在90分钟左右。由于其较快的速度，LEO卫星会快速改变相对位置，导致较强的多普勒效应。

2.2 中轨卫星（MEO，Medium Earth Orbit）

• 轨道高度：大约2,000公里至35,786公里
• 速度范围：大约3.0 km/s 到 4.0 km/s（速度较慢，约10,800 km/h 至 14,400 km/h）
• 描述：MEO卫星的速度比LEO慢，但仍然相对较快。MEO卫星的典型应用包括导航卫星系统（如GPS、GLONASS、Galileo等）。它们的周期通常在几小时到12小时之间。

2.3 静止轨道卫星（GEO，Geostationary Earth Orbit）

• 轨道高度：大约35,786公里
• 速度范围：大约3.1 km/s（速度较慢，约11,160 km/h）
• 描述：GEO卫星的特点是与地球自转同步，因此始终保持固定的相对位置。由于其与地球自转的同步，它们的速度相对较慢。GEO卫星的轨道非常高，因此其速度比LEO和MEO卫星慢，但由于其相对静止的特性，它们在通信和气象监测等方面非常有用。

2.4 地球同步轨道卫星（GSO，Geosynchronous Orbit）

• 轨道高度：大约35,786公里（与GEO相同）
• 速度范围：与GEO相同，大约3.1 km/s（约11,160 km/h）
• 描述：GSO卫星与GEO卫星的轨道高度相同，差别在于，GSO卫星并不一定与地球自转完全同步。它们的轨道倾斜角度可能使得卫星的轨道呈现出“摆动”形式，而不是静止在某一固定位置。尽管它们的轨道高度和速度与GEO卫星类似，但其轨迹更为复杂。

2.5 总结排序（速度从快到慢）：

1. LEO（低轨卫星）：7.6 km/s - 8.0 km/s
2. MEO（中轨卫星）：3.0 km/s - 4.0 km/s
3. GEO（静止轨道卫星）和GSO（地球同步轨道卫星）：大约3.1 km/s