瞄準(zhǔn)天地一體化：衛(wèi)星通信與5G的融合探索

11月26日消息（劉定洲）5G在今年已經(jīng)正式商用。幾乎在5G推進(jìn)商用的同期，衛(wèi)星通信行業(yè)取得了重要突破，從國(guó)外“硅谷鋼鐵俠”馬斯克雄心勃勃的“StarLink星鏈計(jì)劃”，到國(guó)內(nèi)的天通衛(wèi)星商用、鴻雁計(jì)劃、虹云計(jì)劃亮相，衛(wèi)星通信甚至開始切入寬帶移動(dòng)通信。

那么，衛(wèi)星通信和5G之間，會(huì)有哪些聯(lián)系？是否有天地一體化的可能？日前知乎聯(lián)合北京郵電大學(xué)舉辦的“科技共振之5G+”主題論壇上，北京空間信息中繼傳輸技術(shù)研究中心工程師郭浩然發(fā)表演講，暢談了衛(wèi)星通信的發(fā)展現(xiàn)狀，以及與5G的融合進(jìn)展。

衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)最新進(jìn)展

郭浩然介紹，我國(guó)衛(wèi)星通信事業(yè)始于1975年的“331”工程，并于1983年11月29日在北京完成了衛(wèi)星通信地球站的設(shè)備驗(yàn)收交付工作，1984年，“東方紅二號(hào)”通信衛(wèi)星發(fā)射成功，并撥通了首個(gè)衛(wèi)星電話。到2019年，該中心管理著中星22/22A、中星1A/1B、中星20/20A、中星16、天鏈一號(hào)01/02/03/04、天鏈二號(hào)01、天通一號(hào)01等多顆同步通信衛(wèi)星。

相比5G等地面移動(dòng)通信技術(shù)，衛(wèi)星通信的最大優(yōu)勢(shì)是無(wú)視地形地貌和距離的無(wú)死角廣域覆蓋，劣勢(shì)是終端和資費(fèi)都很昂貴。從歷史看，早在1994年的2G時(shí)代，Inmarsat就推出了海事衛(wèi)星電話，并成為全球商業(yè)運(yùn)營(yíng)最成功的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)則自主研發(fā)了天通系統(tǒng)，并在2016年天通一號(hào)01發(fā)射入軌，2018年開啟商用化，由中國(guó)電信集團(tuán)衛(wèi)通公司提供商用服務(wù)。（詳見C114此前報(bào)道：崛起中的衛(wèi)星通信：詳解各類應(yīng)急通信衛(wèi)星業(yè)務(wù)）

上述主要是同步衛(wèi)星系統(tǒng)，盡管覆蓋能力超強(qiáng)，但只能傳輸?shù)退俾蕯?shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在寬帶傳輸方面，先行者是摩托羅拉公司1998年推出的銥星計(jì)劃，由77顆低軌衛(wèi)星組網(wǎng)，提供全球個(gè)人移動(dòng)通信服務(wù)。但該計(jì)劃太超前，在2000年破產(chǎn)。

馬斯克旗下太空探索技術(shù)公司推出的StarLink星鏈計(jì)劃，更進(jìn)一步，計(jì)劃發(fā)射42000顆高中低軌衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球組網(wǎng)，并計(jì)劃在2020年前發(fā)射12000顆，配套建設(shè)100萬(wàn)個(gè)接入型地面站和6個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)站。其中第一階段將有4425顆衛(wèi)星被發(fā)射到距地面1110km至1325km低軌道，形成對(duì)全球的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋。而剩余的7518顆衛(wèi)星將發(fā)送到距地面335km至346km的低軌，這部分衛(wèi)星主要用來(lái)為人口稠密地區(qū)提供足夠的帶寬和保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡脱訒r(shí)。目前，太空探索技術(shù)公司已經(jīng)完成3批次的“一箭60星”發(fā)射。

國(guó)內(nèi)方面，中國(guó)航天科技集團(tuán)推出的“鴻雁”星座，計(jì)劃到2025年部署320顆衛(wèi)星，提供面向全球的各類移動(dòng)通信服務(wù)。航天科工集團(tuán)的“虹云”星座，計(jì)劃部署156顆衛(wèi)星在1000公里高度，計(jì)劃2022年完成，提供面向全球的寬帶移動(dòng)通信服務(wù)。

郭浩然介紹，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的共同特征有六點(diǎn)：其一，多采用中低軌道，傳輸延遲低，可以和地面的光纖相當(dāng)；其二，采用眾多微小衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)大范圍覆蓋；其三，衛(wèi)星研發(fā)、迭代周期短，成本低廉；其四，多采用Ka/Ku頻段，系統(tǒng)容量大。舉例子，OneWeb公司的單星容量5.8Gbps，系統(tǒng)總?cè)萘砍?1Tbps；其五，終端變得小型化、智能化；其六，聚焦寬帶移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

衛(wèi)星通信與5G的融合

5G要實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)的愿景，衛(wèi)星通信是其中重要一環(huán)。早在3GPP R14，業(yè)界就對(duì)衛(wèi)星在5G系統(tǒng)中的角色和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了探討，認(rèn)為作為5G多種接入技術(shù)之一，衛(wèi)星在一些要求廣域覆蓋的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景中具有顯著優(yōu)勢(shì)。

TS22.822中，定義了在5G中使用衛(wèi)星接入的三大類別，分別是連續(xù)服務(wù)、泛在服務(wù)和擴(kuò)展服務(wù)，并討論了衛(wèi)星終端特性的建立、配置和維護(hù)，以及衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)的跨協(xié)議漫游和通信切換等問題。2017年3GPP SA1工作組也對(duì)衛(wèi)星接入網(wǎng)協(xié)議及架構(gòu)進(jìn)行了評(píng)估，并計(jì)劃進(jìn)一步開展基于5G的接入研究。

5G標(biāo)準(zhǔn)明年發(fā)布的最新版本R16，NTN應(yīng)用場(chǎng)景包括8個(gè)增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶和2個(gè)大規(guī)模機(jī)器通信場(chǎng)景。借助衛(wèi)星通信的廣域覆蓋能力，可以提供5G業(yè)務(wù)的連續(xù)性，尤其在應(yīng)急、海事、航空通信及鐵路沿線通信中發(fā)揮作用。

從國(guó)外看，2017年6月，英國(guó)電信、空客防務(wù)與航空公司等16家企業(yè)和機(jī)構(gòu)聯(lián)合成立了SaT5G聯(lián)盟，計(jì)劃在30個(gè)月內(nèi)完成衛(wèi)星通信與5G無(wú)縫集成的方案，并在2018年歐洲網(wǎng)絡(luò)與通信會(huì)議上，5家成員單位現(xiàn)場(chǎng)演示了衛(wèi)星與3GPP架構(gòu)的融合。

國(guó)內(nèi)來(lái)看，中國(guó)衛(wèi)通基于高通量衛(wèi)星中星16，在本月完成了衛(wèi)星傳輸5G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的融合測(cè)試，利用高通量衛(wèi)星的便攜站與5G網(wǎng)絡(luò)搭建衛(wèi)星基站回程試驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于星地鏈路的5G基站與核心網(wǎng)信息傳輸。

郭浩然說(shuō)，當(dāng)前業(yè)界深刻認(rèn)識(shí)到，星地系統(tǒng)由競(jìng)爭(zhēng)走向合作，衛(wèi)星系統(tǒng)以提供回程服務(wù)、基站拉遠(yuǎn)等方式成為地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、合作共贏，這才是衛(wèi)星通信與5G的最佳邂逅方式。

基于這種形式組網(wǎng)的天地一體化網(wǎng)絡(luò)，將具備泛在覆蓋、降低地面網(wǎng)絡(luò)依賴、提高網(wǎng)絡(luò)彈性等特點(diǎn)。用戶將能夠在任意時(shí)間、地點(diǎn)透明地享受來(lái)自于地面網(wǎng)絡(luò)/天基網(wǎng)絡(luò)的融合服務(wù)。“不過(guò)，融合的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是什么，還未定論，有待進(jìn)一步研究。” 郭浩然表示。

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