衛(wèi)星通信與5G的融合發(fā)展探討

5G在今年已經(jīng)正式商用。幾乎在5G推進商用的同期，衛(wèi)星通信行業(yè)取得了重要突破，從國外“硅谷鋼鐵俠”馬斯克雄心勃勃的“StarLink星鏈計劃”，到國內(nèi)的天通衛(wèi)星商用、鴻雁計劃、虹云計劃亮相，衛(wèi)星通信甚至開始切入寬帶移動通信。

那么，衛(wèi)星通信和5G之間，會有哪些聯(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的融合進展。

衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)最新進展

郭浩然介紹，我國衛(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)備驗收交付工作，1984年，“東方紅二號”通信衛(wèi)星發(fā)射成功，并撥通了首個衛(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01/02/03/04、天鏈二號01、天通一號01等多顆同步通信衛(wèi)星。

相比5G等地面移動通信技術(shù)，衛(wèi)星通信的最大優(yōu)勢是無視地形地貌和距離的無死角廣域覆蓋，劣勢是終端和資費都很昂貴。從歷史看，早在1994年的2G時代，Inmarsat就推出了海事衛(wèi)星電話，并成為全球商業(yè)運營最成功的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。國內(nèi)則自主研發(fā)了天通系統(tǒng)，并在2016年天通一號01發(fā)射入軌，2018年開啟商用化，由中國電信集團衛(wèi)通公司提供商用服務(wù)。（詳見C114此前報道：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，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年推出的銥星計劃，由77顆低軌衛(wèi)星組網(wǎng)，提供全球個人移動通信服務(wù)。但該計劃太超前，在2000年破產(chǎn)。

馬斯克旗下太空探索技術(shù)公司推出的StarLink星鏈計劃，更進一步，計劃發(fā)射42000顆高中低軌衛(wèi)星實現(xiàn)全球組網(wǎng)，并計劃在2020年前發(fā)射12000顆，配套建設(shè)100萬個接入型地面站和6個衛(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，形成對全球的無線網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋。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。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。

國內(nèi)方面，中國航天科技集團推出的“鴻雁”星座，計劃到2025年部署320顆衛(wèi)星，提供面向全球的各類移動通信服務(wù)。航天科工集團的“虹云”星座，計劃部署156顆衛(wèi)星在1000公里高度，計劃2022年完成，提供面向全球的寬帶移動通信服務(wù)。

郭浩然介紹，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的共同特征有六點：其一，多采用中低軌道，傳輸延遲低，可以和地面的光纖相當；其二，采用眾多微小衛(wèi)星實現(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，聚焦寬帶移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

衛(wèi)星通信與5G的融合

5G要實現(xiàn)萬物互聯(lián)的愿景，衛(wèi)星通信是其中重要一環(huán)。早在3GPP?R14，業(yè)界就對衛(wèi)星在5G系統(tǒng)中的角色和優(yōu)勢進行了探討，認為作為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)用場景中具有顯著優(yōu)勢。

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)和擴展服務(wù)，并討論了衛(wèi)星終端特性的建立、配置和維護，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工作組也對衛(wèi)星接入網(wǎng)協(xié)議及架構(gòu)進行了評估，并計劃進一步開展基于5G的接入研究。

5G標準明年發(fā)布的最新版本R16，NTN應(yīng)用場景包括8個增強型移動寬帶和2個大規(guī)模機器通信場景。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。

從國外看，2017年6月，英國電信、空客防務(wù)與航空公司等16家企業(yè)和機構(gòu)聯(lián)合成立了SaT5G聯(lián)盟，計劃在30個月內(nèi)完成衛(wèi)星通信與5G無縫集成的方案，并在2018年歐洲網(wǎng)絡(luò)與通信會議上，5家成員單位現(xiàn)場演示了衛(wèi)星與3GPP架構(gòu)的融合。

國內(nèi)來看，中國衛(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)星基站回程試驗系統(tǒng)，實現(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，當前業(yè)界深刻認識到，星地系統(tǒng)由競爭走向合作，衛(wèi)星系統(tǒng)以提供回程服務(wù)、基站拉遠等方式成為地面移動通信網(wǎng)絡(luò)的補充，優(yōu)勢互補、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。用戶將能夠在任意時間、地點透明地享受來自于地面網(wǎng)絡(luò)/天基網(wǎng)絡(luò)的融合服務(wù)?！安贿^，融合的技術(shù)標準是什么，還未定論，有待進一步研究?！?br />