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危樓高百尺，手可摘星辰。自古以來人們就對(duì)星空充滿了想象。經(jīng)過千余年科技的發(fā)展，“摘星辰”的夢(mèng)想雖然依舊遙遠(yuǎn)，但是天地一體的通信卻變成了現(xiàn)實(shí)。
在業(yè)務(wù)需求和技術(shù)發(fā)展的雙重驅(qū)動(dòng)下，衛(wèi)星通信、空間通信與地面通信相互融合，一體化發(fā)展的思路被廣泛關(guān)注。衛(wèi)星通信與地面通信融合發(fā)展將極大地提升人類在極端環(huán)境下的通信能力，為人們的生命財(cái)產(chǎn)安全保駕護(hù)航。
衛(wèi)星通信是未來網(wǎng)絡(luò)的必然演進(jìn)方向
近些年，地面蜂窩通信技術(shù)蓬勃發(fā)展，從4G改變生活，到5G改變社會(huì)，地面移動(dòng)通信發(fā)展取得豐碩成果。但受限于建設(shè)難度和建設(shè)成本，全球仍有25%的人口（約20億人）未接入互聯(lián)網(wǎng)，仍有80%的陸地和95%以上的海洋未被移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋，尤其是沙漠、山地、海洋等區(qū)域，地面蜂窩通信覆蓋難度大、成本高。
衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍廣、不受地理環(huán)境限制等優(yōu)點(diǎn)，可在偏遠(yuǎn)地區(qū)對(duì)地面蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)充。我國(guó)領(lǐng)土、領(lǐng)海面積廣闊，地理環(huán)境復(fù)雜，在偏遠(yuǎn)山區(qū)、沙漠、海洋等區(qū)域建設(shè)基站成本過高；而衛(wèi)星通信能夠作為地面通信的有效延伸，提供全天候的通信服務(wù)，滿足人們的信息交互需求。除滿足日常的通信需求外，衛(wèi)星通信還能為緊急救援提供通信支持，即便在地面通信設(shè)施被破壞或中斷的情況下，也能及時(shí)提供有效的通信手段。
衛(wèi)星通信是未來網(wǎng)絡(luò)的必然演進(jìn)方向，發(fā)展衛(wèi)星通信能夠促進(jìn)天地一體、萬物互聯(lián)。據(jù)工信部統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已建成全球規(guī)模最大、技術(shù)領(lǐng)先的5G網(wǎng)絡(luò)。然而，發(fā)展衛(wèi)星通信依然迫在眉睫。無論是軌道資源還是頻譜資源，在ITU“先到先得”的規(guī)則下，我國(guó)需要迅速搶占衛(wèi)星資源。與此同時(shí)，新一代衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)正在由窄帶話音向寬帶話音及數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展，從管道服務(wù)向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)，加速了我國(guó)布局衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的步伐。
今年我國(guó)產(chǎn)業(yè)界也在探索衛(wèi)星通信的大眾消費(fèi)場(chǎng)景方面做出了有益的嘗試?！伴L(zhǎng)期以來衛(wèi)星通信領(lǐng)域發(fā)展最大的瓶頸是用戶太少，很多星座發(fā)展了幾十年，也無非是百萬級(jí)的用戶，最多的也就千萬級(jí)的用戶。”NI亞太區(qū)商業(yè)航天業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人劉金龍對(duì)記者講道，沒有用戶和使用場(chǎng)景，就沒有動(dòng)力迭代技術(shù)。今年華為給大眾普及了手機(jī)直連功能，雖然是短報(bào)文和語音功能，但實(shí)質(zhì)性地走進(jìn)了大眾消費(fèi)領(lǐng)域，可能使用戶市場(chǎng)出現(xiàn)數(shù)量級(jí)的飛躍，這就有了無限的想象空間，為技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了強(qiáng)大的支撐。
手機(jī)直連是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)拓展大眾市場(chǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，據(jù)美國(guó)北方天空研究所2022年預(yù)計(jì)，未來10年手機(jī)直連市場(chǎng)規(guī)模約為668億美元。衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)還具有廣闊的市場(chǎng)空間，據(jù)ABI Research宣稱，到2024年將有2400萬個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過衛(wèi)星連接。麥肯錫公司預(yù)測(cè)，天基物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)值在2025年可達(dá)5600億至8500億美元。
“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈涉及諸多領(lǐng)域，對(duì)于上游產(chǎn)業(yè)鏈來說，將帶動(dòng)低成本相控陣芯片等原材料、電子元器件發(fā)展；對(duì)于中游產(chǎn)業(yè)鏈而言，將促進(jìn)大規(guī)模、低成本的衛(wèi)星制造和衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)發(fā)展，改變傳統(tǒng)航天產(chǎn)業(yè)模式；對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈下游來說，將大大促進(jìn)應(yīng)急、海洋、無人駕駛等垂直行業(yè)的信息化發(fā)展?！?strong>廣州愛浦路網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司衛(wèi)星與6G事業(yè)部總經(jīng)理連全斌博士講道。
5G NTN即將迎來產(chǎn)業(yè)爆發(fā)期
5G NTN(non-terrestrial network，非地面網(wǎng)絡(luò))標(biāo)準(zhǔn)總體演進(jìn)趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)融合，構(gòu)建天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)。通過NTN技術(shù)能夠?qū)⒌孛婊九c衛(wèi)星結(jié)合起來，并完全融合在一起，這帶來了巨大的想象空間，也打通了5G和衛(wèi)星通信原本兩個(gè)完全獨(dú)立發(fā)展技術(shù)間的壁壘。
3GPP在制定5G R15標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就提出了NTN概念并開展了NTN研究項(xiàng)目，定義了NTN部署場(chǎng)景和相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)，確定了需進(jìn)一步評(píng)估的關(guān)鍵領(lǐng)域。R16標(biāo)準(zhǔn)研究并確定了NR支持NTN應(yīng)用的基礎(chǔ)功能，同時(shí)對(duì)3GPP技術(shù)規(guī)范組RAN的研究?jī)?nèi)容給出了具體建議。R17啟動(dòng)了NTN物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景研究，并于2022年6月凍結(jié)。目前，R18正在開展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)NTN增強(qiáng)管理和適用于NR的NTN網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步研究。相關(guān)企業(yè)也基于5G NTN開展了全方位的研發(fā)和測(cè)試工作。
隨著5G NTN關(guān)鍵技術(shù)突破、3GPP標(biāo)準(zhǔn)完善以及國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展壯大，未來幾年5G NTN產(chǎn)業(yè)將迎來爆發(fā)式發(fā)展。未來5G NTN將朝著星地協(xié)同的方向發(fā)展，提供無感知一致服務(wù)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與地面通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)融合、空口融合、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)融合、管理融合、頻率融合、平臺(tái)融合和終端融合。地面網(wǎng)絡(luò)與非地面網(wǎng)絡(luò)也將融合為一張網(wǎng)，形成具有大時(shí)空尺度的多層異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)。星地融合，未來可期。
星地融合通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)星地立體通信網(wǎng)絡(luò)。面對(duì)衛(wèi)星通信鏈路時(shí)延長(zhǎng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>高速動(dòng)態(tài)變化等技術(shù)挑戰(zhàn)，中信科移動(dòng)突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，研制出符合3GPP R17 NTN國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的原型設(shè)備以及整體解決方案。通過持續(xù)在軌測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)階段衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，取得了5G NTN技術(shù)的重大試驗(yàn)突破。
芯片是衛(wèi)星通信的重要環(huán)節(jié)，作為世界領(lǐng)先的平臺(tái)型芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，紫光展銳在5G NTN標(biāo)準(zhǔn)化研究、業(yè)務(wù)驗(yàn)證和產(chǎn)品開發(fā)上持續(xù)發(fā)力。截至今年初，紫光展銳已完成全球首次L頻段、S頻段5G NTN技術(shù)上星驗(yàn)證。紫光展銳發(fā)布的首款5G NTN衛(wèi)星通信芯片V8821，其單芯片平臺(tái)上集成了基帶、射頻、電源管理、存儲(chǔ)等通信設(shè)備常用功能。這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)所帶來的功耗低、面積小以及可靠性高等特性，使V8821能夠支持不同終端類型在各個(gè)垂直領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)持續(xù)暢通的連接應(yīng)用。
空間融合信息網(wǎng)絡(luò)具有規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)高度動(dòng)態(tài)、異構(gòu)、鏈接不穩(wěn)定等特點(diǎn)，存在大量技術(shù)挑戰(zhàn)，因此在實(shí)施建設(shè)前，需要在半實(shí)物仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)上通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證測(cè)試網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、性能、技術(shù)難點(diǎn)、兼容性等。
NI提供通用的自動(dòng)化測(cè)試、測(cè)量和分析解決方案，開放的軟件平臺(tái)和模塊化的硬件以及在測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域軟件定義的理念，廣泛應(yīng)用在電子類的工業(yè)領(lǐng)域，包括通信和衛(wèi)星，并在本地形成了基于NI平臺(tái)開發(fā)的技術(shù)生態(tài)。基于NI軟件無線電平臺(tái)，可以模擬信關(guān)站、星地信道、用戶終端等，支持驗(yàn)證衛(wèi)星、飛機(jī)、高空平臺(tái)等網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)接入，以及物理資源高效調(diào)度等物理層解決方案；為相關(guān)上層實(shí)驗(yàn)提供參數(shù)、要素的支撐，并將相關(guān)技術(shù)納入仿真平臺(tái)，開展集成演示驗(yàn)證；支撐預(yù)研類科研項(xiàng)目，如5G NR通信體制在NTN網(wǎng)絡(luò)中的性能、星載相控陣天線數(shù)字波束成形預(yù)編碼算法驗(yàn)證等。
愛浦路一直專注于移動(dòng)核心網(wǎng)的技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)，重點(diǎn)布局5G NTN核心網(wǎng)（包括地基衛(wèi)星核心網(wǎng)、星載輕量化衛(wèi)星核心網(wǎng)）和天地一體化網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)的研發(fā)工作。愛浦路早在2019年就開始了衛(wèi)星核心網(wǎng)的研發(fā)工作，先后為多個(gè)商業(yè)航天項(xiàng)目提供衛(wèi)星核心網(wǎng)產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)率先開發(fā)出星載UPF網(wǎng)元。目前星載UPF網(wǎng)元已經(jīng)在地面完成與衛(wèi)星的聯(lián)調(diào)測(cè)試，即將開展在軌衛(wèi)星測(cè)試。
針對(duì)我國(guó)在天地一體化網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的軟件仿真需求，愛浦路開發(fā)出了業(yè)界首個(gè)能實(shí)現(xiàn)對(duì)天地一體化網(wǎng)絡(luò)端到端系統(tǒng)建模仿真的軟件平臺(tái)，該平臺(tái)將衛(wèi)星星座仿真（以STK軟件為代表）和網(wǎng)絡(luò)仿真（以O(shè)PNET軟件為代表）功能無縫融合，可實(shí)現(xiàn)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)端到端全景模擬仿真。除了軟件虛擬仿真功能外，平臺(tái)還具備接入實(shí)體基站、終端等實(shí)物設(shè)備能力，可根據(jù)不同場(chǎng)景的需要構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的天地一體化網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生仿真系統(tǒng)。
*本文刊載于《通信世界》總第931期 2023年11月10日 第21期
原文標(biāo)題:《星地融合，未來可期》
作者：程琳琳
責(zé)編/版式：蓋貝貝
審核：舒文瓊
監(jiān)制：劉啟誠(chéng)
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