C114訊 11月29日消息（趙婷婷）日前，“5G-Advanced網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研討會”在北京召開。會上，中國電子科技集團公司第54所副總工肖永偉發(fā)表題為“展望衛(wèi)星通信發(fā)展 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與手機直連衛(wèi)星”的主題演講。
肖永偉在發(fā)言中，詳細闡述了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)概念內(nèi)涵、業(yè)務(wù)特征、技術(shù)分類與演進路徑；同時重點介紹了高速發(fā)展的高帶寬低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的特點，以及手機直連衛(wèi)星的關(guān)鍵技術(shù)、當(dāng)前三個技術(shù)路線發(fā)展概況、發(fā)展趨勢判斷，最后提出要解決頻率、架構(gòu)、設(shè)計以及接入等關(guān)鍵問題，并且要在工程可直接應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)突破。
“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”：支持互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)
肖永偉指出，衛(wèi)星一般距離地面300km以上，站得高、看得遠，通信基本不受本區(qū)域地理條件限制，特別適合海洋、無人區(qū)、森林、草原等面大、點稀場景下的通信。
面向6G時代，衛(wèi)星通信有著更高需求。目前全球仍有超過30億人沒有互聯(lián)網(wǎng)接入，其中大多數(shù)人在農(nóng)村和偏遠地區(qū)，且無人區(qū)、遠洋海域的通信需求，無法通過部署地面網(wǎng)絡(luò)來滿足，無人機、飛機等空中設(shè)備存在越來越多的連接需求。“在6G時代，要實現(xiàn)空天地一體化全球無縫覆蓋，滿足隨時隨地安全可靠的連接需求，衛(wèi)星通信是最有效的手段。”
衛(wèi)星通信領(lǐng)域目前的熱點是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。肖永偉認為，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是衛(wèi)星通信和互聯(lián)網(wǎng)融合的產(chǎn)物，是互聯(lián)網(wǎng)（包括技術(shù)、平臺、商業(yè)模式和應(yīng)用）與衛(wèi)星通信技術(shù)結(jié)合并實踐的總稱，是基于衛(wèi)星通信方式獲取業(yè)務(wù)和服務(wù)的信息傳播方式。
狹義的“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”即支持互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。包括高中低軌寬帶衛(wèi)星通信VSAT、GEO HTS、MEO HTS、LEO巨型星座等；還有高低軌衛(wèi)星移動通信，傳統(tǒng)衛(wèi)星移動系統(tǒng)有Inmarsat、Thuraya、lridium，國內(nèi)的天通一號，以及手機直連衛(wèi)星Starink、AST等。我們常說的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)主要指工作在Ku、Ka頻段的LEO寬帶衛(wèi)星通信，則是更狹義的概念。例如，Starlink、Oneweb、Kuiper、G60等低軌星座系統(tǒng)。
寬帶衛(wèi)星通信工作頻段頻率比較高，Ku、Ka等，信號帶寬從MHz到百MHz量級，業(yè)務(wù)速率可達數(shù)百Mbps，支持多媒體；衛(wèi)星移動通信頻率比較低，基本在2GHz及2GHz以下，如VHF、UHF、L、S等；信號帶寬從kHz到MHz量級，業(yè)務(wù)速率從幾Kbps到幾十Kbps，可達Mbps。
而對于衛(wèi)星通信發(fā)展的總體趨勢，肖永偉指出，高頻段寬帶衛(wèi)星通信，正在從傳統(tǒng)高中軌衛(wèi)星寬帶通信向低軌大規(guī)模星座系統(tǒng)為主轉(zhuǎn)變；低頻段衛(wèi)星移動通信，正在向天地融合的（低軌）手機直連衛(wèi)星發(fā)展；同時體制發(fā)展也在演進，正在走天地融合道路。
低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)兩大特點：星座規(guī)模巨大 星間組網(wǎng)
接下來，肖永偉重點介紹了低軌（寬帶）衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。
2015年以后，以O(shè)neweb、Starink為代表的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)加速發(fā)展，業(yè)務(wù)支持能力、應(yīng)用拓展速度均超過傳統(tǒng)高軌衛(wèi)星通信。Oneweb目前已完成636顆低軌寬帶通信星座建設(shè)，Starink已部署7000余顆低軌通信衛(wèi)星。那這些大規(guī)模星座有什么特點？他認為主要有兩點：一是星座規(guī)模巨大，二是星間組網(wǎng)。
具體來說，星座規(guī)模巨大，少則幾百顆，大則幾千顆，甚至上萬顆。首先是滿足全球覆蓋、全球服務(wù)的必須。究其原因，Ku頻段點波束窄，單星（500kg以下小衛(wèi)星）波束數(shù)量有限，單覆蓋區(qū)域小，且軌道更低，全球覆蓋需要更多的衛(wèi)星；其次是系統(tǒng)滿足干擾規(guī)避的必須，ITU要求NGSO已星網(wǎng)絡(luò)必須GSO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，更多衛(wèi)星，有利于規(guī)避方案的實施；再者是有利于提高地面終端的傳輸能力，在低軌衛(wèi)星運動過程中，地面終端發(fā)射和接收能力以及星地傳輸距離兩個約束條件都在變化，衛(wèi)星數(shù)量增加后，可有效降低兩個條件帶來的能力惡化，從而顯著提升地面終端的傳輸能力。
另外一個特點星間組網(wǎng)，是提高星座衛(wèi)星資源利用率、實現(xiàn)全球服務(wù)的關(guān)鍵。對于低軌星座系統(tǒng)，無星間鏈路，面向用戶主要依托地面關(guān)口站提供服務(wù)。全球部署關(guān)口站代價大，而且還受地理條件限制。星間組網(wǎng)后，可以為海洋、沙漠等隨時提供服務(wù)，不再受關(guān)口站部署的限制，提高了衛(wèi)星資源的利用率。
同時，星間組網(wǎng)還可極大降低端到端傳輸時延。用戶終端（UT）之間業(yè)務(wù)可以直接互聯(lián)互通，即TtoT，不用通過地面關(guān)口站交換和轉(zhuǎn)發(fā)。單星下，端到端傳輸時延可以控制在50ms以下。
6G時代最可行技術(shù)途徑：手機直連衛(wèi)星大有可為
去年，華為Mate60 Pro的發(fā)布徹底點燃了國內(nèi)“手機直連衛(wèi)星”的概念，隨著產(chǎn)業(yè)鏈快速推進，目前“手機直連衛(wèi)星”已經(jīng)成為衛(wèi)星通信領(lǐng)域一個快速發(fā)展的重要趨勢。
什么是手機直連衛(wèi)星？肖永偉指出，它是基于手機與衛(wèi)星直接進行信號傳輸并實現(xiàn)通信的一種衛(wèi)星通信方式或系統(tǒng)。其實在“手機直連”這個名稱出現(xiàn)之前相關(guān)系統(tǒng)已經(jīng)支持手機，但當(dāng)時的衛(wèi)星手機僅支持低速業(yè)務(wù)，寬帶上網(wǎng)基本不行，相對智能手機，衛(wèi)星手機比較笨重。當(dāng)下火熱的手機直連衛(wèi)星最大變化是“手機”的變化，即從小眾的專用衛(wèi)星手機變成了大眾應(yīng)用的智能手機，從原來的百萬量級小眾應(yīng)用到億量級大眾應(yīng)用。智能手機內(nèi)嵌衛(wèi)星通信功能，除地面移動通信外，也可按需進行衛(wèi)星通信。
“目前具備手機直連衛(wèi)星能力的系統(tǒng)均工作在L、S頻段，屬于衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)。”前文提到的lridium（LEO）、Thuraya（GEO）、Inmarsat-4（GEO）、天通一號等都屬于衛(wèi)星移動通信。
至于為什么？肖永偉指出，這與具體的信號特征，規(guī)則與應(yīng)用方式相關(guān)。為方便手機用戶使用習(xí)慣，衛(wèi)星手機或衛(wèi)星手持終端，一般配置寬波束天線甚至全向天線，好用的頻段主要是低頻段的L、S頻段。但Ku、Ka頻段的寬帶衛(wèi)星通信，如VSAT、HTS、低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等，要遵循無線電規(guī)則空間隔離的干擾規(guī)避要求，地面終端需要配置方向性強的窄波束天線，天線尺寸相對比較大，而且波束指向跟蹤需要精確的控制，目前在Ku、Ka頻段走手機直連衛(wèi)星的路線不太可行。
針對6G網(wǎng)絡(luò)全域覆蓋、終端普及的愿景目標(biāo)實現(xiàn)，手機直連衛(wèi)星是最為可行和不可替代的技術(shù)途徑。“目前來看，手機直連衛(wèi)星會給衛(wèi)星通信帶來大的發(fā)展，它是真正大眾用戶用得起的、適合大眾使用習(xí)慣的，也是使衛(wèi)星業(yè)務(wù)融入消費類手機產(chǎn)品最好的途徑。”
NSR曾做評估，到2030年，手機直連衛(wèi)星用戶將超過3.5億人，手機直連衛(wèi)星是“衛(wèi)星通信歷史上最大的機會”，未來10年累計收入將會超過非靜止軌道（NGSO）的寬帶通信。
手機直連衛(wèi)星：三大技術(shù)路線四大發(fā)展趨勢
手機直連衛(wèi)星巨大的市場潛力，吸引衛(wèi)星通信、地面移動通信的頭部企業(yè)紛紛進入該領(lǐng)域。
綜合來看，目前手機直連衛(wèi)星發(fā)展呈現(xiàn)三大技術(shù)路線。技術(shù)路線一是基于當(dāng)前在軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，通過手機綜合集成實現(xiàn)手機直連衛(wèi)星應(yīng)用。在手機嵌入專用被形或?qū)Ｓ眯酒�，提供手機直連衛(wèi)星服務(wù)，解決有無問題，例如短消息、低速話音，能力在Kbps量級。例如Globalstar與蘋果公司合作、中國電信與華為合作。
技術(shù)路線二基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新，推動手機直連衛(wèi)星與地面網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展。特點是星載超大天線、網(wǎng)絡(luò)側(cè)協(xié)議欺騙性修改、與地面移動通信網(wǎng)絡(luò)運營商合作，解決寬帶接入的問題，包括寬帶多媒體業(yè)務(wù)，能力可達Mbps量級。例如，AST SpaceMobile、Starlink。
技術(shù)路線三主要是3GPP在力推的NTN，解決體制標(biāo)準化的問題，實現(xiàn)全球不同網(wǎng)絡(luò)運營商之間互聯(lián)互通互操作。2017年，3GPP成立了NTN工作組；2022年，推出第一個支持手機直連衛(wèi)星的5G標(biāo)準R17；針對衛(wèi)星信道特點，2024年6月，3GPP宣布R18正式凍結(jié)，NTN技術(shù)得到顯著增強。
對于未來發(fā)展，肖永偉認為，將會呈現(xiàn)四大發(fā)展趨勢：一是寬帶手機直連衛(wèi)星將普遍采用星載多波束超大面積天線，二是寬帶手機直連衛(wèi)星系統(tǒng)的構(gòu)建將會以低軌星座為主，三是手機直連衛(wèi)星通信體制標(biāo)準很大可能統(tǒng)一到 3GPP NTN，四是手機直連衛(wèi)星進入大眾市場，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)廠商聯(lián)合是關(guān)鍵。
值得注意的是，面向支持寬帶業(yè)務(wù)的手機直連衛(wèi)星，需要解決有幾個關(guān)鍵的問題：天地一體頻率問題、NTN接入網(wǎng)架構(gòu)的選擇、隨遇接入問題、星載超大陣面多波束天線的問題。
演講最后，肖永偉總結(jié)，面向全球覆蓋、規(guī)�；⑻斓厝诤系男l(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，包括高低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、手機直連衛(wèi)星在內(nèi)，還需要在工程可直接應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)突破。
包括GEO衛(wèi)星大口徑可展開天線（面向能力更強的HTS衛(wèi)星）、星載可展開超大陣面天線（面向新一代手機直連衛(wèi)星）、星載密集波束數(shù)字成形技術(shù)（L、S向Ku、Ka擴展）、多波束高帶寬（幾百GHz到THz）星載數(shù)字化轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)、面向天地融合的NTN星載基站空口處理技術(shù)、面向大規(guī)模星座星間星地組網(wǎng)的可編程路由交換技術(shù)、星載密集波束資源的管理調(diào)度與優(yōu)化技術(shù)、支持大容量高可靠傳輸?shù)牡统杀拘情g激光通信終端技術(shù)、支持大規(guī)模星座穩(wěn)定運行的智能化管控技術(shù)等等。 
