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    當(dāng)下與未來?中國電科54所肖永偉詳解衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與手機(jī)直連衛(wèi)星發(fā)展

    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(tuán)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(jī)直連衛(wèi)星”的主題演講。

    肖永偉在發(fā)言中,詳細(xì)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(jìn)路徑;同時重點(diǎn)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(diǎn),以及手機(jī)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(jì)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(shí)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(yuǎn),通信基本不受本區(qū)域地理?xiàng)l件限制,特別適合海洋、無人區(qū)、森林、草原等面大、點(diǎn)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(yuǎn)地區(qū),且無人區(qū)、遠(yuǎn)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(jī)、飛機(jī)等空中設(shè)備存在越來越多的連接需求。“在6G時代,要實(shí)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(diǎn)是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。肖永偉認(rèn)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(shí)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(jī)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M(fèi)Hz量級,業(yè)務(wù)速率可達(dá)數(shù)百M(fèi)bps,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(dá)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(jī)直連衛(wèi)星發(fā)展;同時體制發(fā)展也在演進(jìn),正在走天地融合道路。

    低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)兩大特點(diǎn):星座規(guī)模巨大 星間組網(wǎng)

    接下來,肖永偉重點(diǎn)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(diǎn)?他認(rèn)為主要有兩點(diǎn):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(diǎn)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(shí)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(yùn)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(diǎn)星間組網(wǎng),是提高星座衛(wèi)星資源利用率、實(shí)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?xiàng)l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(jī)直連衛(wèi)星大有可為

    去年,華為Mate60 Pro的發(fā)布徹底點(diǎn)燃了國內(nèi)“手機(jī)直連衛(wèi)星”的概念,隨著產(chǎn)業(yè)鏈快速推進(jìn),目前“手機(jī)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(jī)直連衛(wèi)星?肖永偉指出,它是基于手機(jī)與衛(wèi)星直接進(jìn)行信號傳輸并實(shí)現(xiàn)通信的一種衛(wèi)星通信方式或系統(tǒng)。其實(shí)在“手機(jī)直連”這個名稱出現(xiàn)之前相關(guān)系統(tǒng)已經(jīng)支持手機(jī),但當(dāng)時的衛(wèi)星手機(jī)僅支持低速業(yè)務(wù),寬帶上網(wǎng)基本不行,相對智能手機(jī),衛(wèi)星手機(jī)比較笨重。當(dāng)下火熱的手機(jī)直連衛(wèi)星最大變化是“手機(jī)”的變化,即從小眾的專用衛(wèi)星手機(jī)變成了大眾應(yīng)用的智能手機(jī),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(jī)內(nèi)嵌衛(wèi)星通信功能,除地面移動通信外,也可按需進(jìn)行衛(wèi)星通信。

    “目前具備手機(jī)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(jī)用戶使用習(xí)慣,衛(wèi)星手機(jī)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(qiáng)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(jī)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(shí)現(xiàn),手機(jī)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(jī)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(fèi)類手機(jī)產(chǎn)品最好的途徑。”

    NSR曾做評估,到2030年,手機(jī)直連衛(wèi)星用戶將超過3.5億人,手機(jī)直連衛(wèi)星是“衛(wèi)星通信歷史上最大的機(jī)會”,未來10年累計(jì)收入將會超過非靜止軌道(NGSO)的寬帶通信。

    手機(jī)直連衛(wèi)星:三大技術(shù)路線四大發(fā)展趨勢

    手機(jī)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(jìn)入該領(lǐng)域。

    綜合來看,目前手機(jī)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(jī)綜合集成實(shí)現(xiàn)手機(jī)直連衛(wèi)星應(yīng)用。在手機(jī)嵌入專用被形或?qū)S眯酒?,提供手機(jī)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(jī)直連衛(wèi)星與地面網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展。特點(diǎn)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(yùn)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(dá)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(zhǔn)化的問題,實(shí)現(xiàn)全球不同網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(jī)直連衛(wèi)星的5G標(biāo)準(zhǔn)R17;針對衛(wèi)星信道特點(diǎn),2024年6月,3GPP宣布R18正式凍結(jié),NTN技術(shù)得到顯著增強(qiáng)。

    對于未來發(fā)展,肖永偉認(rèn)為,將會呈現(xiàn)四大發(fā)展趨勢:一是寬帶手機(jī)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(jī)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(jī)直連衛(wèi)星通信體制標(biāo)準(zhǔn)很大可能統(tǒng)一到 3GPP NTN,四是手機(jī)直連衛(wèi)星進(jìn)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(jī)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)模化、天地融合的衛(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(jī)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(shí)現(xiàn)突破。

    包括GEO衛(wèi)星大口徑可展開天線(面向能力更強(qiáng)的HTS衛(wèi)星)、星載可展開超大陣面天線(面向新一代手機(jī)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(kuò)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(yùn)行的智能化管控技術(shù)等等。

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    2024-11-29
    當(dāng)下與未來?中國電科54所肖永偉詳解衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與手機(jī)直連衛(wèi)星發(fā)展
    當(dāng)下與未來?中國電科54所肖永偉詳解衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與手機(jī)直連衛(wèi)星發(fā)展,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

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