中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
11月4日消息近年來(lái)，在國家政策加持下，我國衛星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)持續向好發(fā)展。在衛星互聯(lián)網(wǎng)國際標準、關(guān)鍵技術(shù)等方面取得了諸多成就，如星上處理、一箭多星、低軌星座等領(lǐng)域均實(shí)現了標志性技術(shù)突破，為產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展提供了堅實(shí)基礎。據中信證券預測，我國衛星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)有望迎來(lái)萬(wàn)億元市場(chǎng)規模。
作為地面移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)生態(tài)的引領(lǐng)者，我們?yōu)槭裁催€要高度關(guān)注衛星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展？應該如何構建多層次的星座體系，實(shí)現立體組網(wǎng)？面向6G時(shí)代的美好愿景，我們該如何實(shí)現星地協(xié)同發(fā)展？面對海外的行業(yè)先行者，我們又應該如何“跨越式發(fā)展“，實(shí)現跨越式發(fā)展？
帶著(zhù)這些問(wèn)題，C114采訪(fǎng)了中國信科集團副總經(jīng)理、總工程師、科技委主任，無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信全國重點(diǎn)實(shí)驗室主任、IEEE Fellow陳山枝博士。
構建全域立體網(wǎng)絡(luò )：衛星互聯(lián)網(wǎng)“時(shí)不我待”
陳山枝指出，衛星互聯(lián)網(wǎng)是衛星通信和移動(dòng)通信的結合，是以衛星為主要節點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò )，是要在衛星通信上進(jìn)行基于大帶寬移動(dòng)通信的升級，是真正解決全球全域互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的核心，可實(shí)現全球通信無(wú)縫覆蓋，為用戶(hù)帶來(lái)語(yǔ)音、數據、視頻等多種業(yè)務(wù)服務(wù)能力。
他類(lèi)比道，“地面移動(dòng)通信3G和4G，開(kāi)始了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代?，F有的衛星通信，大部分只提供話(huà)音業(yè)務(wù)和低速數據業(yè)務(wù)，相當于地面移動(dòng)通信的2G時(shí)代?！?/p>
至于為什么需要衛星互聯(lián)網(wǎng)，陳山枝指出，目前全球移動(dòng)用戶(hù)數已超過(guò)80億，估計服務(wù)的人口覆蓋率約為80%。但受制于技術(shù)和經(jīng)濟成本等因素，傳統的地面移動(dòng)通信系統，只覆蓋了約20%的陸地面積，小于6%的地表面積。
衛星互聯(lián)網(wǎng)具有廣覆蓋、抗自然災害能力強等特點(diǎn)。一方面可以解決地廣人稀下蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )部署成本高的問(wèn)題，另一方面可以解決海洋等地面網(wǎng)絡(luò )無(wú)法部署的特殊場(chǎng)景，使移動(dòng)通信從傳統的地面網(wǎng)絡(luò )拓展成全域立體網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現空天地海泛在通信；并且可有效彌補信息數字?zhù)櫆?，為國家為社?huì )提供更加穩定可靠的信息保障。
“衛星互聯(lián)網(wǎng)使得任何時(shí)間，任何地方都有信號覆蓋成為可能，真正做到‘時(shí)時(shí)在、處處在、人人通、物物通’。目前，基于3GPP R17 5G NTN (非地面網(wǎng)絡(luò ))標準，業(yè)界已論證5G NR NTN技術(shù)的可行性和系統的可用性，手機直連衛星成為行業(yè)的熱點(diǎn)，衛星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將進(jìn)一步擴展人類(lèi)活動(dòng)空間，在現在很多地面網(wǎng)絡(luò )無(wú)覆蓋或弱覆蓋的區域依然能夠享受到網(wǎng)絡(luò )服務(wù)?！?/p>
高低軌協(xié)同組網(wǎng)：打造多層次星座體系
與地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )分層組網(wǎng)的理念相似，衛星互聯(lián)網(wǎng)也同樣如此。陳山枝指出，根據軌道高度，衛星可以分為典型高度為500~2000km的低地球軌道（LEO）衛星、典型高度為8 000~20000km的中地球軌道（MEO）衛星和高度約35786km的對地靜止軌道（GEO）衛星等。
具體來(lái)說(shuō)，高軌道衛星具有覆蓋優(yōu)勢，單顆GEO衛星可覆蓋近1/3地球表面積。高軌衛星既可以作為用戶(hù)鏈路提供接入，也可以作為骨干鏈路為低軌衛星提供中繼服務(wù)。但是，由于距離地球距離比較遠，導致數據傳輸時(shí)延較大，單向在250ms左右。同時(shí)，對于衛星發(fā)射功率和星載天線(xiàn)面積要求都大，衛星更復雜、成本更高，終端也相對成本高。
低軌衛星主要指衛星部署在近地低軌道，衛星環(huán)繞地球運動(dòng)，一般需要成百上千數量的衛星才能構成全球服務(wù)能力。但相比之下，低軌衛星具有發(fā)射成本低、距離地面近、傳輸時(shí)延短、路徑損耗小、數據傳輸率高等優(yōu)點(diǎn)。有利于地面終端的小型化、低成本，能以更小的信號功率被低軌衛星接收。但由于低軌衛星相對于地表的移動(dòng)速度超過(guò)7km/s，一顆低軌衛星的可視時(shí)間約10min，而用戶(hù)在一個(gè)波束的駐留時(shí)間會(huì )更短，取決于波束的服務(wù)方式，在移動(dòng)波束情況下可能少于1min，導致發(fā)生波束切換和星間切換的頻度較高，其移動(dòng)性管理與控制更為復雜。
“高軌星座打底，低軌星座高質(zhì)量服務(wù)，兩者相輔相成，相互補充，構成多層次的衛星互聯(lián)網(wǎng)星座體系，共同構建空中立體網(wǎng)絡(luò )，共同為我國提供全方位的信息通信服務(wù)。目前這兩種衛星的發(fā)送，代表我國在衛星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域具備較強的技術(shù)競爭力?！?/p>
從5G兼容到6G融合：星地融合路徑清晰
衛星互聯(lián)網(wǎng)與當前的5G網(wǎng)絡(luò )，以及未來(lái)的6G網(wǎng)絡(luò )，到底是個(gè)什么關(guān)系？陳山枝指出，他在2018年就提出并倡導“5G體制兼容 6G系統融合”。目前的衛星互聯(lián)網(wǎng)（衛星通信網(wǎng)）與地面5G網(wǎng)絡(luò )是各自獨立組網(wǎng)和運營(yíng)，兩者之間通過(guò)互聯(lián)互通提供不同的服務(wù)能力，滿(mǎn)足不同的應用場(chǎng)景，互為補充。
“我們主張5G和衛星通信深度融合，實(shí)現基于5G技術(shù)體制的衛星互聯(lián)網(wǎng)系統，發(fā)揮我國5G的技術(shù)優(yōu)勢和成熟的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，借助5G的規模經(jīng)濟效應，快速推動(dòng)衛星互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)形成。同樣在以5G為基礎的條件下，推動(dòng)衛星通信體制和地面通信體制的融合，在標準體制的兼容下更易實(shí)現 5G 和衛星通信雙模終端?！?/p>
未來(lái)的6G網(wǎng)絡(luò )將會(huì )是有機融合地面和衛星的通信網(wǎng)絡(luò )，因此在6G時(shí)代，衛星互聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)上是6G系統的一個(gè)組成部分；從物理建設上，存在6G衛星設備和地面6G基站，但是從技術(shù)體制、組網(wǎng)部署和運營(yíng)維護等角度，可以實(shí)現星地深度協(xié)同和一體化運營(yíng)。
“體制兼容主要是指星地網(wǎng)絡(luò )采用相同標準體制，在技術(shù)、架構和服務(wù)能力等方面采用相似或相同設計，實(shí)現產(chǎn)業(yè)鏈的復用。系統融合是指標準設計一開(kāi)始，系統設計、架構和網(wǎng)絡(luò )部署、終端、運營(yíng)服務(wù)等方面進(jìn)行統一，形成一個(gè)有機整體，統一管理和服務(wù)?！标惿街φf(shuō)道。
與5G體制兼容的星地融合相比，6G系統融合是指未來(lái)6G從一開(kāi)始設計時(shí)就考慮系統融合，包括七個(gè)方面：一是體制融合，統一空口體制；在空口分層結構上，采用相同的設計方案，采用相同的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，只是空口參數配置不同。二是網(wǎng)絡(luò )融合，全網(wǎng)統一網(wǎng)絡(luò )架構。三是管理融合，統一資源調度與管理。四是頻譜融合，頻率共享共用，協(xié)調管理。五是業(yè)務(wù)融合，統一業(yè)務(wù)支持和調度。六是平臺融合，網(wǎng)絡(luò )平臺采用一體化設計。七是終端融合，統一終端標識與接入方式，用戶(hù)終端、關(guān)口站或者衛星載荷可大量采用地面網(wǎng)絡(luò )技術(shù)成果。
陳山枝指出，聚焦5G增強技術(shù)和衛星網(wǎng)絡(luò )融合，當前階段需做好基于5G NTN體制的手機直連衛星應用，促進(jìn)更多的通信廠(chǎng)家和衛星廠(chǎng)家不斷融合，以通信規模牽引商業(yè)航天發(fā)展，提升運載能力。中長(cháng)期則需要逐步引入6G的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現6G星地融合網(wǎng)絡(luò )的全面部署，同時(shí)降本的難題必須要解決。
中國信科集團以及無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信全國重點(diǎn)實(shí)驗室，從2018年開(kāi)展衛星互聯(lián)網(wǎng)標準制定和技術(shù)研究，以及關(guān)鍵技術(shù)驗證。在衛星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域投入較多的資源，從核心技術(shù)突破、國際標準體制、產(chǎn)品研制創(chuàng )新，到產(chǎn)業(yè)實(shí)踐，到產(chǎn)品創(chuàng )新對衛星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了巨大的支撐。
充分利用5G優(yōu)勢：直面五大挑戰，把握五大機會(huì )點(diǎn)
陳山枝坦言，雖然我國初步形成了包括火箭制造和發(fā)射、衛星平臺、星載通信、終端、芯片和測試儀表的衛星互聯(lián)網(wǎng)完整產(chǎn)業(yè)鏈，但當前產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展初期。
對標海外的一些先行者，陳山枝指出，國內衛星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要面臨五大挑戰：火箭（一箭多星，火箭回收）、衛星（批量制造、低成本）、通信載荷（空間電磁環(huán)境適應性、低成本）、大規模衛星動(dòng)態(tài)組網(wǎng)（成千上萬(wàn)顆衛星）、大規模衛星網(wǎng)絡(luò )的運營(yíng)維護及測控。除此之外，還面臨一些非技術(shù)因素，例如在國際電信聯(lián)盟（ITU）中爭取更多有利頻率和軌道資源、資金投入與回報周期、國際競爭與合作（頻率協(xié)調、海外通信服務(wù)落地與跨境數據流動(dòng)）等。
陳山枝建議，要充分利用我國在地面移動(dòng)通信的優(yōu)勢，特別是5G的技術(shù)與標準優(yōu)勢、產(chǎn)業(yè)規模優(yōu)勢和成本優(yōu)勢（網(wǎng)絡(luò )設備和手機），采用5G兼容的衛星通信體制，即5G NTN，并為6G星地融地打下基礎?！澳壳?，黨中央、國務(wù)院和各部委都非常重視發(fā)展衛星互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)，商業(yè)航天快速發(fā)展，通過(guò)衛星通信與5G和6G結合，充分發(fā)揮地面技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。但仍需要多行業(yè)共同努力，尤其是需要央企牽頭排難，民營(yíng)企業(yè)協(xié)同創(chuàng )新，盡快摸索出一條從制造生產(chǎn)到運營(yíng)服務(wù)的具有中國特色的衛星互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式?！?/p>
具體來(lái)說(shuō)，需要立足自主設計，加強技術(shù)創(chuàng )新，投資研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，組建聯(lián)合攻關(guān)團隊，鼓勵先行先試，鼓勵產(chǎn)學(xué)研合作，推動(dòng)國際合作，培養專(zhuān)業(yè)人才；加大政策支持，制定支持性產(chǎn)業(yè)政策，支持衛星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化，簡(jiǎn)化審批流程，包容失敗，快速迭代進(jìn)步；優(yōu)化頻譜資源管理，合理分配頻譜資源，參與國際頻譜協(xié)調；推動(dòng)衛星通信與地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )融合，降低成本，發(fā)展可重復使用火箭技術(shù)，優(yōu)化衛星制造流程，拓展應用場(chǎng)景，推動(dòng)商業(yè)化發(fā)展。
采訪(fǎng)最后，陳山枝表示，“標準體系設計、產(chǎn)業(yè)鏈融合創(chuàng )新、規模制造成本控制、星地網(wǎng)絡(luò )協(xié)同發(fā)展，一帶一路業(yè)務(wù)拓展，這些都是我們跨越式發(fā)展的機會(huì )點(diǎn)?！币浞掷梦覈诘孛嬉苿?dòng)通信的優(yōu)勢，來(lái)反哺我國在衛星通信領(lǐng)域相對于歐美的傳統落后局面，堅持星地融合移動(dòng)通信技術(shù)路線(xiàn)，用技術(shù)標準的領(lǐng)先來(lái)帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)的升級和快速發(fā)展。
