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作者：趙小飛
近日，愛立信、泰雷茲、高通三家公司宣布啟動5G太空項目，計劃通過開發(fā)衛(wèi)星網絡，使智能手機用戶無論身處何處，都能獲得高速連接。
該項目是測試如何利用近地軌道（LEO）衛(wèi)星運行5G網絡，以幫助極端地理位置和偏遠地區(qū)的個人接入互聯(lián)網。此次5G太空項目，可以說是在5G R17標準中非地面網絡（non-terrestrial network, NTN）所需組件的驗證，為5G R17凍結后商用化做了前期工作，推動5G與衛(wèi)星通信的深度融合。
三家巨頭的5G上太空項目
愛立信、泰雷茲、高通三方計劃在4—5年內發(fā)射衛(wèi)星，耗資可能達到80億歐元。目前，該項目處于起步階段，三方分別進行了平行研究，即將進入地面測試階段。預計最終網速可以實現幾十Mbps，速度介于4G和5G之間。
分工方面，泰雷茲作為歐洲知名的航空航天公司，將負責建造衛(wèi)星；愛立信作為通信設備商，將在地面部署網絡；高通作為芯片終端生態(tài)領軍者，將提供測試智能手機，并與低軌道衛(wèi)星進行通信。
泰雷茲一位高管稱“這將是電信領域的一場革命。此前，電信公司和衛(wèi)星公司之間存在競爭，但現在這兩個領域正在融合”。多個媒體報道，該項目最終可能會與美國SpaceX的“星鏈”展開競爭，但三家聯(lián)合進行的5G計劃將使用不同的技術解決方案。
“星鏈”已將2000多顆衛(wèi)星送入軌道（目標為30000顆），大量低軌道衛(wèi)星可能對太空安全構成嚴重威脅。但5G項目將依賴更大、更少的衛(wèi)星來實現全球覆蓋，最終可能需要600—800顆衛(wèi)星。
在筆者看來，愛立信、泰雷茲、高通三方的5G太空項目與星鏈存在的最大區(qū)別在于5G太空項目是為了實現衛(wèi)星網絡與地面移動通信網絡的深度融合，而星鏈則更多是單獨提供衛(wèi)星通信服務。這里不得不提的是最新凍結的5G R17版本標準家族中的 NTN，其目的是將衛(wèi)星通信等非地面網絡納入到移動通信的體系中，實現融合和共同商用，絕非地面移動通信網絡和衛(wèi)星兩張皮的發(fā)展。
相比之下，星鏈聚焦于通過其低軌衛(wèi)星為用戶直接提供通信服務，雖然是地面移動通信的一個補充，但并未考慮兩者之間的深度融合。三家聯(lián)合發(fā)布的新聞稿中也提到，其5G太空項目是3GPP對5G R17標準凍結后，對支持非地面網絡進行的測試和驗證。
推動5G R17標準中新特性NTN的落地
近年來，衛(wèi)星通信已成為業(yè)界新的熱點，引起了移動通信陣營的關注。國際標準化組織3GPP早在5G R15版本制定階段就考慮過將衛(wèi)星通信網絡集成到移動通信標準化體系中，彼時組織專家對NTN部署場景和信道模型進行研究，并在后續(xù)進行用例研究，其中主要是針對衛(wèi)星通信的研究。
針對5G NTN的用例，3GPP此前主要研究以下三方面：
一是服務的連續(xù)性，即在未來各類場景中，僅靠地面網絡無法提供完全的5G服務，需要地面與非地面網絡的結合，NTN可以為這種服務連續(xù)性提供支持，在飛機、海上平臺等領域提供無縫網絡接入；
二是服務無處不在，即針對一些不方便使用地面網絡的地理區(qū)域，地面網絡沒有覆蓋或覆蓋不足的場景，如農業(yè)、資產追蹤、應急處置等，解決了5G服務不足的問題；
三是服務可擴展性，即利用衛(wèi)星網絡大覆蓋的特點，實現大范圍使用廣播、多播的用例。3GPP在5G R17版本中引入了非地面網絡NTN，將衛(wèi)星通信網作為地面網絡的必要補充，對其展開了更進一步的研究及標準化工作。
在對R17 NTN的解讀中，基本上延續(xù)了此前針對NTN的用例研究，提出NTN通信是為了解決偏遠山區(qū)、海上、交通運輸等場景的通信問題，將非地面網絡與5G融合，實現立體式的網絡覆蓋。
R17定義的相關技術標準中，考慮到衛(wèi)星通信和地面通信的融合，針對衛(wèi)星波束地面高速移動、衛(wèi)星高度帶來的傳播時延、衛(wèi)星與地面站連接切換等問題，設計了上下行時頻偏補償調整、傳輸時序關系增強、基于位置的移動性管理增強等技術，初步解決了5G體系中衛(wèi)星通信的基本問題。
此外，除了提供支持基于5G NR的NTN標準規(guī)范外，R17還提供了支持NB-IoT和eMTC等物聯(lián)網技術與NTN融合的標準規(guī)范。支持物聯(lián)網的NTN主要針對海運、野外、能源采集、農業(yè)、環(huán)境監(jiān)測等無法部署基站的場景，或者基站部署和維護難度、成本很大的場景。
R17標準中將NB-IoT和eMTC技術應用于衛(wèi)星通信，設計了多種技術，實現天地物聯(lián)通信，為物聯(lián)網全球連接提供了支撐。實際上，除了R17版本外，3GPP針對NTN已有了長期演進的計劃，集中體現在5G R18版本標準和6G愿景中。
在已啟動的5G R18標準中，針對NTN領域進行了覆蓋增強、10GHz以上頻譜的支持、移動性和業(yè)務連續(xù)性的進一步增強、終端性能優(yōu)化、終端位置報告的網絡驗證等方面的演進，提升了NTN的性能。
6G面向的是空天地一體化通信的愿景，對NTN提出了更高的需求，需要實現與地面網絡更深層次的一體化融合。例如，在網絡架構和組網一體化方面，專家提出將地面基站的部分或全部功能逐步遷移到星上，有效降低信令和業(yè)務的處理時延、提升用戶體驗，并綜合利用星地的空口和硬件資源，實現更靈活網絡部署，核心網也要考慮衛(wèi)星網絡和地面網絡深度融合的部署方式，實現統(tǒng)一的移動性管理和資源管理；在頻譜一體化方面，業(yè)界認為需要探索衛(wèi)星和地面頻率規(guī)劃及頻率共享新技術，使未來的網絡基于需求實現頻率的統(tǒng)一分配和動態(tài)共享，同時需要衛(wèi)星和地面網絡頻率干擾協(xié)同和規(guī)避技術的進步；終端一體化方面，面對當前地面終端和衛(wèi)星終端差異較大的現狀，6G系統(tǒng)設計中，采用統(tǒng)一的空口設計，推動終端芯片一體化設計，并推動天線技術、射頻技術的進步，實現終端一體化，使用戶在統(tǒng)一終端中進行空、天、地、海無縫切換和漫游。
推動前期試驗，3GPP陣營的衛(wèi)星通信在行動
在5G R17版本凍結后，推動NTN的前期試驗讓產業(yè)鏈各方對其商用能力進行評估，同時掌握這一領域的先發(fā)優(yōu)勢。愛立信、泰雷茲、高通三方的5G太空項目就是前期試驗的典型，在其公開發(fā)布的聲明中可以看出針對5G NTN重點問題的攻關。
其中，三家提到，測試的目標是驗證支持5G NTN所需的各種技術組件，包括5G智能手機、衛(wèi)星有效載荷和地面5G網絡部件。這項工作還希望驗證5G NTN可以在智能手機組成元素中得到支持，從而使未來的5G智能手機與衛(wèi)星電話融合。愛立信計劃驗證5G虛擬無線接入網技術，泰雷茲公司計劃驗證一種適合部署在低軌衛(wèi)星上的5G衛(wèi)星有效載荷，通過高通提供的智能手機，驗證5G NTN可以被未來的5G智能手機訪問。
三者將使用地基設備來模擬在軌衛(wèi)星和5G智能手機連接之間的傳播速度和時延。對3GPP陣營的廠商來說，5G NTN作為3GPP支持的技術，將能夠利用標準化產品和組件的大型生態(tài)系統(tǒng)，為技術供應商提供了在設備間快速擴展和兼容性的機會。在國內，針對5G NTN的工作也有落地。
本月，紫光展銳聯(lián)合北京鵬鵠物宇科技發(fā)展有限公司率先完成全球首個基于R17 IoT NTN標準的 5G衛(wèi)星物聯(lián)網上星實測。本次測試采用的衛(wèi)星物聯(lián)網終端基于紫光展銳IoT NTN芯片開發(fā)，通過L波段衛(wèi)星，在預商用基站上完成了通信組網測試，并實現數據傳輸。
測試中使用的衛(wèi)星是一顆位于赤道上空36000公里的商用地球同步軌道移動通信衛(wèi)星，測試方攻克了測試終端面臨的長時延和大衰減等技術難點，在與衛(wèi)星的通信距離長達38000公里的條件下，成功完成了廣播、接入、數據傳輸等通信過程，并實現了多終端接入和并發(fā)通信業(yè)務的組網測試。
根據紫光展銳公開信息，本次上星實測所用衛(wèi)星物聯(lián)網測試終端，發(fā)射功率為23dBm，與手機相同，這意味著現有的終端已具備低功耗、小型化、輕量化等易用性優(yōu)勢，可廣泛應用在豐富多樣的物聯(lián)網場景中。而本次測試也意味著基于5G R17 IoT NTN標準的衛(wèi)星物聯(lián)網系統(tǒng)技術具備了可商用性。
目前，5G商用已超過3年，取得了多方面成效，已成為數字經濟發(fā)展的核心底座。工信部數據顯示，截至5月底，全國建成開通5G基站170萬個，5G移動電話用戶數達到4.28億戶，5G流量占移動流量比重達到27.2%。5G應用覆蓋國民經濟40個大類，在全國200余家智慧礦山、1000余家智慧工廠、180余個智慧電網、89個港口、超過600個三甲醫(yī)院項目中得到廣泛應用。
5G行業(yè)虛擬專網加快建設，由去年7月的1655個提升至6518個，增長近3倍，服務行業(yè)發(fā)展的能力明顯增強。在此基礎上，NTN實現了5G與衛(wèi)星網絡協(xié)同部署，擴展了面向海面、空域、無人區(qū)等區(qū)域的覆蓋，將有力消除地面偏遠地區(qū)與發(fā)達地區(qū)的數字鴻溝，促進數字化社會經濟的和諧發(fā)展，促進5G效能進一步發(fā)揮。
