衛星通信與地面移動通信融合構建全球無縫覆蓋的星地融合網絡，作爲未來6G網絡技術發展的重要方向得到業界廣泛認可，成爲當前學術界和産業界研究的熱點。

中(zhōng)國信科積極從事5G衛星移動通信技術研究，是國際國内标準組織的主要貢獻者。在中(zhōng)國通信标準化協會TC12牽頭研究課題“面向5G增強和6G的星地融合技術研究（2020-2021）”，在TC12聯合牽頭或參與多個項目，包括“面向星地融合的通信終端能力和技術研究”、“IoT NTN衛星物(wù)聯網技術研究”、“天地一(yī)體(tǐ)5G網絡場景及需求”等。此外(wài)中(zhōng)國信科也是TC5 WG10“5G衛星通信研究”的主要貢獻單位。

在3GPP，中(zhōng)國信科完成的R18 5G衛星回傳鏈路需求以及UPF星上處理的立項，是中(zhōng)國首次牽頭的2個3GPP NTN立項。中(zhōng)國信科/無線移動通信國家重點實驗室是NR over NTN、IoT over NTN、5G SAT_ARCH等項目的主要貢獻者，累計輸入文稿200+篇，其中(zhōng)有100+篇獲得通過，在NTN議題占據第一(yī)陣營的技術影響力，主導多普勒補償、TA補償、HARQ、TA管理和尋呼、切換、終端位置上報等技術。

在ITU，中(zhōng)國信科/無線移動通信國家重點實驗室牽頭ITU-T兩項标準項目SG13 Y.FMSC-MM與Y.FMSC-SMSB，并在ITU-R長期跟進4A、4B、4C的相關技術議題，還在ITU-R WP4B聯合中(zhōng)國信息通信研究院推進SRI for IMT-2020願景與需求文檔制定。

此外(wài)，中(zhōng)國信科在國内衛星互聯網新基建中(zhōng)正發揮着重要作用，帶領業界積極開(kāi)展透明轉發和星上處理衛星互聯網關鍵技術研究，完成随遇波束、時頻(pín)同步、星間波束切換、跳波束、UPF錨點遷移等十餘項關鍵技術攻關，并率先完成了業界首套5G融合體(tǐ)制的衛星互聯網系統标準體(tǐ)系，正在開(kāi)展測試驗證工(gōng)作，爲國家衛星移動通信重大(dà)工(gōng)程的建設提供技術支撐。

中(zhōng)國信科也正在積極開(kāi)展6G星地融合技術研究，提前爲6G做好關鍵技術儲備。目前正在推進星地融合網絡架構、星地協同無線傳輸、星地融合資(zī)源管理、星地頻(pín)譜共享等關鍵技術方向，并提出彈性可重構及網元功能柔性分(fēn)割的網絡架構、統一(yī)的幀結構和靈活的參數集設計、多波束協同傳輸技術、快速精準的時頻(pín)同步技術和智簡的星地融合随遇接入技術等。

中(zhōng)國信科在2020和2021年連續兩年向業界發布了“全域覆蓋、場景智聯”的6G白(bái)皮書(shū)，提出廣域覆蓋、移動寬帶覆蓋、熱點覆蓋、極緻低時延高可靠、泛在海量連接以及感知(zhī)與定位等典型應用場景，提出空天地融合、超維度天線、以用戶爲中(zhōng)心的動态簇接入網、通信感知(zhī)融合、高精度定位等十二大(dà)使能技術，提前爲6G做好關鍵技術儲備，并在ITU未來技術趨勢報告中(zhōng)進行積極推進。此外(wài)，中(zhōng)國信科承擔了多項重點研發計劃課題，聯合業界積極開(kāi)展6G願景與需求的暢想、6G關鍵技術的研究與驗證，爲後續的6G标準化工(gōng)作做好前期儲備工(gōng)作。

中(zhōng)國信息通信科技集團有限公司副總裁、專家委主任，無線移動通信國家重點實驗室主任，IEEE Fellow陳山枝博士在近日舉行的全球6G技術大(dà)會上，應邀做了《 關于星地融合移動通信的認識與思考》專題報告，提出了三點認識與三點思考，受到業界的廣泛關注。

在20世紀90年代，地面蜂窩移動通信和低軌道衛星通信在全球是競争的，都是競争手持通話(huà)業務。當時，摩托羅拉實現的銥星是第一(yī)個低軌道衛星星座，覆蓋全球區域（包括南(nán)北(běi)兩極），提供全球任何地點的電(diàn)話(huà)通信業務。然而，當時2G移動通信系統（GSM和CDMA）用戶數快速增長，占領了很大(dà)市場。而銥星隻獲得了5萬多用戶，與達到盈虧平衡的60多萬用戶相距甚遠；并且隻能在室外(wài)打電(diàn)話(huà)，室内沒有信号；數據業務能力也很弱，沒有考慮當時正在興起的互聯網需求。諸多因素導緻在1999年8月申請破産保護。“銥星”與地面移動通信系統有點像“既生(shēng)喻，何生(shēng)亮”的故事。後來，銥星公司從摩托羅拉拆分(fēn)出來後，仍在服務運營，并于2017年部署銥星二代。

雖然全球地面蜂窩移動通信服務自20世紀80年代以來得到了快速發展及廣泛應用，但是截至目前隻能覆蓋約20%的陸地面積和6%的地球表面積。受制于經濟成本和技術因素，海洋、山川、森(sēn)林、沙漠等地區無法通過地面蜂窩基站提供地面網絡覆蓋。人類活動空間拓展、環境監測、軍事應用、行業應用等對于具有覆蓋範圍廣、通信容量大(dà)、受地理條件限制小(xiǎo)、靈活性高和能适應多種業務等特性的衛星通信有着強勁需求。從而，衛星通信與地面5G/6G移動通信互爲補充、相輔相成，共同構建覆蓋全球的星地融合網絡是大(dà)勢所趨。其中(zhōng)，内陸人口稠密區域用基站覆蓋，發揮容量優勢，滿足海量連接需求；基站無法覆蓋的偏遠地區與海洋則采用衛星覆蓋，可以發揮衛星的覆蓋優勢，節省基站建設和運維成本。

相比于高軌衛星通信，低軌衛星具備成本低、通信時延低、速率高、容量大(dà)等特性。因此，低軌衛星互聯網作爲對地面蜂窩網絡的補充有着巨大(dà)優勢。成本方面，低軌衛星運行在低空軌道，質量輕、體(tǐ)積小(xiǎo)、制造成本低——傳統的高軌衛星造價約爲10億元/顆，而低軌衛星的造價僅約爲1000萬元/顆；此外(wài)，低軌衛星可以以較低的發射成本和低時延等較高的使用價值投入到商(shāng)業使用中(zhōng)，通過星座組網實現全球無縫覆蓋。低軌衛星以星地融合方式擴展地面移動通信的無線覆蓋——在衛星部署兼容地面移動的衛星基站，在地面部署信關站漫遊互通，可以在8GHz以下(xià)中(zhōng)低頻(pín)段内實現地面手機或手持終端直接與低軌衛星進行通信。

衛星通信系統由窄帶話(huà)音向寬帶數據傳輸發展，從通信管道服務向移動互聯網和移動物(wù)聯網演進，從行業應用向普遍服務轉變。陳山枝博士對這個過程作了清晰的總結。一(yī)是1990年代發展的包括銥星、GlobalStar、Orbcomm等的窄帶衛星星座。二是2004年發展的包括Taico m4、Ipstar、Hughes、KaSAT、Viasat等的高通量衛星。三是各科技大(dà)國從2014年左右開(kāi)始發展寬帶衛星星座，典型的有美國的OneWeb、Starlink和Kuiper、法國的LeoSat、加拿大(dà)的Telesat，中(zhōng)國也開(kāi)始建設鴻雁星座和虹雲工(gōng)程并已發射了部分(fēn)主幹網衛星。

然而，一(yī)方面，現有衛星通信系統體(tǐ)制标準協議标準化程度低（窄帶衛星通信系統體(tǐ)制标準通常借鑒地面通信系統标準，寬帶衛星通信系統體(tǐ)制标準以原有寬帶多媒體(tǐ)标準協議進行修改，主要應用于衛星互聯網業務），導緻衛星通信系統應用範圍小(xiǎo)。另一(yī)方面，寬帶衛星通信系統有着諸多不足。一(yī)是現有協議無法支持多種不同業務共存，體(tǐ)制多、不兼容（“煙囪”式），産業規模小(xiǎo)，成本高，無規模經濟優勢；二是現有協議的空口設計資(zī)源調度靈活性不足且效率和可靠性低，業務質量控制較弱，服務質量得不到保障，無法支持複雜(zá)業務；三是現有協議雖然實現了空口基本傳輸的底層協議标準化，但是極少涉及系統上層協議标準、系統構建、測試等，也缺乏支持網絡切換、靈活傳輸架構、星間接口、網絡安全等組網必要的能力。

從而，從2017年到2022年，ITU、3GPP和ETSI大(dà)力開(kāi)展并推動基于5G體(tǐ)制的衛星互聯網星座組網探索。這拉開(kāi)了衛星互聯網與地面蜂窩系統體(tǐ)制走向融合的序幕。

ITU開(kāi)展了NGAT SAT（将衛星系統集成到下(xià)一(yī)代接入技術的關鍵因素）立項，在ITU-RM.2083中(zhōng)提出了“下(xià)一(yī)代移動通信網應滿足用戶能随時随地訪問服務的需求”；并在ITU-RM.2460中(zhōng)分(fēn)析了衛星系統集成到下(xià)一(yī)代接入技術中(zhōng)的關鍵因素，提出衛星網絡典型應用場景——中(zhōng)繼寬帶傳輸業務、數據回傳與分(fēn)發業、寬帶移動通信業務、混合多媒體(tǐ)業務，明确了衛星通信支持以上四種場景所具備的多播支持、智能路由支持、動态緩存管理及自适應流支持、延時、一(yī)緻的服務質量、NFV/SDN兼容、商(shāng)業模式的靈活性等關鍵特性。

着眼于通過衛星與地面移動網絡的優勢互補實現更廣闊的覆蓋滿足用戶接入服務需求，3GPP從R14開(kāi)始對研究衛星通信，将衛星網絡劃入非地面網絡（NTN）範疇，在R15明确将支持衛星接入作爲5G系統需求，定義了服務連續性、服務普遍性和服務可擴展性等NTN-5G系統的3個主要服務類别。在R16對NR支持NTN解決方案進行SI立項，明确了透明接入、DU上星和NR上星三種衛星接入5G系統的架構。在R17針對衛星接入對核心網的影響問題及解決方案進行研究和評估。R18研究了衛星接入多連接、核心網上星和星上邊緣計算等衛星與5G的融合增強特性，深入推進5G與衛星網絡融合的演進。

歐洲電(diàn)信标準協會在2017年6月成立的Sat5G聯盟探索将衛星集成到5G網絡中(zhōng)的可行性方案，主要工(gōng)作包括在衛星5G網絡中(zhōng)實施NFV/SDN技術、研究衛星/5G多鏈路和異構傳輸技術、融合衛星網絡和5G網絡的控制面與數據面、衛星/5G網絡一(yī)體(tǐ)化的管理與運維技術以及5G安全技術在衛星通信中(zhōng)的擴展。

由于衛星的軌道和形态類型豐富，與地面網絡運行環境存在較大(dà)差異，星地融合網絡架構需要考慮網絡部署的靈活性和擴展性，兼容透明轉發和星上處理（包括高頻(pín)段星上處理以及中(zhōng)低頻(pín)段星上處理）模式，考慮不同的傳輸條件、不同的傳輸時延以及鏈路動态切換等因素，通過網絡的柔性适配能力實現星地融合網絡的靈活部署、優化和擴展。【注：根據空間平台搭載衛星能力的不同，3GPP TR38.811定義了兩種典型傳輸架構，一(yī)種是透明轉發——信号在衛星上隻進行頻(pín)率的轉換、功率的放(fàng)大(dà)等過程，另一(yī)種是星上處理傳輸——衛星具有部分(fēn)或全部基站功能。】

低軌衛星通信與地面蜂窩通信的差異方面，陳山枝博士分(fēn)析了其中(zhōng)的關鍵影響，包括信道傳播特性不同、衛星高速移動對同步性能影響、衛星高速移動對調制解調方案性能影響、傳播距離(lí)和時延對于信号波形和傳輸方案影響、衛星高速移動帶來移動性管理問題、衛星高速移動對尋呼方案影響、網絡架構影響等。

如何應對？他全面分(fēn)析了需要考慮的四大(dà)類關鍵技術。一(yī)是基礎問題，包括信道建模、鏈路與系統評估方法、鏈路預算和頻(pín)率複用等。二是網絡架構，包括透明轉發、星上處理和星間鏈路等。三是物(wù)理層關鍵技術，包括波形、傳輸參數、調制、參考信号、信道設計和物(wù)理層過程等。四是高層關鍵技術，包括尋呼、移動性管理、路由和用戶面協議等。

在星地融合的5G體(tǐ)制兼容階段，屬于星地獨立網絡或者星地互補網絡、星地混合網絡，衛星通信體(tǐ)制借鑒5G（包括3GPP R15-R18的NTN透明轉發、3GPP R18的UPF上天、3GPP R19的基站與核心網上天），使得衛星通信網絡能夠充分(fēn)利用地蜂窩面網絡豐富的産業鏈基礎來提升研發效率和規模經濟降低成本。

在未來6G，星地融合需要擴大(dà)網絡覆蓋、提升網絡頻(pín)率資(zī)源利用率以及實現天地頻(pín)率共享共用；同時天地協作傳輸，來提升業務支持能力和傳輸效率，構建綠色高效節能的網絡通信環境。陳山枝博士指出，星地融合到了6G時代是6G系統融合——以多種空間平台（同步/高軌衛星、中(zhōng)低軌衛星、平流層浮空器以及飛機無人機等）爲載體(tǐ)，使星地構成一(yī)個整體(tǐ)，統一(yī)規劃和設計整個系統的接入點、頻(pín)率、接入網、核心網，提供用戶無感知(zhī)的一(yī)緻服務，采用協同的資(zī)源調度、一(yī)緻的服務質量、星地無縫的漫遊。

他進一(yī)步分(fēn)析，與5G體(tǐ)制兼容的星地融合相比，未來6G從一(yī)開(kāi)始設計時就考慮系統融合，包括七個方面：一(yī)是體(tǐ)制融合——統一(yī)空口體(tǐ)制。在空口分(fēn)層結構上，采用相同的設計方案，采用相同的無線傳輸技術。二是網絡融合——全網統一(yī)網絡架構。三是管理融合——統一(yī)資(zī)源調度與管理。四是頻(pín)譜融合——頻(pín)率共享共用，協調管理。五是業務融合——統一(yī)業務支持和調度。六是平台融合——網絡平台采用一(yī)體(tǐ)化設計。七是終端融合——統一(yī)終端标識與接入方式，用戶終端、關口站或者衛星載荷可大(dà)量采用地面網絡技術成果。

未來6G星地融合是天基多層子網和地面蜂窩多層子網等多個異構網絡的一(yī)體(tǐ)融合，具有多層立體(tǐ)、動态時變的特點，多層複雜(zá)跨域組網導緻網絡架構設計困難，大(dà)尺度空間傳播環境導緻傳輸效率低，衛星的高速運動會導緻網絡拓撲高動态變化，進而導緻業務質量難以保障。要解決6G星地融合組網所面臨的上述巨大(dà)挑戰，陳山枝博士指出，需要從6G星地融合的網絡架構、星地融合的空口傳輸、星地融合的組網技術以及星地融合的頻(pín)率管理這四大(dà)方面實現關鍵技術突破。

6G星地融合的網絡架構方面，需研究衛星與地面蜂窩通信架構的統一(yī)設計。具體(tǐ)地，一(yī)是通過設計彈性可重構的靈活網絡架構，實現星地網絡節點間網絡功能的柔性分(fēn)割。比如采用服務化的網絡架構，網絡功能可以根據業務和組網需求進行按需部署，根據不同的部署場景以及網絡傳輸能力靈活适配業務場景和需求，根據業務場景和需求智能地提供彈性可重構的網絡服務能力，實現網絡功能的按需重構，保證網絡按需服務能力。二是通過設計高效的多域多維度網絡管理架構，提高星地融合網絡中(zhōng)的資(zī)源管理效率。爲了滿足6G星地融合網絡架構彈性可重構的需求，需要重點從統一(yī)移動性管理架構、星地融合網絡邊緣計算架構、智能端到端全生(shēng)命周期的切片管理架構、異構跨域網絡資(zī)源管理架構來實現融合網絡移動性、邊緣計算、切片和資(zī)源調度的統一(yī)管理，提升大(dà)時空尺度異構組網端到端管理效率。

6G星地融合的空口傳輸方面，需研究衛星與地面蜂窩通信的統一(yī)空口設計方案，支持多種業務傳輸，使得終端終端可以極緻簡單地接入到最合适星地網絡節點。傳統衛星通信一(yī)般采用單星單波束服務一(yī)個用戶，在一(yī)定程度上限制了用戶的數據傳輸速率，衛星資(zī)源的使用效率也未能得到充分(fēn)利用。爲了進一(yī)步利用衛星的空間傳輸特性，可以研究多星協作傳輸技術并将其作爲提升衛星傳輸速率的一(yī)種候選技術，多個衛星波束或者單個衛星多個極化波束在相同頻(pín)譜資(zī)源中(zhōng)爲同一(yī)個用戶傳輸數據——一(yī)個終端同時連接在編隊的多顆衛星上，這些衛星通過協作實現聯合數據傳輸，從而獲得發送分(fēn)集增益或者複用增益。此外(wài)6G星地融合新波形與多址接入重點研究的内容包括星間/星地聯合傳輸信道模型、低峰均比和帶外(wài)輻射的高效波形（正交頻(pín)分(fēn)複用+超奈奎斯特）以及因子圖高效譯碼、基于用戶接入指紋和人工(gōng)智能的低相關性高容量非正交多址接入方案。

6G星地融合的組網技術方面，需主要研究小(xiǎo)區間頻(pín)率規劃、多層網絡間自适應路由和星地星間無縫切換、星地一(yī)體(tǐ)多級邊緣計算任務遷移等。6G星地融合資(zī)源智能管控，一(yī)是天地跨域異構高效統一(yī)資(zī)源管理，通過有效聯合不同網絡系統中(zhōng)的資(zī)源以充分(fēn)發揮網絡綜合效能，更好滿足未來複雜(zá)多變的任務需求，主要研究天地多維資(zī)源表征及關聯圖譜、融合網絡多級智能協作管控策略、天地資(zī)源聯合協同與部署；二是由于低軌衛星運動速度過快導緻網絡拓撲高動态變化，需研究彈性高效動态路由與移動性管理，包括能力聚合的協作路由和路由重規劃，以及分(fēn)級垂直切換與低時延群切換；三是高動态拓撲環境下(xià)的按需确定性服務，星地融合網絡采用服務化的分(fēn)層架構，可以根據業務感知(zhī)和資(zī)源感知(zhī)進行按需部署，主要研究高确定性按需服務分(fēn)層架構、基于隊列調度的高确定流量控制、SDN控制流保護機制。

6G星地融合的頻(pín)率管理方面，需研究基于統一(yī)管理的網絡頻(pín)譜資(zī)源，星地間頻(pín)譜的協調管理機制。通過頻(pín)譜共享和幹擾管理方案，提高頻(pín)譜資(zī)源利用率。随着用戶業務需求的增長，頻(pín)率資(zī)源變得愈發匮乏，星地融合網絡中(zhōng)如果使用傳統的頻(pín)率硬性分(fēn)割會導緻傳輸效率下(xià)降。爲了提高頻(pín)率資(zī)源的利用效率，需要研究空間多層網絡的信号傳輸特點，利用波束和覆蓋的差異性，探索星地通信的軟頻(pín)率複用方法；通過幹擾預測和資(zī)源協調，進一(yī)步研究頻(pín)率動态共享複用的技術和方法，以降低小(xiǎo)區邊緣幹擾，同時提升小(xiǎo)區邊緣傳輸效率；通過引入機器學習，研究基于機器學習的頻(pín)率态勢預測方法，提出星地異構系統動态頻(pín)率共享策略。

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