文章來源：科普中(zhōng)央廚房 | 北(běi)京科技報

撰文/記者 賈朔榮 編輯/吉菁菁

采訪專家：陳山枝（中(zhōng)國信息通信科技集團有限公司副總經理、總工(gōng)程師）

從1G時代的語音、2G時代的短信、彩信，3G時代的圖片、視頻(pín)、App，到4G的移動互聯和5G的萬物(wù)互聯，我(wǒ)們享受着移動通信技術迅猛發展帶來的便利，也不斷基于新技術實現新場景的暢遊。然而，在我(wǒ)們普遍依賴手機體(tǐ)驗智能生(shēng)活的今天，仍然有一(yī)些地面移動通信網絡無法覆蓋的場景。比如人迹罕至的荒漠、海洋深處、高山叢林、中(zhōng)高空域，或因自然災害導緻地面基礎設施損壞的情形，以緻“失聯”。

在這些充滿了絕望的“失聯”時刻，我(wǒ)們需要一(yī)種技術，無論身處何地，無論何時，都能免受“失聯之苦”。而這種技術，正是衛星通信。衛星通信是利用人造地球衛星作爲中(zhōng)繼站來轉發無線電(diàn)波，從而實現兩個或多個地球站之間的通信。

1G—5G時代，移動通信系統主要由地面移動通信組成，受限于經濟因素，主要覆蓋了城市、鄉村(cūn)等人口密集地區，覆蓋範圍隻占陸地面積的20%、地球表面積的6%。而随着人類活動空間的拓展，沙漠、海洋、森(sēn)林等偏遠地區對移動通信的需求變強，衛星通信對這些地區具有天然的覆蓋優勢。

根據軌道高度，衛星可以分(fēn)爲典型高度500~2000 km的低地球軌道（LEO）衛星、典型高度8000~20000 km的中(zhōng)地球軌道（MEO）衛星和高度約35786 km的對地靜止軌道（GEO）衛星等。其中(zhōng)，低軌衛星因其發射成本低、距離(lí)地面近、傳輸時延短、路徑損耗小(xiǎo)、數據傳輸率高等優點，近年來受到業界廣泛關注。

随着低軌衛星通信的不斷發展，其具備了寬帶互聯網接入功能，因此帶來了“衛星互聯網”的蓬勃發展。衛星互聯網即通過一(yī)定數量的衛星形成規模組網，從而輻射全球，構建具備實時信息處理的大(dà)衛星系統，是一(yī)種能夠完成向地面和空中(zhōng)終端提供寬帶互聯網接入等通信服務的新型網絡。2020年4月，我(wǒ)國将衛星互聯網納入新基建範疇，推動其迎來加速發展期。

成本低、廣覆蓋、低時延，我(wǒ)們能否将地面通信網絡與衛星互聯網相結合，讓通信不再受地域限制呢？

低軌衛星互聯網在演進過程中(zhōng)經曆了與地面通信網絡競争、補充、融合的三大(dà)階段。早期，“銥星”系統拉開(kāi)了低軌衛星通信的序幕，與當時出現的地面蜂窩通信系統（GSM）基本同期。“銥星”是一(yī)個劃時代的構想，系統共6個軌道面，每個軌道均勻分(fēn)布11顆衛星，組成完整星座，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。

“諸多因素導緻銥星系統最後隻能申請破産并被分(fēn)拆，而地面蜂窩移動通信從2G發展到5G，用戶規模不斷擴大(dà)。”中(zhōng)國信息通信科技集團有限公司副總經理、總工(gōng)程師陳山枝介紹道。

盛大(dà)出席卻迎低迷綻放(fàng)，衛星互聯網與地面通信網絡從早期的競争期逐步進入補充融合期。在這一(yī)過程中(zhōng)，衛星發射技術、衛星制造技術、集成電(diàn)路技術、通信技術的不斷進步，催生(shēng)了多個典型的商(shāng)業系統，如Telesat、OneWeb、StarLink，以及我(wǒ)國的虹雲、鴻雁等。

業界曾有人認爲，衛星通信将颠覆5G，然而究其根本，從低軌衛星通信頻(pín)率、軌道資(zī)源、系統容量、建設和運維成本等多方面考慮，衛星通信系統颠覆5G、服務全球網民仍有較大(dà)差距。

從發展規模看，從1G到5G，地面移動通信與衛星通信基本保持獨立發展态勢。地面移動通信伴随着從1G時代标準林立，到5G時代采用通用标準，加之衆多企業湧入，已形成規模經濟，基本将覆蓋做到了極緻。而衛星通信産業鏈包括衛星制造、衛星發射、地面設備、衛星運營及服務等四大(dà)環節，“不同衛星運營企業，都有自己的通信标準體(tǐ)系，相互不能兼容，所以導緻衛星通信規模經濟不夠，建設運維成本過高，未能實現規模發展。”陳山枝介紹道。

衛星通信還受到頻(pín)譜資(zī)源和軌道資(zī)源限制。依據香農定理，由于衛星與地面終端間的路徑損耗、大(dà)氣吸收損耗（如雨衰等）等都遠大(dà)于地面蜂窩移動通信系統，若要提高傳輸率，就要加大(dà)發射功率及增大(dà)地面用戶天線口徑，結果是衛星通信的頻(pín)譜利用效率、每比特能耗兩個關鍵指标遠低于同期的蜂窩移動通信系統。此外(wài)，衛星軌道資(zī)源和頻(pín)譜資(zī)源一(yī)樣，需要經過主管信息通信技術事務的聯合國機構—國際電(diàn)信聯盟（ITU）的批準和協調。

通信衛星的建設和運維成本也較高。陳山枝表示，“可以通俗地把衛星通信理解爲将地面基站搬到空中(zhōng)的衛星平台。原先我(wǒ)們将基站放(fàng)在鐵塔上，現在要放(fàng)到衛星上，這将面臨衛星高速運動、無線傳輸信道、移動性管理、設備材料等各種問題，基于此，每顆通信衛星仍面臨着數十倍甚至百倍于地面基站的建設和運行維護成本，資(zī)費(fèi)會高于5G。”

此外(wài)，低軌衛星便攜終端在使用中(zhōng)也存在特定困難。與4G和5G手機相比，便攜衛星終端體(tǐ)積大(dà)、功耗大(dà)，衛星信号無法覆蓋室内，對雨、雪、霧、雲等天氣十分(fēn)敏感，加上資(zī)費(fèi)因素，對城市普通消費(fèi)者吸引力并不強。

因此，如何實現地面移動通信與衛星通信的深度融合，實現空天一(yī)體(tǐ)化，成爲下(xià)一(yī)步演進的方向。

“十四五”規劃指出，“建設高速泛在、天地一(yī)體(tǐ)、集成互聯、安全高效的信息基礎設施。”随着6G技術路徑與需求的逐漸明晰，無論用戶側還是産業界都對星地融合提出了更迫切的需求。

在中(zhōng)信科移動發布的《全域覆蓋 場景智聯 星地融合通信白(bái)皮書(shū)》中(zhōng)，星地融合通信網絡，是指由地面網絡、臨近空間網絡和天基網絡組成的星地立體(tǐ)通信網絡。其中(zhōng)，地面網絡主要包括地面蜂窩基站、衛星信關站和核心網；臨近空間網絡包括無人機和臨空接入平台；天基網絡主要包括高中(zhōng)低軌衛星通信載荷與平台。

在陳山枝看來，星地融合需要經曆兩個階段，首先是5G體(tǐ)制兼容。“由于5G标準開(kāi)始制定時僅考慮了地面移動通信規範，并未考慮衛星通信需求，因此，應考慮借鑒5G的技術優勢、規模優勢、産業成熟度，結合衛星通信差異，在已有地面5G标準的整體(tǐ)技術框架下(xià)通過優化的方式實現星地融合通信。”這一(yī)階段主要是體(tǐ)制融合，衛星通信系統采用與地面移動通信系統相同或相似的通信體(tǐ)制。

然後是6G系統融合。6G系統設計之初，便考慮衛星與地面融合的需求，包括體(tǐ)制融合、網絡融合、管理融合、頻(pín)譜融合、業務融合、平台融合、終端融合等的系統融合，實現衛星通信與地面移動通信的無縫覆蓋，從而爲用戶提供随時随地的接入服務和融合業務。

無論是體(tǐ)制兼容，還是系統融合，統一(yī)标準的建立都至關重要。“在國際标準制定方面，今年3月份，我(wǒ)們提交的兩項基于5G的星地融合提案獲國際電(diàn)聯通過成爲标準，爲未來制定6G相關标準奠定了堅實基礎。”陳山枝介紹道。此外(wài)，近日，中(zhōng)信科移動聯合合作夥伴基于5G NTN（非地面網絡）的衛星透明轉發通信标準協議和全新的星地融合平台，通過高軌和低軌衛星，實現5G NTN标準端到端寬帶衛星通信業務傳輸的技術試驗驗證，且測試性能符合預期。實現了5G NTN寬帶衛星業務和地面業務打通，支持語音、短消息、高清視頻(pín)通話(huà)、4K高清視頻(pín)播放(fàng)等業務。

回到開(kāi)篇的場景，随着6G星地融合的不斷推進，我(wǒ)們有望預期，在不久的将來，無論你在地球的哪個角落，拿起手機，就能無感知(zhī)切換地面移動網絡或/和衛星網絡，随時随地實現與世界的互聯。

參考資(zī)料：

1.“新基建”之中(zhōng)國衛星互聯網産業發展研究白(bái)皮書(shū)[EB]. 2020.

2.全域覆蓋 場景智聯 星地融合通信白(bái)皮書(shū)[EB]. 2023.

3.陳山枝.關于低軌衛星通信的分(fēn)析及我(wǒ)國的發展建議[J].電(diàn)信科學, 2020,6:1-13.

4.中(zhōng)信科移動完成5G NTN标準寬帶衛星通信試驗驗證[EB]. 2023.

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