卫星通信与5G的融合发展探讨

5G在今年已经正式商用。几乎在5G推进商用的同期，卫星通信行业取得了重要突破，从国外“硅谷钢铁侠”马斯克雄心勃勃的“StarLink星链计划”，到国内的天通卫星商用、鸿雁计划、虹云计划亮相，卫星通信甚至开始切入宽带移动通信。

那么，卫星通信和5G之间，会有哪些联系？是否有天地一体化的可能？日前知乎联合北京邮电大学举办的“科技共振之5G+”主题论坛上，北京空间信息中继传输技术研究中心工程师郭浩然发表演讲，畅谈了卫星通信的发展现状，以及与5G的融合进展。

卫星通信产业最新进展

郭浩然介绍，我国卫星通信事业始于1975年的“331”工程，并于1983年11月29日在北京完成了卫星通信地球站的设备验收交付工作，1984年，“东方红二号”通信卫星发射成功，并拨通了首个卫星电话。到2019年，该中心管理着中星22/22A、中星1A/1B、中星20/20A、中星16、天链一号01/02/03/04、天链二号01、天通一号01等多颗同步通信卫星。

相比5G等地面移动通信技术，卫星通信的最大优势是无视地形地貌和距离的无死角广域覆盖，劣势是终端和资费都很昂贵。从历史看，早在1994年的2G时代，Inmarsat就推出了海事卫星电话，并成为全球商业运营最成功的卫星通信系统。国内则自主研发了天通系统，并在2016年天通一号01发射入轨，2018年开启商用化，由中国电信集团卫通公司提供商用服务。（详见C114此前报道：崛起中的卫星通信：详解各类应急通信卫星业务）

上述主要是同步卫星系统，尽管覆盖能力超强，但只能传输低速率数据业务。在宽带传输方面，先行者是摩托罗拉公司1998年推出的铱星计划，由77颗低轨卫星组网，提供全球个人移动通信服务。但该计划太超前，在2000年破产。

马斯克旗下太空探索技术公司推出的StarLink星链计划，更进一步，计划发射42000颗高中低轨卫星实现全球组网，并计划在2020年前发射12000颗，配套建设100万个接入型地面站和6个卫星网关站。其中第一阶段将有4425颗卫星被发射到距地面1110km至1325km低轨道，形成对全球的无线网络信号覆盖。而剩余的7518颗卫星将发送到距地面335km至346km的低轨，这部分卫星主要用来为人口稠密地区提供足够的带宽和保证数据传输的低延时。目前，太空探索技术公司已经完成3批次的“一箭60星”发射。

国内方面，中国航天科技集团推出的“鸿雁”星座，计划到2025年部署320颗卫星，提供面向全球的各类移动通信服务。航天科工集团的“虹云”星座，计划部署156颗卫星在1000公里高度，计划2022年完成，提供面向全球的宽带移动通信服务。

郭浩然介绍，低轨卫星通信系统的共同特征有六点：其一，多采用中低轨道，传输延迟低，可以和地面的光纤相当；其二，采用众多微小卫星实现大范围覆盖；其三，卫星研发、迭代周期短，成本低廉；其四，多采用Ka/Ku频段，系统容量大。举例子，OneWeb公司的单星容量5.8Gbps，系统总容量超71Tbps；其五，终端变得小型化、智能化；其六，聚焦宽带移动互联网服务。

卫星通信与5G的融合

5G要实现万物互联的愿景，卫星通信是其中重要一环。早在3GPP R14，业界就对卫星在5G系统中的角色和优势进行了探讨，认为作为5G多种接入技术之一，卫星在一些要求广域覆盖的工业应用场景中具有显著优势。

TS22.822中，定义了在5G中使用卫星接入的三大类别，分别是连续服务、泛在服务和扩展服务，并讨论了卫星终端特性的建立、配置和维护，以及卫星网络与地面网络的跨协议漫游和通信切换等问题。2017年3GPP SA1工作组也对卫星接入网协议及架构进行了评估，并计划进一步开展基于5G的接入研究。

5G标准明年发布的最新版本R16，NTN应用场景包括8个增强型移动宽带和2个大规模机器通信场景。借助卫星通信的广域覆盖能力，可以提供5G业务的连续性，尤其在应急、海事、航空通信及铁路沿线通信中发挥作用。

从国外看，2017年6月，英国电信、空客防务与航空公司等16家企业和机构联合成立了SaT5G联盟，计划在30个月内完成卫星通信与5G无缝集成的方案，并在2018年欧洲网络与通信会议上，5家成员单位现场演示了卫星与3GPP架构的融合。

国内来看，中国卫通基于高通量卫星中星16，在本月完成了卫星传输5G数据业务的融合测试，利用高通量卫星的便携站与5G网络搭建卫星基站回程试验系统，实现了基于星地链路的5G基站与核心网信息传输。

郭浩然说，当前业界深刻认识到，星地系统由竞争走向合作，卫星系统以提供回程服务、基站拉远等方式成为地面移动通信网络的补充，优势互补、合作共赢，这才是卫星通信与5G的最佳邂逅方式。

基于这种形式组网的天地一体化网络，将具备泛在覆盖、降低地面网络依赖、提高网络弹性等特点。用户将能够在任意时间、地点透明地享受来自于地面网络/天基网络的融合服务。“不过，融合的技术标准是什么，还未定论，有待进一步研究。”