■徐冰玉 李俠宇（中國信息通信研究院技術與標準研究所）

衛(wèi)星互聯(lián)網具備全球覆蓋、快速部署等優(yōu)勢，能夠滿足偏遠地區(qū)、海洋、天空等地區(qū)的覆蓋需求，有望成為地面蜂窩移動通信網絡的有益補充，助力5G/6G 實現(xiàn)全球全域覆蓋及寬帶連接，滿足用戶全域化通信需求。本文分析了衛(wèi)星互聯(lián)網與地面移動通信融合發(fā)展技術和產業(yè)研究情況、標準化進展，并深入研究星地融合的技術路線，探索推動衛(wèi)星互聯(lián)網與5G/6G 的融合發(fā)展建議。

1 引言

衛(wèi)星互聯(lián)網是以太空域為承載空間，以衛(wèi)星和地面裝置為關鍵節(jié)點，以網絡技術、航天技術、通信技術、數(shù)據(jù)技術等為支撐的全球、全域、全時新型網絡信息基礎設施。其網絡具有全球覆蓋、寬窄帶融合、高低軌融合、星間鏈路、星上處理等特征，業(yè)務類型也在由傳統(tǒng)數(shù)據(jù)回傳、電話和窄帶數(shù)據(jù)接入業(yè)務向寬帶接入、物聯(lián)網、車聯(lián)網、導航增強等種類多元化業(yè)務拓展。

自衛(wèi)星移動通信出現(xiàn)以來，其通信技術體制設計與地面移動通信技術體制始終緊密結合。由歐洲電信標準委員會（ETSI）提出的最早的高軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)標準體制地球同步靜止軌道衛(wèi)星移動無線接口（GMR）標準即是基于地面2G 全球移動通信系統(tǒng)（GSM）標準，采用了TDMA/FDD 體制。“舒拉亞”（Thuraya）、“銥星”（Iridium）、“全球星”（Globalstar）、“天通”等衛(wèi)星系統(tǒng)的標準體制均借鑒了地面的GMR、通用分組無線業(yè)務（GPRS）、雙模寬帶擴頻蜂窩系統(tǒng)的移動臺-基站兼容（IS-95）、第三代合作伙伴計劃（3GPP）等標準[1]。

隨著全球5G 網絡規(guī)?；逃贸掷m(xù)推進，各國均開展針對5G 的技術驗證和產品開發(fā)，并開展6G 的戰(zhàn)略性研發(fā)部署。星地一體融合組網被視為未來移動通信網絡重要發(fā)展方向之一，衛(wèi)星互聯(lián)網和地面移動通信網絡的融合也從覆蓋融合、業(yè)務融合走向體制融合、系統(tǒng)融合[2]。終端也在向低成本、小型化、輕量化、一體化方向發(fā)展。

2 衛(wèi)星互聯(lián)網與5G/6G 融合情況分析

衛(wèi)星互聯(lián)網與5G/6G 融合發(fā)展意義

衛(wèi)星互聯(lián)網將成為地面移動通信網絡的接入能力補充。根據(jù)IMT-2030（6G）推進組發(fā)布的《6G總體愿景與潛在關鍵技術》白皮書，6G 業(yè)務將包含全息通信、數(shù)字孿生、沉浸式云XR、感官互聯(lián)、全域覆蓋等八大業(yè)務應用[3]。衛(wèi)星互聯(lián)網作為潛在架構類關鍵技術之一，能夠實現(xiàn)偏遠地區(qū)、海上、空中和海外的廣域立體覆蓋，滿足全時域、全天候的泛在覆蓋需求，實現(xiàn)用戶隨時隨地按需接入。

衛(wèi)星互聯(lián)網將拓展5G/6G 業(yè)務應用。衛(wèi)星互聯(lián)網除了傳統(tǒng)機載、船載、車載等典型應用外，還能夠通過與5G/6G、物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)等技術緊密結合，拓展智能交通、森林防護、草場保護、海洋開發(fā)、遠程教育、應急指揮等領域的市場空間。同時，衛(wèi)星互聯(lián)網將在車聯(lián)網、無人機及無人裝備、數(shù)字政府及智慧城市等新興領域發(fā)揮重要作用。

衛(wèi)星互聯(lián)網與5G/6G 融合系統(tǒng)建設情況

目前，新興的衛(wèi)星互聯(lián)網企業(yè)美國太空探索技術公司（SpaceX）、Lynk、AST，地面移動通信公司蘋果（Apple）、愛立信（Ericsson）、聯(lián)發(fā)科（MediaTek）、高通（Qualcomm）等，以及我國中國移動、華為、中興等企業(yè)均在積極開展智能手機與衛(wèi)星直連通信的相關技術研究和設備研制。

（1）新型衛(wèi)星互聯(lián)網公司加快手機直連衛(wèi)星部署進程

2022 年8 月，SpaceX 公司與美國移動通信運營商T-Mobile 達成協(xié)議，2023 年發(fā)射的第二代“星鏈”（Starlink）衛(wèi)星將能夠使用T-Mobile 的PCS 頻段（1.9GHz，用于CDMA、GSM 和北美的TDMA 業(yè)務），為美國地區(qū)提供短信、低速率數(shù)據(jù)服務。預計二代“星鏈”衛(wèi)星重量超過1250kg，容量能夠達到200Gbit/s 以上。同時，二代“星鏈”將支持星上處理和星間鏈路技術，可降低對地面信關站的依賴實現(xiàn)業(yè)務的快速落地。

美國AST公司計劃建立一個名為“SpaceMobile”的衛(wèi)星網絡，包含168 顆衛(wèi)星，力圖打造世界上第一個可通過標準智能手機訪問的基于空間的蜂窩寬帶網絡。2022 年5 月獲得美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）授予的試驗許可，2022 年9月成功發(fā)射第二顆試驗衛(wèi)星BlueWalker-3。

美國Lynk 公司擬打造包含5000 顆低軌衛(wèi)星的星座，目前已經發(fā)射6 顆衛(wèi)星，前5 顆試驗衛(wèi)星均已經脫離軌道或者停止活動。第6 顆衛(wèi)星Lynk Tower-1 是其第一顆商用衛(wèi)星（但尚不具備商用能力），2022 年4 月成功發(fā)射。預計2022 年底將通過SpaceX 的“獵鷹”（Falcon）火箭再次發(fā)射3 顆衛(wèi)星，分別命名為Lynk Tower-2，3，4。Lynk 將蜂窩基站的標準軟件堆棧放在衛(wèi)星載荷上，標準GSM 和LTE 手機可以根據(jù)信號特征在地面基站和衛(wèi)星基站間切換。星座于2022 年9 月獲得美國FCC 的正式運營許可，預計在2022 年底開展商業(yè)運營。

美國全能空間公司（Omnispace）擬基于自身擁有的S 頻段（2～4GHz），利用基于3GPP 非地面網絡（NTN）技術的5G 設備實現(xiàn)5G 衛(wèi)星和地面網絡的無縫通信。Omnispace 將支持3GPP 標準中的N256 頻段，開展手機直連衛(wèi)星服務。目前，星座的具體規(guī)模未知。2022 年4 月，Omnispace 的首顆衛(wèi)星Spark-1，通過SpaceX 的獵鷹—9 火箭，成功進入預定軌道。

（2）地面移動通信龍頭企業(yè)積極開展手機直連衛(wèi)星技術研究

蘋果公司與全球星衛(wèi)星通信公司合作開發(fā)手機直連衛(wèi)星通信業(yè)務，2022 年11 月該業(yè)務已經在美國和加拿大開展。當iPhone 14 用戶超出蜂窩移動網絡信號覆蓋范圍時，可利用衛(wèi)星向救援機構發(fā)送文字、位置、醫(yī)療ID 和電池電量等信息，但不能接收信息。全球星也在2022 年向加拿大麥克唐納·德特威勒聯(lián)合公司（MDA）采購17 顆衛(wèi)星，總價值超過3.27億美元，用于服務現(xiàn)有用戶和潛在用戶，可為后續(xù)的蘋果手機直連衛(wèi)星業(yè)務提供保障。

2022 年7 月，愛立信公司與法國泰雷茲—阿萊尼亞空間公司（TAS）和美國高通公司聯(lián)合宣稱，將在法國開展基于5G NTN 的手機直連衛(wèi)星技術測試驗證。2022 年8 月，半導體公司聯(lián)發(fā)科宣布，通過自研的具備5G NTN 衛(wèi)星網絡功能的移動通信芯片，以及信道模擬器和測試基站，實驗室模擬完成全球首次5G NTN 衛(wèi)星手機連接，驗證了手機直連衛(wèi)星通信的可能性。

（3）我國移動通信企業(yè)也正加強星地融合的核心技術研究和產品研制

2022 年9 月6 日的華為Mate50 系列發(fā)布會上，華為宣布其Mate50 手機將支持北斗衛(wèi)星短報文功能。通過華為Mate50 手機，用戶能夠在沒有地面移動通信信號覆蓋的場景下，實現(xiàn)文字、位置信息向外發(fā)出，支持多條位置信息生成軌跡地圖等功能。不過Mate50 同iPhone14 一樣，只支持單向的衛(wèi)星通信，不能接收。2022 年8 月，中國移動、中國兵器等聯(lián)合完成國內首顆手機北斗短報文通信射頻基帶一體化芯片研制，支持手機開展北斗短報文通信業(yè)務。同月，中國移動也聯(lián)合中興，基于3GPP NTN 協(xié)議，完成了端到端鏈路貫通，開展短消息、語音等低速率業(yè)務測試。

衛(wèi)星互聯(lián)網與5G/6G 融合標準推進情況

（1）國際電信聯(lián)盟（ITU）積極制定5G 衛(wèi)星應用場景、性能指標和技術評估標準

2019 年7 月，ITU-R SG4 WP4B 組正式發(fā)布報告書《衛(wèi)星系統(tǒng)與下一代接入技術融合的關鍵要素》（Report ITU-R M.2460 -“Key elements for integration of satellite systems into Next Generation Access Technologies”）。該報告書參考了3GPP NTN 項目中關于5G 衛(wèi)星接入和空口的相關技術報告書，對5G 衛(wèi)星網絡的應用場景、網絡結構、詳細指標等內容進行了定義和分析[4]。2022 年5 月，我國牽頭的《IMT-2020 衛(wèi)星無線電接口愿景與需求報告書》（Report ITU-R M.[SAT-IMT2020.VISION &REQUIREMENTS]）在ITU-R 成功立項，主要開展5G 衛(wèi)星應用場景、關鍵性能指標和技術評估標準，為制定關于5G 衛(wèi)星部分無線電接口的詳細規(guī)范建議指明了方向。

（2）3GPP 開展透明轉發(fā)模式下的衛(wèi)星接入技術研究

3GPP 從R15 階段開始啟動NTN 網絡的預研工作，重點研究衛(wèi)星接入地面移動通信網絡的應用場景和信道模型。R16-R17 階段，3GPP 重點研究NR NTN 增強方案，全面開展了衛(wèi)星通信的系統(tǒng)架構和空口接入技術以及接口協(xié)議研究。R17 階段，3GPP重點研究了衛(wèi)星透明轉發(fā)模式下的關鍵技術[5]。2021年年底，3GPP 公布了首批R18 5G-Advanced 項目，其中包含NR NTN 增強和IoT NTN 增強這兩個衛(wèi)星通信相關議題，將進一步利用衛(wèi)星的廣覆蓋特性輔助地面通信。

（3）中國通信標準化協(xié)會（CCSA）正開展多項星地融合網絡技術研究工作

CCSA 也在開展5G 衛(wèi)星通信融合場景和技術研究。2021 年，CCSA 完成了《面向5G 增強和6G 的星地融合技術研究》和《天地一體5G 網絡場景及需求》的研究工作。2022 年，中國信通院聯(lián)合中國衛(wèi)通、中國移動和華為等二十余家單位完成了《基于5G 的衛(wèi)星通信系統(tǒng)研究》的研究工作。中國移動單位等正在開展《基于IoT NTN 的衛(wèi)星物聯(lián)網系統(tǒng)技術研究》的研究工作。

3 衛(wèi)星互聯(lián)網與5G/6G 發(fā)展技術路線

總體來看，未來衛(wèi)星互聯(lián)網與5G/6G 的技術路線有兩個：一是獨立發(fā)展體制借鑒，二是終端融合無感接入。這兩條路線在標準體制、頻段、終端類型、產業(yè)鏈和業(yè)務類型等方面存在較大差異。

獨立發(fā)展體制借鑒

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)和地面移動通信系統(tǒng)采用不同的標準體制和系統(tǒng)架構，系統(tǒng)間相互獨立發(fā)展。衛(wèi)星互聯(lián)網系統(tǒng)可以充分借鑒地面移動通信標準體制，提升系統(tǒng)能力和用戶服務質量。

在傳統(tǒng)衛(wèi)星Ka、Ku 高頻頻段，受到路徑損耗和智能終端能力的限制，衛(wèi)星通信業(yè)務很難做到小型化智能終端上。終端類型以非手持式衛(wèi)星專用終端為主。目前一代“星鏈”“一網”（Oneweb）、“柯伊伯”（Kuiper）等星座均采用這種發(fā)展模式，主要為用戶提供寬帶互聯(lián)網業(yè)務。

在L（1～2GHz）、S（2～4GHz）、C（4～8GHz）等衛(wèi)星通信低頻頻段，由于衛(wèi)星信道環(huán)境較好，衛(wèi)星移動通信終端類型以手持式衛(wèi)星專用終端為主。“舒拉亞”“全球星”“銥星”“天通”“北斗短報文”等衛(wèi)星系統(tǒng)均采用這種模式發(fā)展，為用戶提供短信、話音、低速率數(shù)據(jù)等窄帶業(yè)務。部分衛(wèi)星移動通信終端（例如“舒拉亞”“銥星”“天通”等衛(wèi)星終端）支持衛(wèi)星和地面網絡的雙卡雙待，或允許用戶通過類似漫游的方式接入地面移動通信網絡，但系統(tǒng)間相互獨立運營，獨立進行用戶鑒權、計費管理等功能。

終端融合無感接入

終端融合體制下，衛(wèi)星移動通信與地面5G/6G體制深度融合構成一個整體，為用戶提供無感的接入服務，采用協(xié)同的資源調度、星地無縫漫游。在L 和S 等頻段，衛(wèi)星通信業(yè)務將能夠融合到普通手機或者IoT 終端上。受到帶寬和手機發(fā)射功率的限制，衛(wèi)星通信主要提供短信、通話和低速率數(shù)據(jù)業(yè)務，未來可能向寬帶業(yè)務拓展。衛(wèi)星運營商將與地面移動通信產業(yè)鏈企業(yè)深度合作，聯(lián)合開展協(xié)同組網、協(xié)議增強和設備兼容三大能力的技術攻關，充分借鑒地面5G/6G 產業(yè)鏈基礎，提升衛(wèi)星通信的產業(yè)化水平。

目前，ITU、3GPP 等國際標準化組織也在積極討論衛(wèi)星與地面融合技術體制和標準。國外企業(yè)包括愛立信、高通、泰雷茲、聯(lián)科發(fā)，以及我國的紫光展銳、中興、中國移動等均開展相關技術研究和測試驗證，共同推動衛(wèi)星移動通信業(yè)務與地面移動通信融合發(fā)展。終端融合、無感接入的技術路線是目前衛(wèi)星與地面融合發(fā)展的重點方向，也是業(yè)界關注的焦點。

4 我國衛(wèi)星互聯(lián)網與5G/6G 融合發(fā)展建議

加快衛(wèi)星互聯(lián)網與5G/6G 交叉學科人才培養(yǎng)

以“高精尖缺”為導向，積極招引頭部企業(yè)、軍工央企外溢高層次人才和團隊。加大國際航天領域青年人才儲備，尤其在新技術、新領域，支持高校、企業(yè)、科研院所全球招募青年人才，并加大核心示范人才的獎勵，并為“專精特新”型企業(yè)及其關鍵人才提供一系列配套和優(yōu)惠條件。加大對衛(wèi)星通信、5G/6G、平臺經濟、人工智能、大數(shù)據(jù)、車聯(lián)網、數(shù)字化治理等多領域的融合型數(shù)字化人才的引進和培養(yǎng)力度，提升衛(wèi)星互聯(lián)網產業(yè)的數(shù)字經濟科技創(chuàng)新和轉化能力，推動衛(wèi)星互聯(lián)網與5G/6G 融合產業(yè)智能化、數(shù)字化發(fā)展。

推動衛(wèi)星互聯(lián)網與5G/6G 融合應用場景構建和平臺開發(fā)

結合我國高低軌的衛(wèi)星資源優(yōu)勢，推動衛(wèi)星互聯(lián)網與各領域融合應用。探索政府側和市場側應用，建立面向各行業(yè)部門的支持多場景的衛(wèi)星數(shù)據(jù)綜合服務平臺。深化衛(wèi)星互聯(lián)網與5G/6G 融合技術在智慧城市、防險救災、無人機、車聯(lián)網等領域的創(chuàng)新應用，樹立典型示范應用標桿，打造國內一流的衛(wèi)星互聯(lián)網與5G/6G 融合應用創(chuàng)新平臺。針對不同用戶和應用場景，做定制化、模塊化開發(fā)服務，打造特色化天地融合應用產品，提升產品的綜合競爭力。

深化衛(wèi)星互聯(lián)網與5G/6G 融合技術研究

以ITU、3GPP 中NTN 技術研究成果為基礎，研究星地融合網絡高效傳輸技術、星地按需確定性服務管控、自主掌控星地端到端網絡切片、星地一體化資源編排、多域聯(lián)合管控等關鍵技術。開展5G寬帶衛(wèi)星通信相關技術試驗和應用演示，驗證5G信號體制和關鍵協(xié)議流程在星地融合場景下的正常高效運行。把握新一代通信技術發(fā)展趨勢和方向，推動衛(wèi)星互聯(lián)網和6G 融合技術布局和發(fā)展。

加快衛(wèi)星互聯(lián)網與5G/6G 融合標準體系制訂和推進工作

充分借鑒我國地面移動通信4G、5G 標準研制成功經驗，積極參與推動ITU、3GPP 和CCSA 衛(wèi)星與地面融合發(fā)展標準化工作，大力推動手機直連衛(wèi)星互聯(lián)網多模終端產業(yè)規(guī)模化和全球化發(fā)展。制定標準體系國際推進策略，以我國自主可控的衛(wèi)星互聯(lián)網新技術為牽引，在滿足業(yè)務需求的基礎上具備較強的先進性、國際性以及通用性。