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技術(shù)
2024/5/8 17:21

從6G技術(shù)大會(huì )看天地一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展

天翼智庫  韓琳 鄒昭

空間信息資源已成為各個(gè)國家的重要戰略資源,天地一體化網(wǎng)絡(luò )正在成為發(fā)達國家國民經(jīng)濟和國家安全的重大基礎設施,可實(shí)現對空、天、地、海等多維信息的有效獲取、協(xié)同、傳輸和匯聚。2024年4月18日,6G技術(shù)大會(huì )也就空天地一體化主題召開(kāi)了專(zhuān)門(mén)的論壇,并就未來(lái)衛星互聯(lián)網(wǎng)大規模發(fā)展、平流層通信新基礎設施形態(tài)、天地一體網(wǎng)絡(luò )架構及技術(shù)等方向開(kāi)展了熱烈的討論。

隨著(zhù)衛星成本下降,衛星互聯(lián)網(wǎng)成為新型基礎設施的熱門(mén)話(huà)題,但其性能、成本與管理仍是值得學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同探索的重要問(wèn)題

衛星成本持續下降,提升產(chǎn)業(yè)熱度。以高軌高通量星為例,在經(jīng)歷漫長(cháng)的發(fā)展后,容量得到了大幅提升(Viasat3已經(jīng)實(shí)現了1Tbps容量),成本也在持續下降(目前已經(jīng)達到了3.5美元/Gbps)。帶動(dòng)相關(guān)公司紛紛入局部署,目前國內以上海垣信為代表的低軌衛星公司正在積極布局,包括全自動(dòng)化的生產(chǎn)流水線(xiàn)、激光通信/白盒化等新技術(shù)研究、波束賦形相關(guān)芯片的設計等,以便提供更加智能、豐富的衛星商業(yè)服務(wù),匯集地理、海事、環(huán)境、水文、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、航空等種類(lèi)豐富的海量數據。

圖1 衛星通信成本變化圖

來(lái)源:英國薩里大學(xué)孫智立教授《Future visions for Satellite systems in 5G/6G and beyond》

衛星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨性能評估、成本、管理等問(wèn)題。與此同時(shí),全球低軌衛星不斷發(fā)射,在軌星座規模持續擴大,帶來(lái)了性能評估、成本、管理的相關(guān)問(wèn)題。性能方面,西安電子科技大學(xué)李建東教授提出,單位面積內覆蓋的衛星數量、業(yè)務(wù)密度、容量等指標是需要關(guān)注的重點(diǎn)。成本方面,目前低軌衛星用戶(hù)的服務(wù)費約是5G的6倍,未來(lái)可以通過(guò)星間鏈路的選型、中低軌結合等方式降低成本。此外關(guān)于管理方面,與會(huì )專(zhuān)家均認可通過(guò)引入人工智能的方式,應對頻率干擾、空間碰撞、空間路由等一系列挑戰。

圖2 在非對稱(chēng)2D-Torus拓撲中刪除冗余星間鏈路(ISL)可以降低成本

來(lái)源:西安電子科技大學(xué)李建東教授《Evaluation and Design of Mega Satellite Constellations》

手機直連是空天地一體融合的重要標志,是拓展信息消費新空間的有力手段,2024年將進(jìn)入競爭期,未來(lái)將進(jìn)一步帶動(dòng)6G星地融合。2022年產(chǎn)業(yè)及學(xué)術(shù)界關(guān)注衛星與地面關(guān)口站的聯(lián)合,并宣布開(kāi)始進(jìn)行手機直連衛星的研究。2023年則展開(kāi)了各類(lèi)技術(shù)驗證,同年我國天通一號手機直連衛星服務(wù)在全球率先商用落地。2024年,星鏈開(kāi)始提供手機直連的短信服務(wù)、AST開(kāi)始提供間歇性連接服務(wù);中國移動(dòng)開(kāi)始發(fā)星驗證NTN的相關(guān)標準。據TrendForce預測,2026年全球NTN市場(chǎng)預計可達88億美元?梢(jiàn)未來(lái)NTN類(lèi)業(yè)務(wù)(如手機直連等)將帶動(dòng)6G向星地融合方向持續發(fā)展,未來(lái)為了實(shí)現更靈活的網(wǎng)絡(luò )覆蓋以及性能,還需要持續關(guān)注網(wǎng)絡(luò )架構演變、空口傳輸、頻率共享以及資源管理等方面。

圖3 全球NTN市場(chǎng)預估

來(lái)源:中國信科康紹莉《Technology Trend of Integrated Terrestrial-Satellite Mobile communication》

天空平流層通信在技術(shù)優(yōu)化下,或為6G提供更為豐富的空中通信解決方案

日本NTT DOCOMO公司介紹了低成本、低時(shí)延、管理簡(jiǎn)單的平流層通信(HAPS)。在成本方面,以日本為例,相較低軌衛星需要大規模的星座組網(wǎng)才能夠實(shí)現全域覆蓋,采用HIBS的方式覆蓋僅需50個(gè)高空平臺即可實(shí)現全域接入。在時(shí)延方面,高空平臺距離地面20Km的高度,是低軌衛星高度的近1/25,擁有更低的延時(shí)和更高的服務(wù)體驗。在網(wǎng)絡(luò )架構方面,HAPS相對地面靜止,且覆蓋半徑大(約50Km),對于移動(dòng)性管理的要求不高。

平流層通信的概念雖然已有近20年的歷史,一直以來(lái)HAPS的發(fā)展存在三大挑戰:一是如何實(shí)現遠距離的空口的設計;二是如何跟地面網(wǎng)絡(luò )做好頻率高效共享;三是如何做好互聯(lián)互通。隨著(zhù)非對稱(chēng)的 DFT、虛擬孔徑技術(shù)等技術(shù)的引入,將HAPS的覆蓋范圍由 5 km提升至50km、目標的分辨率由 500m提升到300m。 目前HAPS已經(jīng)來(lái)到了商用的前夜,日本Space Compass 公司以及法國空客公司均有計劃在 2025 年前后開(kāi)展提供 HIBS商用服務(wù)。

圖4 HAPS與LEO、GEO的性能對比

來(lái)源:DOCOMO(北京)通信技術(shù)研究中心陳嵐

星地融合是6G發(fā)展的必然趨勢,NTN成為天地一體網(wǎng)絡(luò )架構的關(guān)注重點(diǎn),通信技術(shù)與元器件亟待攻克

與會(huì )專(zhuān)家基本一致認可未來(lái)星地融合是必然趨勢。衛星服務(wù)逐步由電視廣播向4G/5G移動(dòng)通信方式靠攏,如何實(shí)現地面與衛星服務(wù)的一致性體驗成為了業(yè)界思考的重點(diǎn),架構與技術(shù)是天地一體化落地商用的前提。

 

 

圖5 衛星通信服務(wù)與地面通信服務(wù)走向一致

來(lái)源:英國薩里大學(xué)孫智立教授《Future visions for Satellite systems in 5G/6G and beyond》

中國信科康紹莉《Technology Trend of Integrated Terrestrial-Satellite Mobile communication》

據6G大會(huì )同步發(fā)布的《天地一體化技術(shù)探索與實(shí)踐》白皮書(shū)顯示,在架構方面,基于3GPP的5G NTN技術(shù)被寄予厚望。尤其是再生模式的網(wǎng)絡(luò )架構,將通過(guò)在衛星上部署 NG-RAN(+5GC),實(shí)現控制面/數據面的延遲降低、并為未部署NTN網(wǎng)關(guān)的區域提供低延時(shí)業(yè)務(wù)、服務(wù)鏈路與饋線(xiàn)鏈路的頻譜效率提升。

圖6 再生模式網(wǎng)絡(luò )架構

來(lái)源:未來(lái)移動(dòng)通信論壇《天地一體化技術(shù)探索與實(shí)踐》

在技術(shù)方面,基礎通信技術(shù)與專(zhuān)用設備有待進(jìn)一步研究攻克。天地終端間的相對運動(dòng)速度高,會(huì )帶來(lái)傳輸時(shí)延和多普勒偏移,同時(shí)遠距離通信也會(huì )造成偏移等問(wèn)題,需要加強對于空口同步、時(shí)序管理、波束管理、移動(dòng)性等基礎通信技術(shù)的研究。此外,衛星互聯(lián)網(wǎng)配套的專(zhuān)用的相控陣天線(xiàn)、轉發(fā)器、星間鏈路、終端、星載無(wú)線(xiàn)設備、星載核心網(wǎng)設備等,在面向低軌、手機直連等新興場(chǎng)景中也有待進(jìn)一步研發(fā)。

展望

據GSMA數據顯示,目前全球地面移動(dòng)網(wǎng)的人口覆蓋率69%,地表覆蓋率不足10%,全球80%的陸地,95%的海洋還未覆蓋。地面網(wǎng)絡(luò )結合衛星通信的廣覆蓋優(yōu)勢,將持續擴展應用場(chǎng)景,其中手機直連衛星、物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、海運、航空等將成為未來(lái)天地一體的實(shí)用性場(chǎng)景,國內有望實(shí)現近千億級的市場(chǎng)空間。

本文作者

韓琳

戰略發(fā)展研究所

副主任分析師

碩士,就職于中國電信研究院,長(cháng)期從事天地一體、云網(wǎng)融合相關(guān)技術(shù)及行業(yè)研究,包括網(wǎng)絡(luò )云化、網(wǎng)絡(luò )開(kāi)放等。

鄒昭

戰略發(fā)展研究所

二級分析師

碩士,就職于中國電信研究院,從事通信行業(yè)研究,專(zhuān)注于人工智能及安全戰略研究。

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寫(xiě)得不太好

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