三巨頭聯(lián)合推進(jìn)5G上天空！馬斯克的“星鏈”迎來(lái)重磅競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手

作者：趙小飛

近日，愛(ài)立信、泰雷茲、高通三家公司宣布啟動(dòng)5G太空項(xiàng)目，計(jì)劃通過(guò)開(kāi)發(fā)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，使智能手機(jī)用戶無(wú)論身處何處，都能獲得高速連接。

該項(xiàng)目是測(cè)試如何利用近地軌道（LEO）衛(wèi)星運(yùn)行5G網(wǎng)絡(luò)，以幫助極端地理位置和偏遠(yuǎn)地區(qū)的個(gè)人接入互聯(lián)網(wǎng)。此次5G太空項(xiàng)目，可以說(shuō)是在5G R17標(biāo)準(zhǔn)中非地面網(wǎng)絡(luò)（non-terrestrial network, NTN）所需組件的驗(yàn)證，為5G R17凍結(jié)后商用化做了前期工作，推動(dòng)5G與衛(wèi)星通信的深度融合。

三家巨頭的5G上太空項(xiàng)目

愛(ài)立信、泰雷茲、高通三方計(jì)劃在4—5年內(nèi)發(fā)射衛(wèi)星，耗資可能達(dá)到80億歐元。目前，該項(xiàng)目處于起步階段，三方分別進(jìn)行了平行研究，即將進(jìn)入地面測(cè)試階段。預(yù)計(jì)最終網(wǎng)速可以實(shí)現(xiàn)幾十Mbps，速度介于4G和5G之間。

分工方面，泰雷茲作為歐洲知名的航空航天公司，將負(fù)責(zé)建造衛(wèi)星；愛(ài)立信作為通信設(shè)備商，將在地面部署網(wǎng)絡(luò)；高通作為芯片終端生態(tài)領(lǐng)軍者，將提供測(cè)試智能手機(jī)，并與低軌道衛(wèi)星進(jìn)行通信。

泰雷茲一位高管稱“這將是電信領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。此前，電信公司和衛(wèi)星公司之間存在競(jìng)爭(zhēng)，但現(xiàn)在這兩個(gè)領(lǐng)域正在融合”。多個(gè)媒體報(bào)道，該項(xiàng)目最終可能會(huì)與美國(guó)SpaceX的“星鏈”展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)，但三家聯(lián)合進(jìn)行的5G計(jì)劃將使用不同的技術(shù)解決方案。

“星鏈”已將2000多顆衛(wèi)星送入軌道（目標(biāo)為30000顆），大量低軌道衛(wèi)星可能對(duì)太空安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。但5G項(xiàng)目將依賴更大、更少的衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，最終可能需要600—800顆衛(wèi)星。

在筆者看來(lái)，愛(ài)立信、泰雷茲、高通三方的5G太空項(xiàng)目與星鏈存在的最大區(qū)別在于5G太空項(xiàng)目是為了實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的深度融合，而星鏈則更多是單獨(dú)提供衛(wèi)星通信服務(wù)。這里不得不提的是最新凍結(jié)的5G R17版本標(biāo)準(zhǔn)家族中的 NTN，其目的是將衛(wèi)星通信等非地面網(wǎng)絡(luò)納入到移動(dòng)通信的體系中，實(shí)現(xiàn)融合和共同商用，絕非地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星兩張皮的發(fā)展。

相比之下，星鏈聚焦于通過(guò)其低軌衛(wèi)星為用戶直接提供通信服務(wù)，雖然是地面移動(dòng)通信的一個(gè)補(bǔ)充，但并未考慮兩者之間的深度融合。三家聯(lián)合發(fā)布的新聞稿中也提到，其5G太空項(xiàng)目是3GPP對(duì)5G R17標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后，對(duì)支持非地面網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的測(cè)試和驗(yàn)證。

推動(dòng)5G R17標(biāo)準(zhǔn)中新特性NTN的落地

近年來(lái)，衛(wèi)星通信已成為業(yè)界新的熱點(diǎn)，引起了移動(dòng)通信陣營(yíng)的關(guān)注。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP早在5G R15版本制定階段就考慮過(guò)將衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)集成到移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化體系中，彼時(shí)組織專家對(duì)NTN部署場(chǎng)景和信道模型進(jìn)行研究，并在后續(xù)進(jìn)行用例研究，其中主要是針對(duì)衛(wèi)星通信的研究。

針對(duì)5G NTN的用例，3GPP此前主要研究以下三方面：

一是服務(wù)的連續(xù)性，即在未來(lái)各類場(chǎng)景中，僅靠地面網(wǎng)絡(luò)無(wú)法提供完全的5G服務(wù)，需要地面與非地面網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，NTN可以為這種服務(wù)連續(xù)性提供支持，在飛機(jī)、海上平臺(tái)等領(lǐng)域提供無(wú)縫網(wǎng)絡(luò)接入；

二是服務(wù)無(wú)處不在，即針對(duì)一些不方便使用地面網(wǎng)絡(luò)的地理區(qū)域，地面網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有覆蓋或覆蓋不足的場(chǎng)景，如農(nóng)業(yè)、資產(chǎn)追蹤、應(yīng)急處置等，解決了5G服務(wù)不足的問(wèn)題；

三是服務(wù)可擴(kuò)展性，即利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)大覆蓋的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)大范圍使用廣播、多播的用例。3GPP在5G R17版本中引入了非地面網(wǎng)絡(luò)NTN，將衛(wèi)星通信網(wǎng)作為地面網(wǎng)絡(luò)的必要補(bǔ)充，對(duì)其展開(kāi)了更進(jìn)一步的研究及標(biāo)準(zhǔn)化工作。

在對(duì)R17 NTN的解讀中，基本上延續(xù)了此前針對(duì)NTN的用例研究，提出NTN通信是為了解決偏遠(yuǎn)山區(qū)、海上、交通運(yùn)輸?shù)葓?chǎng)景的通信問(wèn)題，將非地面網(wǎng)絡(luò)與5G融合，實(shí)現(xiàn)立體式的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

R17定義的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，考慮到衛(wèi)星通信和地面通信的融合，針對(duì)衛(wèi)星波束地面高速移動(dòng)、衛(wèi)星高度帶來(lái)的傳播時(shí)延、衛(wèi)星與地面站連接切換等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了上下行時(shí)頻偏補(bǔ)償調(diào)整、傳輸時(shí)序關(guān)系增強(qiáng)、基于位置的移動(dòng)性管理增強(qiáng)等技術(shù)，初步解決了5G體系中衛(wèi)星通信的基本問(wèn)題。

此外，除了提供支持基于5G NR的NTN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范外，R17還提供了支持NB-IoT和eMTC等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與NTN融合的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。支持物聯(lián)網(wǎng)的NTN主要針對(duì)海運(yùn)、野外、能源采集、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等無(wú)法部署基站的場(chǎng)景，或者基站部署和維護(hù)難度、成本很大的場(chǎng)景。

R17標(biāo)準(zhǔn)中將NB-IoT和eMTC技術(shù)應(yīng)用于衛(wèi)星通信，設(shè)計(jì)了多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)天地物聯(lián)通信，為物聯(lián)網(wǎng)全球連接提供了支撐。實(shí)際上，除了R17版本外，3GPP針對(duì)NTN已有了長(zhǎng)期演進(jìn)的計(jì)劃，集中體現(xiàn)在5G R18版本標(biāo)準(zhǔn)和6G愿景中。

在已啟動(dòng)的5G R18標(biāo)準(zhǔn)中，針對(duì)NTN領(lǐng)域進(jìn)行了覆蓋增強(qiáng)、10GHz以上頻譜的支持、移動(dòng)性和業(yè)務(wù)連續(xù)性的進(jìn)一步增強(qiáng)、終端性能優(yōu)化、終端位置報(bào)告的網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證等方面的演進(jìn)，提升了NTN的性能。

6G面向的是空天地一體化通信的愿景，對(duì)NTN提出了更高的需求，需要實(shí)現(xiàn)與地面網(wǎng)絡(luò)更深層次的一體化融合。例如，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和組網(wǎng)一體化方面，專家提出將地面基站的部分或全部功能逐步遷移到星上，有效降低信令和業(yè)務(wù)的處理時(shí)延、提升用戶體驗(yàn)，并綜合利用星地的空口和硬件資源，實(shí)現(xiàn)更靈活網(wǎng)絡(luò)部署，核心網(wǎng)也要考慮衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)深度融合的部署方式，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的移動(dòng)性管理和資源管理；在頻譜一體化方面，業(yè)界認(rèn)為需要探索衛(wèi)星和地面頻率規(guī)劃及頻率共享新技術(shù)，使未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)基于需求實(shí)現(xiàn)頻率的統(tǒng)一分配和動(dòng)態(tài)共享，同時(shí)需要衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)頻率干擾協(xié)同和規(guī)避技術(shù)的進(jìn)步；終端一體化方面，面對(duì)當(dāng)前地面終端和衛(wèi)星終端差異較大的現(xiàn)狀，6G系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用統(tǒng)一的空口設(shè)計(jì)，推動(dòng)終端芯片一體化設(shè)計(jì)，并推動(dòng)天線技術(shù)、射頻技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)終端一體化，使用戶在統(tǒng)一終端中進(jìn)行空、天、地、海無(wú)縫切換和漫游。

推動(dòng)前期試驗(yàn)，3GPP陣營(yíng)的衛(wèi)星通信在行動(dòng)

在5G R17版本凍結(jié)后，推動(dòng)NTN的前期試驗(yàn)讓產(chǎn)業(yè)鏈各方對(duì)其商用能力進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)掌握這一領(lǐng)域的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。愛(ài)立信、泰雷茲、高通三方的5G太空項(xiàng)目就是前期試驗(yàn)的典型，在其公開(kāi)發(fā)布的聲明中可以看出針對(duì)5G NTN重點(diǎn)問(wèn)題的攻關(guān)。

其中，三家提到，測(cè)試的目標(biāo)是驗(yàn)證支持5G NTN所需的各種技術(shù)組件，包括5G智能手機(jī)、衛(wèi)星有效載荷和地面5G網(wǎng)絡(luò)部件。這項(xiàng)工作還希望驗(yàn)證5G NTN可以在智能手機(jī)組成元素中得到支持，從而使未來(lái)的5G智能手機(jī)與衛(wèi)星電話融合。愛(ài)立信計(jì)劃驗(yàn)證5G虛擬無(wú)線接入網(wǎng)技術(shù)，泰雷茲公司計(jì)劃驗(yàn)證一種適合部署在低軌衛(wèi)星上的5G衛(wèi)星有效載荷，通過(guò)高通提供的智能手機(jī)，驗(yàn)證5G NTN可以被未來(lái)的5G智能手機(jī)訪問(wèn)。

三者將使用地基設(shè)備來(lái)模擬在軌衛(wèi)星和5G智能手機(jī)連接之間的傳播速度和時(shí)延。對(duì)3GPP陣營(yíng)的廠商來(lái)說(shuō)，5G NTN作為3GPP支持的技術(shù)，將能夠利用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品和組件的大型生態(tài)系統(tǒng)，為技術(shù)供應(yīng)商提供了在設(shè)備間快速擴(kuò)展和兼容性的機(jī)會(huì)。在國(guó)內(nèi)，針對(duì)5G NTN的工作也有落地。

本月，紫光展銳聯(lián)合北京鵬鵠物宇科技發(fā)展有限公司率先完成全球首個(gè)基于R17 IoT NTN標(biāo)準(zhǔn)的 5G衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)上星實(shí)測(cè)。本次測(cè)試采用的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)終端基于紫光展銳IoT NTN芯片開(kāi)發(fā)，通過(guò)L波段衛(wèi)星，在預(yù)商用基站上完成了通信組網(wǎng)測(cè)試，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

測(cè)試中使用的衛(wèi)星是一顆位于赤道上空36000公里的商用地球同步軌道移動(dòng)通信衛(wèi)星，測(cè)試方攻克了測(cè)試終端面臨的長(zhǎng)時(shí)延和大衰減等技術(shù)難點(diǎn)，在與衛(wèi)星的通信距離長(zhǎng)達(dá)38000公里的條件下，成功完成了廣播、接入、數(shù)據(jù)傳輸?shù)韧ㄐ胚^(guò)程，并實(shí)現(xiàn)了多終端接入和并發(fā)通信業(yè)務(wù)的組網(wǎng)測(cè)試。

根據(jù)紫光展銳公開(kāi)信息，本次上星實(shí)測(cè)所用衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試終端，發(fā)射功率為23dBm，與手機(jī)相同，這意味著現(xiàn)有的終端已具備低功耗、小型化、輕量化等易用性優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用在豐富多樣的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中。而本次測(cè)試也意味著基于5G R17 IoT NTN標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)具備了可商用性。

目前，5G商用已超過(guò)3年，取得了多方面成效，已成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心底座。工信部數(shù)據(jù)顯示，截至5月底，全國(guó)建成開(kāi)通5G基站170萬(wàn)個(gè)，5G移動(dòng)電話用戶數(shù)達(dá)到4.28億戶，5G流量占移動(dòng)流量比重達(dá)到27.2%。5G應(yīng)用覆蓋國(guó)民經(jīng)濟(jì)40個(gè)大類，在全國(guó)200余家智慧礦山、1000余家智慧工廠、180余個(gè)智慧電網(wǎng)、89個(gè)港口、超過(guò)600個(gè)三甲醫(yī)院項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用。

5G行業(yè)虛擬專網(wǎng)加快建設(shè)，由去年7月的1655個(gè)提升至6518個(gè)，增長(zhǎng)近3倍，服務(wù)行業(yè)發(fā)展的能力明顯增強(qiáng)。在此基礎(chǔ)上，NTN實(shí)現(xiàn)了5G與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)協(xié)同部署，擴(kuò)展了面向海面、空域、無(wú)人區(qū)等區(qū)域的覆蓋，將有力消除地面偏遠(yuǎn)地區(qū)與發(fā)達(dá)地區(qū)的數(shù)字鴻溝，促進(jìn)數(shù)字化社會(huì)經(jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展，促進(jìn)5G效能進(jìn)一步發(fā)揮。