星地融合→→→6G移动通信关键技术的未来

来源：人民邮电报

作者：柯文

卫星通信与地面移动通信融合构建全球无缝覆盖的星地融合网络，这一趋势作为未来6G网络技术发展的重要方向得到业界广泛认可，成为当前学术界和产业界研究的热点。

中国信科副总经理、专家委主任，无线移动通信国家重点实验室主任，IEEEFellow陈山枝博士在3月24日的全球6G技术大会上作了《关于星地融合移动通信的认识与思考》专题报告，提出了三点认识与三点思考，受到业界广泛关注。

认识一：

卫星通信与地面蜂窝通信

由竞争转为互补

在20世纪90年代，地面蜂窝移动通信（GSM和CMDA）和低轨道卫星通信（铱星系统）在全球是竞争关系。虽然地面移动通信从2G到3G、4G和5G得到了快速发展及广泛应用，但只覆盖约20%的陆地面积和6%的地球表面积。随着人类活动空间日益拓展和行业及军事应用，对具有覆盖范围广、受地理条件限制小等特性的卫星通信有着强烈需求。因此，卫星通信与地面移动通信在5G/6G走向互补关系，共同构建覆盖全球的星地融合通信网络是大势所趋。

相对高轨卫星通信，低轨卫星具备成本低、通信时延低、速率高、容量大等特性。因此，低轨卫星互联网作为地面蜂窝网络的补充有着巨大优势。低轨卫星可以以较低的发射成本和低时延等高使用价值投入商业应用，通过星座组网实现全球无缝覆盖。低轨卫星以星地融合方式扩展地面移动通信的无线覆盖范围，在Ka/Ku高频段实现星地高速宽带移动通信，还可以在8GHz以下中低频段内实现地面手机或手持终端直接与低轨卫星的中低速通信。

认识二：

卫星互联网与

地面蜂窝系统走向融合

陈山枝总结说，卫星通信系统由窄带话音向宽带数据传输发展，从通信管道服务向移动互联网和移动物联网演进，从行业应用向普遍服务转变。各科技大国从2014年左右开始发展宽带卫星星座。

然而，由于现有卫星通信系统标准化程度低，导致卫星通信系统成本高、应用范围小。同时，宽带卫星通信系统有着诸多不足：现有协议体制多、不兼容，产业规模小、成本高，资源调度灵活性不足、效率和可靠性低、服务质量得不到保障。虽然实现了空口基本传输的底层协议标准化，但是极少涉及系统上层协议标准、系统构建、测试等，缺乏支持网络切换、灵活传输架构、星间接口、网络安全等组网必要的能力。

从2017年到2022年，ITU、3GPP和ETSI大力开展并推动基于5G体制的卫星通信探索。3GPP开始将卫星网络划入非地面网络（NTN）开展研究与标准化。这些举措拉开了卫星通信体制与地面蜂窝通信体制走向融合的序幕。

认识三：

不同需求

有不同星地组网模式

由于卫星的形态类型和轨道差异，且星上处理能力与地面存在较大差异，星地融合网络架构需要考虑网络部署的灵活性和扩展性，兼顾透明转发或星上处理，考虑不同的传输条件、不同的传输时延以及链路动态切换、地面信关站等因素。

因此，根据不同的应用需求和成本等条件约束有三种组网模式。一是透明转发的独立组网，与地面网络互联互通。二是高频段星上处理独立组网，与地面网络互联互通。三是中低频段星地联合组网，实现手持终端直接接入卫星。

思考一：

四类技术应对低轨卫星通信

与地面蜂窝通信的差异

对于低轨卫星通信与地面蜂窝通信的差异，陈山枝分析指出，差异因素包括信道传播特性不同、卫星高速移动对同步性能影响、卫星高速移动对调制解调方案性能影响、传播距离和时延对于信号波形和传输方案影响、卫星高速移动带来移动性管理问题、卫星高速移动对寻呼方案影响、网络架构影响等。

在应对措施方面，他全面分析了需要考虑的四类关键技术。

1、基础问题，包括信道建模、链路与系统评估方法、链路预算和频率复用等。

2、组网架构，包括透明转发、星上处理和星间链路等。

3、物理层关键技术，包括波形、传输参数、调制、参考信号、信道设计和物理层过程等。

4、高层关键技术，包括寻呼、移动性管理、路由和用户面协议等。

思考二：

星地融合发展路径，

从5G体制兼容走向6G系统融合

在星地融合的5G体制兼容阶段，属于星地独立网络或者星地互补网络、星地混合网络，卫星通信体制借鉴5G。在6G时代，星地融合需要提升网络频率资源利用率、实现天地频谱共享共用；同时，通过天地协作传输提升业务支持能力和传输效率，构建绿色高效节能的网络通信环境。

他特别强调，与5G体制兼容的星地融合相比，未来6G是在设计之初就考虑系统融合。

这些融合包括七个方面：一是体制融合，统一空口体制；二是网络融合，全网统一网络架构；三是管理融合，统一资源调度与管理；四是频谱融合，频率共享共用，协调管理；五是业务融合，统一业务支持和调度；六是平台融合，网络平台采用一体化设计；七是终端融合，统一终端标识与接入方式。用户终端、信关站或者卫星载荷可大量采用地面网络技术成果。

思考三：

6G星地融合是移动通信

的关键技术方向

未来6G星地融合是多个异构接入网络的一体融合，具有多层立体、动态时变的特点，多层复杂跨域组网导致网络架构设计困难，大尺度空间传播环境导致传输效率低，卫星的高速运动会导致网络拓扑高动态变化，进而导致业务质量难以保障。对于6G星地融合组网所面临的巨大挑战，陈山枝提出了关键技术突破的四个方向。

在6G星地融合的网络架构方面，需研究卫星与地面蜂窝通信架构的统一设计。一是通过设计弹性可重构的灵活网络架构，实现星地网络节点间网络功能的柔性分割。二是通过设计高效的多域多维度网络管理架构，提高星地融合网络中的资源管理效率。

在6G星地融合的空口传输方面，需研究卫星与地面蜂窝通信的统一无线空口设计方案，支持多种业务传输，让终端可以极致简单地接入最合适的星地网络节点。

在6G星地融合的组网技术方面，需主要研究小区间频率规划、多层网络间自适应路由和星地星间无缝切换、星地一体多级边缘计算任务迁移等。

在6G星地融合的频率管理方面，需研究基于统一管理的网络频谱资源、星地间频谱的协调管理机制。通过频谱共享和干扰管理方案，提高频谱资源利用率。

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