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危楼高百尺，手可摘星辰。自古以来人们就对星空充满了想象。经过千余年科技的发展，“摘星辰”的梦想虽然依旧遥远，但是天地一体的通信却变成了现实。
在业务需求和技术发展的双重驱动下，卫星通信、空间通信与地面通信相互融合，一体化发展的思路被广泛关注。卫星通信与地面通信融合发展将极大地提升人类在极端环境下的通信能力，为人们的生命财产安全保驾护航。
卫星通信是未来网络的必然演进方向
近些年，地面蜂窝通信技术蓬勃发展，从4G改变生活，到5G改变社会，地面移动通信发展取得丰硕成果。但受限于建设难度和建设成本，全球仍有25%的人口（约20亿人）未接入互联网，仍有80%的陆地和95%以上的海洋未被移动通信网络覆盖，尤其是沙漠、山地、海洋等区域，地面蜂窝通信覆盖难度大、成本高。
卫星通信具有覆盖范围广、不受地理环境限制等优点，可在偏远地区对地面蜂窝通信网络进行补充。我国领土、领海面积广阔，地理环境复杂，在偏远山区、沙漠、海洋等区域建设基站成本过高；而卫星通信能够作为地面通信的有效延伸，提供全天候的通信服务，满足人们的信息交互需求。除满足日常的通信需求外，卫星通信还能为紧急救援提供通信支持，即便在地面通信设施被破坏或中断的情况下，也能及时提供有效的通信手段。
卫星通信是未来网络的必然演进方向，发展卫星通信能够促进天地一体、万物互联。据工信部统计，我国已建成全球规模最大、技术领先的5G网络。然而，发展卫星通信依然迫在眉睫。无论是轨道资源还是频谱资源，在ITU“先到先得”的规则下，我国需要迅速抢占卫星资源。与此同时，新一代卫星移动通信系统正在由窄带话音向宽带话音及数据传输发展，从管道服务向移动互联网和移动物联网演进，加速了我国布局卫星互联网的步伐。
今年我国产业界也在探索卫星通信的大众消费场景方面做出了有益的尝试。“长期以来卫星通信领域发展最大的瓶颈是用户太少，很多星座发展了几十年，也无非是百万级的用户，最多的也就千万级的用户。”NI亚太区商业航天业务负责人刘金龙对记者讲道，没有用户和使用场景，就没有动力迭代技术。今年华为给大众普及了手机直连功能，虽然是短报文和语音功能，但实质性地走进了大众消费领域，可能使用户市场出现数量级的飞跃，这就有了无限的想象空间，为技术和产业发展提供了强大的支撑。
手机直连是卫星互联网拓展大众市场应用的基础，据美国北方天空研究所2022年预计，未来10年手机直连市场规模约为668亿美元。卫星物联网还具有广阔的市场空间，据ABI Research宣称，到2024年将有2400万个物联网设备通过卫星连接。麦肯锡公司预测，天基物联网的产值在2025年可达5600亿至8500亿美元。
“卫星互联网产业链涉及诸多领域，对于上游产业链来说，将带动低成本相控阵芯片等原材料、电子元器件发展；对于中游产业链而言，将促进大规模、低成本的卫星制造和卫星发射技术发展，改变传统航天产业模式；对于产业链下游来说，将大大促进应急、海洋、无人驾驶等垂直行业的信息化发展。”广州爱浦路网络技术有限公司卫星与6G事业部总经理连全斌博士讲道。
5G NTN即将迎来产业爆发期
5G NTN(non-terrestrial network，非地面网络)标准总体演进趋势是实现地面移动通信网络和卫星互联网融合，构建天地一体化信息网络。通过NTN技术能够将地面基站与卫星结合起来，并完全融合在一起，这带来了巨大的想象空间，也打通了5G和卫星通信原本两个完全独立发展技术间的壁垒。
3GPP在制定5G R15标准时，就提出了NTN概念并开展了NTN研究项目，定义了NTN部署场景和相关系统参数，确定了需进一步评估的关键领域。R16标准研究并确定了NR支持NTN应用的基础功能，同时对3GPP技术规范组RAN的研究内容给出了具体建议。R17启动了NTN物联网场景研究，并于2022年6月冻结。目前，R18正在开展对物联网NTN增强管理和适用于NR的NTN网络的进一步研究。相关企业也基于5G NTN开展了全方位的研发和测试工作。
随着5G NTN关键技术突破、3GPP标准完善以及国内产业链的发展壮大，未来几年5G NTN产业将迎来爆发式发展。未来5G NTN将朝着星地协同的方向发展，提供无感知一致服务，实现卫星与地面通信网络的业务融合、空口融合、网络架构融合、管理融合、频率融合、平台融合和终端融合。地面网络与非地面网络也将融合为一张网，形成具有大时空尺度的多层异构融合网络。星地融合，未来可期。
星地融合通信网络是一个星地立体通信网络。面对卫星通信链路时延长、网络拓扑高速动态变化等技术挑战，中信科移动突破了多项关键技术，研制出符合3GPP R17 NTN国际标准的原型设备以及整体解决方案。通过持续在轨测试，实现了现阶段卫星网络和地面网络的互联互通，取得了5G NTN技术的重大试验突破。
芯片是卫星通信的重要环节，作为世界领先的平台型芯片设计企业，紫光展锐在5G NTN标准化研究、业务验证和产品开发上持续发力。截至今年初，紫光展锐已完成全球首次L频段、S频段5G NTN技术上星验证。紫光展锐发布的首款5G NTN卫星通信芯片V8821，其单芯片平台上集成了基带、射频、电源管理、存储等通信设备常用功能。这些技术优势所带来的功耗低、面积小以及可靠性高等特性，使V8821能够支持不同终端类型在各个垂直领域实现持续畅通的连接应用。
空间融合信息网络具有规模庞大、结构复杂、网络高度动态、异构、链接不稳定等特点，存在大量技术挑战，因此在实施建设前，需要在半实物仿真平台的基础上通过实验验证测试网络架构、性能、技术难点、兼容性等。
NI提供通用的自动化测试、测量和分析解决方案，开放的软件平台和模块化的硬件以及在测试测量领域软件定义的理念，广泛应用在电子类的工业领域，包括通信和卫星，并在本地形成了基于NI平台开发的技术生态。基于NI软件无线电平台，可以模拟信关站、星地信道、用户终端等，支持验证卫星、飞机、高空平台等网络动态接入，以及物理资源高效调度等物理层解决方案；为相关上层实验提供参数、要素的支撑，并将相关技术纳入仿真平台，开展集成演示验证；支撑预研类科研项目，如5G NR通信体制在NTN网络中的性能、星载相控阵天线数字波束成形预编码算法验证等。
爱浦路一直专注于移动核心网的技术和产品研发，重点布局5G NTN核心网（包括地基卫星核心网、星载轻量化卫星核心网）和天地一体化网络仿真平台的研发工作。爱浦路早在2019年就开始了卫星核心网的研发工作，先后为多个商业航天项目提供卫星核心网产品，在国内率先开发出星载UPF网元。目前星载UPF网元已经在地面完成与卫星的联调测试，即将开展在轨卫星测试。
针对我国在天地一体化网络领域的软件仿真需求，爱浦路开发出了业界首个能实现对天地一体化网络端到端系统建模仿真的软件平台，该平台将卫星星座仿真（以STK软件为代表）和网络仿真（以OPNET软件为代表）功能无缝融合，可实现天地一体化信息网络端到端全景模拟仿真。除了软件虚拟仿真功能外，平台还具备接入实体基站、终端等实物设备能力，可根据不同场景的需要构建虚实结合的天地一体化网络数字孪生仿真系统。
*本文刊载于《通信世界》总第931期 2023年11月10日 第21期
原文标题:《星地融合，未来可期》
作者：程琳琳
责编/版式：盖贝贝
审核：舒文琼
监制：刘启诚
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