上一期,我們展望了5G-A和6G網絡將為社會生產生活帶來的變革,以及支撐新質生產力的發(fā)展。本期我們將聚焦業(yè)界熱點技術之一——衛(wèi)星通信。從傳統(tǒng)衛(wèi)星通信體制到5G NTN的出現(xiàn),衛(wèi)星通信技術為何在今天越發(fā)重要?我們離未來的泛在連接還有多遠?本文將深度為你解答。
回望過去數(shù)十年,地面蜂窩通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)各自取得長足發(fā)展,深刻地改變了人類社會的方方面面。
當移動通信走向萬物互聯(lián),地面蜂窩通信系統(tǒng)與“更高覆蓋效率”的衛(wèi)星通信系統(tǒng)將逐漸從競爭走向互補,走向融合。5G-A時代,衛(wèi)星通信讓5G的觸角擴展到更廣泛的移動平臺,5G NTN為代表的衛(wèi)星通信體制逐漸凸顯出其市場優(yōu)勢,加之衛(wèi)星通信技術及產業(yè)鏈縱深發(fā)展所帶來的爆發(fā)式需求,進一步加速了泛在通信智能連接的到來。
紫光展銳長期深耕NTN衛(wèi)星通信及天地一體化研究,在推進IoT NTN技術創(chuàng)新和產品商用落地的同時,已針對旨在提供更高連接速率的NR NTN技術進行深入研究,進一步挖掘技術演進與應用的價值空間,以推動衛(wèi)星通信系統(tǒng)商業(yè)化進展。
“通天蓋地”:無止盡的連接需求
衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為通信節(jié)點的一種無線通信方式。相對于地面蜂窩通信系統(tǒng),衛(wèi)星通信具有不受地理環(huán)境限制、信號覆蓋范圍廣、容易部署等優(yōu)點。
衛(wèi)星通信技術的起源可以追溯到20世紀60年代初期。最初的衛(wèi)星通信系統(tǒng)以提供語音、低速數(shù)據(jù)、物聯(lián)網等服務為主。但長期以來,由于衛(wèi)星技術受限、通信標準不完備、運營成本高、資費高昂以及地面蜂窩通信的有力競爭等諸多原因的影響,衛(wèi)星通信產業(yè)發(fā)展規(guī)模和業(yè)務普及率都不盡如人意,遠遠不能滿足人們泛在連接的需求。
隨著衛(wèi)星通信網絡建設和產業(yè)鏈上下游技術發(fā)展的日趨完善,衛(wèi)星通信走入大眾視野,逐漸應用于民用領域:可回收火箭發(fā)射技術和液氧甲烷火箭發(fā)動機技術的成熟大大降低了衛(wèi)星發(fā)射成本,加快了衛(wèi)星互聯(lián)網建設速度;可折疊衛(wèi)星天線技術、星載功放技術和多波束賦形等技術的創(chuàng)新極大地增強了衛(wèi)星能力,能夠提供更豐富的通信業(yè)務;終端天線技術、芯片技術的創(chuàng)新實現(xiàn)了衛(wèi)星通信功能在智能手機中的融合,使得衛(wèi)星通信功能在消費電子領域的應用持續(xù)升溫。
目前,全球蜂窩移動網絡僅覆蓋了20%的陸地面積和5%的海洋面積,航空、遠洋、漁業(yè)、石油、環(huán)境監(jiān)測等更廣大的特殊區(qū)域仍需依靠衛(wèi)星通信滿足。
行業(yè)進入傳統(tǒng)與創(chuàng)新并存
自上世紀六十年代以來,衛(wèi)星通信體制標準持續(xù)發(fā)展演進,主要分為傳統(tǒng)衛(wèi)星通信體制和3GPP NTN類衛(wèi)星通信體制兩大類技術路線。
不同技術路線對比
3GPP(第三代合作伙伴計劃)作為引領全球通信領域的主導性標準化組織,針對衛(wèi)星與5G新空口(New Radio, NR)技術一體化發(fā)起了一系列研究,并將該一體化技術命名為“非地面網絡(Non-Terrestrial Network,NTN)”。2022年6月,3GPP R17版本正式發(fā)布5G NTN第一個標準規(guī)范,適應窄帶、寬帶衛(wèi)星通信,2023年12月完成R18 NR NTN/IoT NTN功能凍結(3GPP NR NTN/IOT NTN技術演進見下圖)。
窄帶(IoT NTN)技術可以支持數(shù)Kbps的信息速率,可應用在低速手機直連衛(wèi)星場景和衛(wèi)星物聯(lián)網場景。寬帶(NR NTN)技術是在5G NR技術基礎上發(fā)展起來的。相比IoT NTN的180KHz帶寬,NR NTN的系統(tǒng)帶寬可達數(shù)MHz,甚至數(shù)十MHz,可以提供數(shù)十Mbps的傳輸速率,可應用在更廣泛的場景,包括手機直連衛(wèi)星、衛(wèi)星物聯(lián)網、衛(wèi)星車聯(lián)網、衛(wèi)星互聯(lián)網等典型場景。NR NTN技術可適用于高、低軌衛(wèi)星。由于NR NTN系統(tǒng)帶寬較大,對衛(wèi)星的功率資源要求更高,相比高軌衛(wèi)星,低軌衛(wèi)星傳輸距離近,傳輸損耗小,能更好的平衡功率資源和頻率資源。
與地面蜂窩通信系統(tǒng)必須統(tǒng)一通信標準不同的是,衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有全球覆蓋、易獨立組網的特點,其通信標準也突破單一化,更趨多元融合性。當前,在大量存量的衛(wèi)星通信系統(tǒng)和在建的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中,傳統(tǒng)衛(wèi)星通信技術路線和3GPP NTN標準技術路線仍正在被廣泛沿用,而且將長期并存。相比而言,3GPP NTN技術基于地面蜂窩通信技術發(fā)展而來,可復用地面蜂窩通信產業(yè),更快促進衛(wèi)星通信走進千萬家。
芯片之上,寰宇之下
終端芯片是NTN產業(yè)鏈的基石,研發(fā)進度和成熟度對產業(yè)規(guī)模應用的影響極大。
目前產業(yè)鏈各方已針對IoT NTN開展了較深入的工作,包括芯片研制、終端研制、網絡設備研制、NTN網絡運營探索。基于R17 IoT NTN技術,業(yè)界已對短消息、語音對講等業(yè)務,從架構、協(xié)議、設備等各方面驗證了技術落地能力。
NR NTN是通向未來空天地融合演進的重要技術,相關標準化工作與測試驗證等創(chuàng)新實踐在2023年陸續(xù)落地,為后續(xù)大規(guī)模應用提供了基礎性的實測與論證依據(jù)。
紫光展銳推出首顆支持3GPP R17 IoT NTN標準的衛(wèi)星通信SOC芯片V8821。圍繞V8821,紫光展銳實現(xiàn)了多項從“0”到“1”的突破性創(chuàng)新。
創(chuàng)新性地采用動態(tài)時隙邊界調整等軟件技術,在量產芯片V8811上快速實現(xiàn)IoT NTN衛(wèi)星通信技術;
在首版3GPP IoT NTN標準凍結之際,完成全球首個GEO衛(wèi)星雙向數(shù)據(jù)傳輸技術驗證試驗;
開創(chuàng)性地研發(fā)了基于精簡IMS SIP信令集的NTN語音技術,使得V8821成為當前全球唯一支持IMS語音通話能力的IoT NTN芯片,并于2023年完成全球首次基于IoT NTN的雙向語音通話端到端上星試驗,通話質量符合預期;
突破標準演進限制,研發(fā)IoT NTN系統(tǒng)容量提升方案,包括系統(tǒng)廣播資源壓縮、SPS增強、EDT增強、HARQ關閉等,提升系統(tǒng)容量50%以上,為IoT NTN商用做好準備。
針對NR NTN,紫光展銳攜手合作伙伴相繼開展了高低軌端到端數(shù)據(jù)傳輸模擬驗證,更好平衡功率資源和頻率資源,以滿足終端直連衛(wèi)星的通信連接需求。
天地一體,未來已來
雖然當前全球在推動天地一體化網絡的過程中取得了一些進展,但仍然面臨規(guī)模測試難度大、衛(wèi)星通信與地面通信體系互通難度大、業(yè)務管理和融合運營難度大等諸多挑戰(zhàn)。
衛(wèi)星通信在6G時代將承載更重要的角色。ITU-R的6G建議書將5G的三大應用場景擴展為6G的六大應用場景,催生出了全新的應用場景——感知通信一體化、AI通信一體化和泛在連接,以提升生產效率,提高生活品質。其中,天地一體化是實現(xiàn)泛在連接的支柱性技術之一,同時也是未來6G的基本網絡形態(tài),其最終目標是衛(wèi)星與地面通信網絡的業(yè)務融合、空口融合、網絡架構融合、管理融合、頻率融合、平臺融合和終端融合,需要全產業(yè)鏈協(xié)同合作,推動融合通信加速到來。
萬物互聯(lián)已成為現(xiàn)實,衛(wèi)星通信開啟了新的連接想象,也為人們窺見未來6G與天地一體化打開了一扇窗,它將激發(fā)怎樣的應用革新,值得拭目以待。
審核編輯:劉清
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原文標題:紫光展銳先進技術科普 | 衛(wèi)星通信,開啟新的連接想象
文章出處:【微信號:gh_2c8fa897d02f,微信公眾號:紫光展銳UNISOC】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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