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【衛(wèi)星+5G】衛(wèi)星通信與地面5G融合技術(shù)初探（一）
2019-12-25 / 閱讀次數(shù)：3196
轉(zhuǎn)自 | 衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)
作者 | 汪春霆 李寧 翟立君 盧寧寧
摘要：近年來，衛(wèi)星通信在全球迎來新一輪發(fā)展熱潮，地面第五代移動通信（5G）也即將進入商用，衛(wèi)星通信與地面5G的融合成為衛(wèi)星界和地面界討論的新熱點。本文首先介紹了5G通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信以及衛(wèi)星通信與5G融合的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了衛(wèi)星5G融合的發(fā)展趨勢；進而給出了衛(wèi)星5G融合的初步思路，包括體系架構(gòu)設(shè)計、空中接口設(shè)計、基于SDN/NFV的網(wǎng)絡(luò)虛擬化部署以及協(xié)議優(yōu)化等，并對融合可能存在的問題進行了探討；接下來對衛(wèi)星5G融合的關(guān)鍵技術(shù)進行了梳理；最后，給出了未來衛(wèi)星與5G相融合的應(yīng)用場景。
一、概述
相比地面移動通信網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星通信利用高、中、低軌衛(wèi)星可實現(xiàn)廣域甚至全球覆蓋，可以為全球用戶提供無差別的通信服務(wù)。銥星（Iridium）、海事衛(wèi)星（Inmarsat）、瑟拉亞（Thuraya）等商用移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)為海上、應(yīng)急及個人移動通信等應(yīng)用提供了有效的解決方案；O3b、OneWeb、Starlink等中低軌衛(wèi)星星座將衛(wèi)星通信服務(wù)與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)相融合，為衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)注入新的活力。同時，未來地面第五代移動通信（5G）將具備完善的產(chǎn)業(yè)鏈、巨大的用戶群體、靈活高效的應(yīng)用服務(wù)模式等。衛(wèi)星通信系統(tǒng)與5G相互融合，取長補短，共同構(gòu)成全球無縫覆蓋的海、陸、空、天一體化綜合通信網(wǎng)，滿足用戶無處不在的多種業(yè)務(wù)需求，是未來通信發(fā)展的重要方向。衛(wèi)星與5G的融合將充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，為用戶提供更全面優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，主要體現(xiàn)在：
● 在地面5G網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋的偏遠地區(qū)、飛機上或者遠洋艦艇上，衛(wèi)星可以提供經(jīng)濟可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，將網(wǎng)絡(luò)延伸到地面網(wǎng)絡(luò)無法到達的地方。
● 衛(wèi)星可以為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及飛機、輪船、火車、汽車等移動載體用戶提供連續(xù)不間斷的網(wǎng)絡(luò)連接，衛(wèi)星與5G融合后，可以大幅度增強5G系統(tǒng)在這方面的服務(wù)能力。
● 衛(wèi)星優(yōu)越的廣播/多播能力可以為網(wǎng)絡(luò)邊緣及用戶終端提供高效的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)。
二、發(fā)展現(xiàn)狀
1、第五代移動通信系統(tǒng)（5G）
2018年6月，隨著5G新空口(NR: New Radio)獨立組網(wǎng)功能的凍結(jié)，5G已經(jīng)完成第一階段的全面標(biāo)準(zhǔn)化工作，進入全面產(chǎn)業(yè)化階段，預(yù)計2020年實現(xiàn)全面商用。
與前幾代移動通信相比，5G的系統(tǒng)性能大幅提高，峰值速率可達10Gbps～20Gbps，用戶體驗速率可達100Mbps～1Gbps，連接數(shù)密度每平方公里可達100萬，每平方米流量密度可達10Mbps，能夠支持500km/h運動情況下的通信。
從業(yè)務(wù)能力來說，5G能夠滿足更為豐富的業(yè)務(wù)需求。過去幾代移動通信主要實現(xiàn)“人與人”之間的通信；而在5G時代，還要實現(xiàn)“人與物”、“物與物”之間的高效通信，最終實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”。國際電信聯(lián)盟（ITU）將增強的移動寬帶（eMBB）、高可靠低延遲通信（uRLLC）以及大規(guī)模機器通信（mMTC）定義為5G的三大主要應(yīng)用場景。
5G支持包含毫米波在內(nèi)的廣泛的工作頻段，利用大規(guī)模多天線（Massive MIMO）、高效的信道編碼技術(shù)、非正交多址、多載波等關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)更高的頻譜效率和系統(tǒng)容量；在5G網(wǎng)絡(luò)中，核心網(wǎng)的概念進一步弱化，網(wǎng)絡(luò)功能下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，從而降低數(shù)據(jù)平面與控制平面的傳輸延時，通過軟件定義網(wǎng)路（SDN）/網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）等技術(shù)實現(xiàn)控制轉(zhuǎn)發(fā)分離，以及網(wǎng)元功能與物理實體的解耦，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的高效管控與分配。
從具體技術(shù)發(fā)展上看，大規(guī)模天線目前在用戶水平分散分布與水平+垂直分散分布兩個測試場景下，峰值吞吐量達到4Gbps@100MHz。SCMA（華為）、MUSA（中興）、大唐（PDMA）等非正交多址方案下行吞吐量增益達到86%、上行接入能力提升了3倍。華為測試了Ploar碼，比較于目前LTE采用的turbo碼，在靜止場景下短碼性能增益提升0.35-0.48dB、長碼性能增益提升0.35-0.6dB，在移動場景下短碼性能增益提升約0.34dB、長碼增益提升約0.37dB。在高頻段通信方面，愛立信在15GHz頻段測試中，室外視距/非視距環(huán)境平均下行吞吐量分別為7.2Gbps和5.1Gbps。2018年，華為與日本NTT的28GHz外場測試中，信號覆蓋距離達到了1.2km，網(wǎng)絡(luò)下行吞吐率達到4.52Gbps、上行達到了1.55Gbps。
2018年8月，在IMT2020推進組組織的中國5G技術(shù)研發(fā)試驗第三階段測試中，華為、愛立信等完成了5G 獨立組網(wǎng)（Standalone，SA）的C頻段測試，這標(biāo)志著5G商用已具備基礎(chǔ)。同期，中興通信聯(lián)合中國電信在雄安區(qū)實現(xiàn)了首個5G覆蓋和全景直播試驗，面向白洋淀五水共治、智慧治水應(yīng)用，展示了5G在未來新型智慧城市和生態(tài)治理等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。在終端方面，華為于2018年2月發(fā)布了G商用芯片“Balong 5G01”，同時支持Sub6GHz（低頻）和mmWave（高頻），支持SA和NSA，可實現(xiàn)2.3Gbps的傳輸速率。高通推出的X50調(diào)制解調(diào)器主要面向28GHz，Intel推出的XMM 8060 則主要面向Sub6GHz。
2、衛(wèi)星通信發(fā)展現(xiàn)狀
截止2017年底，全球在軌通信衛(wèi)星數(shù)量805顆，占在軌衛(wèi)星總數(shù)的45%。
典型地球同步軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)有Inmarsat、Thuraya、TerreStar、SkyTerra等系統(tǒng)。已經(jīng)發(fā)展到第五代的國際海事衛(wèi)星（Inmarsat）系統(tǒng)采用Ka頻段，實現(xiàn)了從移動通信向大容量、高帶寬方向的發(fā)展，對于60cm口徑地面終端可提供50Mbps接收、5Mbps發(fā)送。美國衛(wèi)訊公司的Viasat是典型的寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其Viasat-1容量140Gbps，ViaSat-2衛(wèi)星容量達到300Gbps。
典型的低軌通信衛(wèi)星星座，如銥星系統(tǒng)（Iridium），1987年由美國摩托羅拉公司提出，1998年完成由72顆低軌通信衛(wèi)星組網(wǎng)的第一代系統(tǒng)建設(shè)，主要為手持移動電話用戶提供全球個人通信服務(wù)，目前正在部署的下一代系統(tǒng)（Iridium Next），提供通信、氣候變化監(jiān)視、多光譜對地成像等綜合業(yè)務(wù)。
近年來，互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座的發(fā)展突飛猛進，典型的代表系統(tǒng)包括O3b、一網(wǎng)系統(tǒng)（OneWeb）和SpaceX計劃打造的Starlink互聯(lián)網(wǎng)星座。其主要特征包括：多采用中、低軌道，相比同步軌道衛(wèi)星可以大幅度降低往返傳輸延時，使衛(wèi)星傳輸?shù)捏w驗可以與地面光纖相媲美；采用幾十甚至幾百顆小衛(wèi)星星座組網(wǎng)實現(xiàn)大范圍覆蓋，通過模塊化設(shè)計大幅度降低衛(wèi)星生產(chǎn)成本，從而降低通信資費，為用戶提供平價的通信服務(wù)；多采用Ka或Ku頻段，系統(tǒng)容量大幅度提高，例如O3b的單波束可以提供1.6Gbps的傳輸速率，每顆星70個波束，OneWeb單星容量5-8Gbps，系統(tǒng)總?cè)萘砍^7Tbps，可以為0.36 m口徑天線的終端提供50 Mbit/s的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)?？梢詾閭鹘y(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)架設(shè)成本過于昂貴的地區(qū)提供高速寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。
我國衛(wèi)星通信系統(tǒng)經(jīng)過幾十年獨立自主發(fā)展，已形成一定建設(shè)規(guī)模。目前正在發(fā)展以固定業(yè)務(wù)為主的高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)和以移動業(yè)務(wù)為主的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，低軌通信衛(wèi)星也進入試驗階段，發(fā)展歷程如圖1所示。
圖 1我國衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展歷程
民用衛(wèi)星通信領(lǐng)域，主要建設(shè)發(fā)展中星、亞太系列通信廣播衛(wèi)星系統(tǒng)，通信業(yè)務(wù)基本實現(xiàn)亞洲、歐洲、非洲、太平洋等區(qū)域覆蓋，在全球衛(wèi)星空間段運營服務(wù)商排名第六位。目前，在軌運行C、Ku、Ka頻段的民用通信衛(wèi)星共15顆。我國高通量寬帶衛(wèi)星發(fā)展剛剛起步，整體技術(shù)水平、系統(tǒng)容量和服務(wù)能力與國外先進衛(wèi)星系統(tǒng)尚有差距，2017年發(fā)射的首顆高通量Ka寬帶衛(wèi)星“中星16號”，容量達到20Gbps。2016年我國發(fā)射的“天通一號”01星是我國自主建設(shè)的首顆移動通信衛(wèi)星，采用透明轉(zhuǎn)發(fā)器，窄帶單載波傳輸體制，常規(guī)模式業(yè)務(wù)支持最低1.2Kbps電路域話音、最高分組域384Kbps的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
圖 2天通1號衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)
低軌通信衛(wèi)星系統(tǒng)方面，我國正在規(guī)劃的系統(tǒng)主要包括國家科技創(chuàng)新-2030重大項目“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)低軌接入網(wǎng)”，航天科技集團的“鴻雁工程”、航天科工集團的“虹云工程”等。天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)重大項目低軌接入網(wǎng)軌道高度800~1100km，提供全球無縫覆蓋的移動、寬帶通信服務(wù)，支持航空/航海監(jiān)視、頻譜監(jiān)視、導(dǎo)航增強以及廣域物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)等。鴻雁星座軌道高度1100公里，由324顆衛(wèi)星組成，支持移動通信、寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入、物聯(lián)網(wǎng)接入、熱點信息推送、導(dǎo)航增強、航空航海監(jiān)視六大應(yīng)用；虹云工程軌道高度1040公里，由156顆星組成，支持互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
從衛(wèi)星通信的發(fā)展歷程來看，目前分立的衛(wèi)星通信系統(tǒng)逐步向著天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、天地一體的方向發(fā)展。一方面，需求和市場牽引天基網(wǎng)絡(luò)走向泛在，天基、地面網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢結(jié)合互補，各類應(yīng)用滲透到陸海空天各個角落和人們生活的方方面面。另一方面，在科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動下，天基網(wǎng)絡(luò)的容量快速增大、速率顯著提高、服務(wù)不斷拓展、成本明顯降低，正在顛覆傳統(tǒng)的電信行業(yè)概念，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新。
三、衛(wèi)星通信與5G的融合
1、星地融合通信的發(fā)展歷史
從上世紀(jì)90年代開始，隨著移動衛(wèi)星通信的發(fā)展，關(guān)于衛(wèi)星與地面移動通信相互融合的討論與嘗試就從未停止。地面移動通信系統(tǒng)為用戶提供了便捷的服務(wù)，然而在山地、荒漠及海上等地區(qū)，由于基站架設(shè)困難，衛(wèi)星成為地面的補充和延伸。隨著地面移動通信系統(tǒng)的世代更替，衛(wèi)星與地面的相互融合也隨之不斷發(fā)展。
早期的MSAT系統(tǒng)采用地面模擬蜂窩網(wǎng)技術(shù)；Thuraya系統(tǒng)在設(shè)計過程中采用了類似GSM/GPRS體制的GMR標(biāo)準(zhǔn)；低軌衛(wèi)星星座銥星和GlobalStar的空中接口則是以GSM和IS-95作為藍本。Imarsat-4衛(wèi)星系統(tǒng)采用的IAI-2標(biāo)準(zhǔn)以及ETSI發(fā)布的S-UMTS標(biāo)準(zhǔn)均基于WCDMA框架設(shè)計。在國內(nèi)，從2010年開始，我國啟動了一系列基于LTE標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)星移動通信技術(shù)研究，并于2012年5月向國際電聯(lián)提交了衛(wèi)星通信系統(tǒng)LTE標(biāo)準(zhǔn)草案。2016年發(fā)射的天通一號衛(wèi)星在空中接口的設(shè)計上也借鑒并部分采用了3GPP的標(biāo)準(zhǔn)。
值得一提的是美國光平方公司（前身為美國移動衛(wèi)星風(fēng)險公司MSV）的SkyTerra系統(tǒng)，其主要思路是通過布設(shè)地面輔助基站（Ancillary Terrestrial Component, ATC）來解決衛(wèi)星在城市及室內(nèi)覆蓋不佳的問題。衛(wèi)星與基站復(fù)用同一頻段，空中接口信號格式幾乎相同，終端可以在衛(wèi)星與地面基站間無縫切換，用戶無需使用雙模終端即可在全美國范圍內(nèi)使用SkyTerra提供的WiMAX、LTE等4G無線寬帶網(wǎng)絡(luò)。同樣采用地面輔助基站實現(xiàn)星地融合的系統(tǒng)還有支持4G的同步軌道衛(wèi)星TerreStar，其地面網(wǎng)絡(luò)由美國電話電報公司（AT&T）提供，借助18.28米直徑的S頻段可展開天線，TerreStar可以直接支持地面網(wǎng)級別的手持機。
近年來快速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座采用基于統(tǒng)一的IP交換技術(shù)，實現(xiàn)與地面互聯(lián)網(wǎng)的融合互通。在市場策略上，互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座摒棄了銥星（Iridium）系統(tǒng)建設(shè)運營初期獨立建網(wǎng)、與地面移動通信相競爭的策略，轉(zhuǎn)而與電信運營商開展合作。用衛(wèi)星為蜂窩提供回程服務(wù)，解決“最后1公里”的問題，或是將衛(wèi)星接收設(shè)備做小區(qū)“熱點”，拓展現(xiàn)有的地面網(wǎng)絡(luò)，用戶可以使用現(xiàn)有的智能手機和平板電腦訪問衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。
2、5G時代星地融合的新發(fā)展
國際進展情況
隨著5G技術(shù)的日益成熟，衛(wèi)星與5G的融合也引起了許多關(guān)注，包括3GPP、ITU在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化組織成立了專門工作組著手研究星地融合的標(biāo)準(zhǔn)化問題，業(yè)內(nèi)的部分企業(yè)與研究組織也投入到星地一體化的研究工作當(dāng)中。
① ITU
針對衛(wèi)星與地面5G融合的問題，國際電信聯(lián)盟（ITU，International Telecommunication Union）提出了星地5G融合的4種應(yīng)用場景，包括中繼到站、小區(qū)回傳、動中通及混合多播場景，并提出支持這些場景必須考慮的關(guān)鍵因素，包括多播支持、智能路由支持、動態(tài)緩存管理及自適應(yīng)流支持、延時、一致的服務(wù)質(zhì)量、NFV（Network Function Virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）/SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）兼容、商業(yè)模式的靈活性等。
(a)中繼到站場景
(b)小區(qū)回傳場景
(c)動中通場景
(d)混合多播場景
圖 3 ITU衛(wèi)星5G融合場景示意圖
②3GPP
3GPP從R14開始著手開展星地融合的研究工作。在TS22.261中，對衛(wèi)星在5G系統(tǒng)中的角色和優(yōu)勢進行了探討，作為5G多種接入技術(shù)之一，衛(wèi)星在一些要求廣域覆蓋的工業(yè)應(yīng)用場景中具有顯著優(yōu)勢。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可以在地面5G覆蓋的薄弱地區(qū)提供低成本的覆蓋方案，對于5G網(wǎng)絡(luò)中的M2M/IoT，以及為高速移動載體上的乘客提供無所不及的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，借助衛(wèi)星優(yōu)越的廣播/多播能力，可以為網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)元及用戶終端提供廣播/多播信息服務(wù)。
在2017年底發(fā)布的技術(shù)報告22.822中，3GPP工作組SA1對與衛(wèi)星相關(guān)的接入網(wǎng)協(xié)議及架構(gòu)進行了評估，并計劃進一步開展基于5G的接入研究。在這份報告中，定義了在5G中使用衛(wèi)星接入的三大類用例，分別是連續(xù)服務(wù)、泛在服務(wù)和擴展服務(wù)。并討論了新的及現(xiàn)有服務(wù)的需求，衛(wèi)星終端特性的建立、配置與維護，以及在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)間的切換問題。
在3GPP名為“面向‘非地面網(wǎng)絡(luò)’中的5G新空口”研究項目中，定義了包括衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN:Non-terrestrial networks）的部署場景。按照3GPP的定義，5G網(wǎng)絡(luò)中的NTN應(yīng)用場景包括8個增強型移動寬帶（eMBB）場景和2個大規(guī)模機器類通信（mMTC）場景。借助衛(wèi)星的廣域覆蓋能力，可以使運營商在地面網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施不發(fā)達地區(qū)提供5G商用服務(wù)，實現(xiàn)5G業(yè)務(wù)連續(xù)性，尤其是在應(yīng)急通信、海事通信、航空通信及鐵路沿線通信等場景中發(fā)揮作用。38.811規(guī)定的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可能包含的系統(tǒng)組成包括：
● NTN終端：3GPP 用戶終端（UE）和非3GPP UE （衛(wèi)星終端）
● 用戶鏈路(Service Link)：UE和衛(wèi)星之間的鏈路
● 空間平臺(Space Platform)：搭載彎管或者具備星上處理能力的衛(wèi)星
● 星間鏈路(ISL: Inter-Satellite Links)：對于具備星上處理能力衛(wèi)星間的鏈路
● 信關(guān)站(Gateway)：連接衛(wèi)星和地面核心網(wǎng)的網(wǎng)元
● 饋電鏈路
圖 4 5G網(wǎng)絡(luò)中非地面網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
在非地面網(wǎng)絡(luò)與地面5G融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，3GPP提出了星地融合的4種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)初步模型（圖 5）。這份報告還對衛(wèi)星5G場景中的傳輸延時、多普勒頻移進行了估計，并對在非地面網(wǎng)絡(luò)中部署5G新空口需要做的適應(yīng)性修改進行了討論，包括由于衛(wèi)星等空間飛行器的移動性帶來的切換和尋呼問題、定時提前的調(diào)整、下行鏈路同步等問題，星地鏈路長延時對HARQ、MAC/RLC過程、物理層ACM及功率控制等過程的影響，衛(wèi)星小區(qū)尺寸過大給PRACH和隨機過程帶來的影響以及對隨機接入響應(yīng)消息中定時提前的影響，多徑時延擴展帶來的問題，雙工模式問題，對CP-OFDM技術(shù)在衛(wèi)星上的適用性也進行了分析。
圖 5 3GPP非陸地網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖
③Sat5G
2017年6月，BT、Avanti、SES、University of Surrey等16家企業(yè)及研究機構(gòu)聯(lián)合成立了SaT5G（Satellite and Terrestrial Network for 5G）聯(lián)盟，計劃在30個月內(nèi)完成衛(wèi)星與5G的無縫集成方案，并進行試用。整個項目將完成以下6個方面的工作：
1) 定義和評估將星地5G融合的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)解決方案；
2) 研究星地5G融合的商業(yè)價值主張；
3) 定義和開發(fā)星地5G融合的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)；
4) 在實驗室的測試環(huán)境中驗證關(guān)鍵技術(shù)；
5) 對星地5G融合的特性和用例進行演示；
6) 推進星地5G融合在3GPP和ETSI中的標(biāo)準(zhǔn)化工作。
為了實現(xiàn)衛(wèi)星通信與5G的即插即用，Sat5G提出了6大技術(shù)研究支柱，開展重點研究工作，如圖 6所示。
圖 6 Sat5G工作內(nèi)容
1）5G SDN與NFV在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的部署，提供衛(wèi)星功能組件的虛擬化，以實現(xiàn)衛(wèi)星和移動網(wǎng)絡(luò)元素的集成，從而使衛(wèi)星系統(tǒng)適應(yīng)5G環(huán)境。
2）融合網(wǎng)絡(luò)的管理與編排，實現(xiàn)涉及衛(wèi)星和移動集成網(wǎng)絡(luò)切片的端到端編排和管理。
3）多鏈路與異構(gòu)傳輸，通過衛(wèi)星與地面網(wǎng)絡(luò)間業(yè)務(wù)流的智能分發(fā)提升用戶體驗質(zhì)量（QoE）。
4）衛(wèi)星通信與5G控制面與用戶面的協(xié)調(diào)，在3GPP的層2及更高協(xié)議層中支持衛(wèi)星通信，也有可能會涉及到物理層的調(diào)整。
5）5G安全在衛(wèi)星中的擴展，驗證5G網(wǎng)絡(luò)安全特性在衛(wèi)星網(wǎng)元中的無縫操作。
6）用于優(yōu)化內(nèi)容和NFV分發(fā)的緩存與多播，在移動網(wǎng)絡(luò)小區(qū)額外利用衛(wèi)星通信實現(xiàn)內(nèi)容更有效地分發(fā)。
根據(jù)最新報道，在斯洛文尼亞盧布里雅那舉行的2018歐洲網(wǎng)絡(luò)與通信會議上，包括VT iDirect公司、SES公司在內(nèi)的5家SaT5G成員現(xiàn)場演示了衛(wèi)星與3GPP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的融合，該Pre-5G測試平臺由軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）/網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）/移動邊緣計算（MEC）和GEO衛(wèi)星組成，同時還演示了衛(wèi)星回程功能及Pre-5G網(wǎng)絡(luò)中多媒體內(nèi)容的邊緣分發(fā)功能。
④ALIX項目
ALIX項目源于歐洲航天局（ESA）的“5G衛(wèi)星計劃”，其目標(biāo)是積極參與3GPP標(biāo)準(zhǔn)化過程，以定義5G衛(wèi)星組件及其與其他網(wǎng)絡(luò)的接口。項目計劃從2018年1月開始，持續(xù)2年。ALIX項目建立了標(biāo)準(zhǔn)化特別任務(wù)小組（SSIG），共包含38名成員（Airbus, Avanti, ESA, Echostar, Eutelsat, Inmarsat, Intelsat, SES, Thales Alenia Space, Surrey等），其中28個是3GPP成員，包括衛(wèi)星運營商、服務(wù)和技術(shù)提供商、地面和衛(wèi)星部門制造商以及國際機構(gòu)和高校。
項目組已經(jīng)成功提交了3項研究/工作項目，將衛(wèi)星列入3GPP R16的一部分，涉及服務(wù)和系統(tǒng)（SA）和無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN），分別是：
● SA1 工作項目：衛(wèi)星一體化的標(biāo)準(zhǔn)化階段
● SA2 研究項目：衛(wèi)星5G系統(tǒng)架構(gòu)
● RAN1/2/3研究項目：支持非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）的NR解決方案
每個季度，項目進展將在3GPP的全體會議上進行匯報并在會后加以完善。從3GPP發(fā)布的會議內(nèi)容來看，ALIX項目在下一階段的工作重點包括物理層解決方案、接口架構(gòu)、協(xié)議和資源控制、通用地面無線接入體系結(jié)構(gòu)和接口協(xié)議規(guī)范以及服務(wù)和系統(tǒng)方面。
發(fā)展趨勢
衛(wèi)星通信在覆蓋、可靠性及靈活性方面的優(yōu)勢能夠彌補地面移動通信的不足，衛(wèi)星通信與地面5G的融合能夠為用戶提供更為可靠的一致性服務(wù)體驗，降低運營商網(wǎng)絡(luò)部署成本，連通空、天、地、海多維空間，形成一體化的泛在網(wǎng)絡(luò)格局。
從技術(shù)方面來看，衛(wèi)星與5G的融合架構(gòu)既有透明彎管轉(zhuǎn)發(fā)模式，也有星上接入/處理模式，兩種模式在實現(xiàn)復(fù)雜度和應(yīng)用場景上均不相同，長期看來，將地面基站的部分或全部功能逐步遷移到星上是發(fā)展趨勢，能夠有效降低處理延時、提高用戶體驗；為了實現(xiàn)地面終端一體化、小型化，衛(wèi)星與地面5G的空中接口將逐步趨向融合，非正交多址及多載波傳輸?shù)燃夹g(shù)在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用將成為未來一段時間內(nèi)的研究熱點，但是受限于星上功率、處理能力以及星地鏈路長延時、大動態(tài)等特點，5G新空口在衛(wèi)星系統(tǒng)中的適應(yīng)性改造及優(yōu)化是需要解決的主要問題；星地網(wǎng)絡(luò)全IP化是大勢所趨，NFV/SDN等技術(shù)在星地融合中發(fā)揮突出作用，重點需要解決網(wǎng)絡(luò)功能的星地分割問題；頻率資源仍是制約星地融合的主要瓶頸，隨著低軌星座的大面積部署，頻率沖突的問題將愈發(fā)嚴重，探索星地頻率規(guī)劃及頻率復(fù)用新技術(shù)是實現(xiàn)星地融合需要解決的首要問題。
從市場方面來看，星地網(wǎng)絡(luò)由競爭走向合作，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)以提供回程服務(wù)、基站拉遠等方式成為地面網(wǎng)絡(luò)的補充。在國外，合作共贏的星地融合新商業(yè)模式正在興起，在國內(nèi)，產(chǎn)業(yè)割裂的壁壘短期內(nèi)仍然存在，需要政府、企業(yè)共同努力，抓住機遇，推動衛(wèi)星5G產(chǎn)業(yè)融合快速發(fā)展。
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