上一期，我們展望了5G-A和6G網(wǎng)絡(luò)將為社會(huì)生產(chǎn)生活帶來(lái)的變革，以及支撐新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展。本期我們將聚焦業(yè)界熱點(diǎn)技術(shù)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(shù)為何在今天越發(fā)重要？我們離未來(lái)的泛在連接還有多遠(yuǎn)？本文將深度為你解答。

回望過(guò)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(zhǎng)足發(fā)展，深刻地改變了人類社會(huì)的方方面面。

當(dāng)移動(dòng)通信走向萬(wàn)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(jìng)爭(zhēng)走向互補(bǔ)，走向融合。5G-A時(shí)代，衛(wèi)星通信讓5G的觸角擴(kuò)展到更廣泛的移動(dòng)平臺(tái)，5G NTN為代表的衛(wèi)星通信體制逐漸凸顯出其市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，加之衛(wèi)星通信技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈縱深發(fā)展所帶來(lái)的爆發(fā)式需求，進(jìn)一步加速了泛在通信智能連接的到來(lái)。

紫光展銳長(zhǎng)期深耕NTN衛(wèi)星通信及天地一體化研究，在推進(jìn)IoT NTN技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品商用落地的同時(shí)，已針對(duì)旨在提供更高連接速率的NR NTN技術(shù)進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步挖掘技術(shù)演進(jìn)與應(yīng)用的價(jià)值空間，以推動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)商業(yè)化進(jìn)展。

“通天蓋地”：無(wú)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(diǎn)的一種無(wú)線通信方式。相對(duì)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(hào)覆蓋范圍廣、容易部署等優(yōu)點(diǎn)。

衛(wèi)星通信技術(shù)的起源可以追溯到20世紀(jì)60年代初期。最初的衛(wèi)星通信系統(tǒng)以提供語(yǔ)音、低速數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等服務(wù)為主。但長(zhǎng)期以來(lái)，由于衛(wèi)星技術(shù)受限、通信標(biāo)準(zhǔn)不完備、運(yùn)營(yíng)成本高、資費(fèi)高昂以及地面蜂窩通信的有力競(jìng)爭(zhēng)等諸多原因的影響，衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模和業(yè)務(wù)普及率都不盡如人意，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們泛在連接的需求。

隨著衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)鏈上下游技術(shù)發(fā)展的日趨完善，衛(wèi)星通信走入大眾視野，逐漸應(yīng)用于民用領(lǐng)域：可回收火箭發(fā)射技術(shù)和液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)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(wǎng)建設(shè)速度；可折疊衛(wèi)星天線技術(shù)、星載功放技術(shù)和多波束賦形等技術(shù)的創(chuàng)新極大地增強(qiáng)了衛(wèi)星能力，能夠提供更豐富的通信業(yè)務(wù)；終端天線技術(shù)、芯片技術(shù)的創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星通信功能在智能手機(jī)中的融合，使得衛(wèi)星通信功能在消費(fèi)電子領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)升溫。

目前，全球蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)僅覆蓋了20%的陸地面積和5%的海洋面積，航空、遠(yuǎn)洋、漁業(yè)、石油、環(huán)境監(jiān)測(cè)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(jìn)入傳統(tǒng)與創(chuàng)新并存

自上世紀(jì)六十年代以來(lái)，衛(wèi)星通信體制標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)發(fā)展演進(jìn)，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(shù)路線。

不同技術(shù)路線對(duì)比

3GPP（第三代合作伙伴計(jì)劃）作為引領(lǐng)全球通信領(lǐng)域的主導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)化組織，針對(duì)衛(wèi)星與5G新空口（New Radio, NR）技術(shù)一體化發(fā)起了一系列研究，并將該一體化技術(shù)命名為“非地面網(wǎng)絡(luò)（Non-Terrestrial Network，NTN）”。2022年6月，3GPP R17版本正式發(fā)布5G NTN第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，適應(yīng)窄帶、寬帶衛(wèi)星通信，2023年12月完成R18 NR NTN/IoT NTN功能凍結(jié)（3GPP NR NTN/IOT NTN技術(shù)演進(jìn)見(jiàn)下圖）。

窄帶（IoT NTN）技術(shù)可以支持?jǐn)?shù)Kbps的信息速率，可應(yīng)用在低速手機(jī)直連衛(wèi)星場(chǎng)景和衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景。寬帶（NR NTN）技術(shù)是在5G NR技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。相比IoT NTN的180KHz帶寬，NR NTN的系統(tǒng)帶寬可達(dá)數(shù)MHz，甚至數(shù)十MHz，可以提供數(shù)十Mbps的傳輸速率，可應(yīng)用在更廣泛的場(chǎng)景，包括手機(jī)直連衛(wèi)星、衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星車聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等典型場(chǎng)景。NR NTN技術(shù)可適用于高、低軌衛(wèi)星。由于NR NTN系統(tǒng)帶寬較大，對(duì)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(biāo)準(zhǔn)不同的是，衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有全球覆蓋、易獨(dú)立組網(wǎng)的特點(diǎn)，其通信標(biāo)準(zhǔn)也突破單一化，更趨多元融合性。當(dāng)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(shù)路線和3GPP NTN標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)路線仍正在被廣泛沿用，而且將長(zhǎng)期并存。相比而言，3GPP NTN技術(shù)基于地面蜂窩通信技術(shù)發(fā)展而來(lái)，可復(fù)用地面蜂窩通信產(chǎn)業(yè)，更快促進(jìn)衛(wèi)星通信走進(jìn)千萬(wàn)家。

芯片之上，寰宇之下

終端芯片是NTN產(chǎn)業(yè)鏈的基石，研發(fā)進(jìn)度和成熟度對(duì)產(chǎn)業(yè)規(guī)模應(yīng)用的影響極大。

目前產(chǎn)業(yè)鏈各方已針對(duì)IoT NTN開(kāi)展了較深入的工作，包括芯片研制、終端研制、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備研制、NTN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)探索。基于R17 IoT NTN技術(shù)，業(yè)界已對(duì)短消息、語(yǔ)音對(duì)講等業(yè)務(wù)，從架構(gòu)、協(xié)議、設(shè)備等各方面驗(yàn)證了技術(shù)落地能力。

NR NTN是通向未來(lái)空天地融合演進(jìn)的重要技術(shù)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作與測(cè)試驗(yàn)證等創(chuàng)新實(shí)踐在2023年陸續(xù)落地，為后續(xù)大規(guī)模應(yīng)用提供了基礎(chǔ)性的實(shí)測(cè)與論證依據(jù)。

紫光展銳推出首顆支持3GPP R17 IoT NTN標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)星通信SOC芯片V8821。圍繞V8821，紫光展銳實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)從“0”到“1”的突破性創(chuàng)新。

創(chuàng)新性地采用動(dòng)態(tài)時(shí)隙邊界調(diào)整等軟件技術(shù)，在量產(chǎn)芯片V8811上快速實(shí)現(xiàn)IoT NTN衛(wèi)星通信技術(shù)；

在首版3GPP IoT NTN標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)之際，完成全球首個(gè)GEO衛(wèi)星雙向數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)；

開(kāi)創(chuàng)性地研發(fā)了基于精簡(jiǎn)IMS SIP信令集的NTN語(yǔ)音技術(shù)，使得V8821成為當(dāng)前全球唯一支持IMS語(yǔ)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(yǔ)音通話端到端上星試驗(yàn)，通話質(zhì)量符合預(yù)期；

突破標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)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(qiáng)、EDT增強(qiáng)、HARQ關(guān)閉等，提升系統(tǒng)容量50%以上，為IoT NTN商用做好準(zhǔn)備。

針對(duì)NR NTN，紫光展銳攜手合作伙伴相繼開(kāi)展了高低軌端到端數(shù)據(jù)傳輸模擬驗(yàn)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(lái)已來(lái)

雖然當(dāng)前全球在推動(dòng)天地一體化網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中取得了一些進(jìn)展，但仍然面臨規(guī)模測(cè)試難度大、衛(wèi)星通信與地面通信體系互通難度大、業(yè)務(wù)管理和融合運(yùn)營(yíng)難度大等諸多挑戰(zhàn)。

衛(wèi)星通信在6G時(shí)代將承載更重要的角色。ITU-R的6G建議書(shū)將5G的三大應(yīng)用場(chǎng)景擴(kuò)展為6G的六大應(yīng)用場(chǎng)景，催生出了全新的應(yīng)用場(chǎng)景——感知通信一體化、AI通信一體化和泛在連接，以提升生產(chǎn)效率，提高生活品質(zhì)。其中，天地一體化是實(shí)現(xiàn)泛在連接的支柱性技術(shù)之一，同時(shí)也是未來(lái)6G的基本網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，其最終目標(biāo)是衛(wèi)星與地面通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)融合、空口融合、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)融合、管理融合、頻率融合、平臺(tái)融合和終端融合，需要全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同合作，推動(dòng)融合通信加速到來(lái)。

萬(wàn)物互聯(lián)已成為現(xiàn)實(shí)，衛(wèi)星通信開(kāi)啟了新的連接想象，也為人們窺見(jiàn)未來(lái)6G與天地一體化打開(kāi)了一扇窗，它將激發(fā)怎樣的應(yīng)用革新，值得拭目以待。

審核編輯：劉清