5G移动通信技术在地空互联中的应用

2019-12-17杨旭南京航空航天大学金城学院

数码世界 2019年12期

杨旭南京航空航天大学金城学院

1 引言

国际电信联盟（ITU）定义了5G的三大主要应用场景，分别是：高带宽（eMBB）、低时延（uRLLC）、大容量（mMTC）。5G应用范围远远超出了传统的通信和移动互联网，全面向各个行业和领域扩展。5G典型应用场景包括地空互联、自动驾驶、远程控制、VR/AR、智能制造等，原来受限于网络能力而体验不佳或无法实现的应用，在5G时代将加速成熟并大规模普及。

2 地空互联现状

目前地空互联主要有两种可用的技术方案，卫星方案和ATG（Air to Ground）地面基站方案。

卫星方案主要采用Ku或Ka频段卫星，利用卫星、飞机、卫星地面站三者进行数据通讯。卫星具有广覆盖、跨国境的优点，非常适合于跨洋、跨国境等国际航班应用。但卫星方案有窄带宽、高成本的巨大缺陷，无法提供理想的高带宽传输流量，这将制约卫星方案的推广应用。当前的法国航空、汉莎航空、美国联合航空、阿联酋航空等提供的地空互联方案都是卫星方案。

而基于ATG地面基站方案，提供高带宽、高流量，低成本的解决方案，具有非常大的布网及升级维护优势。ATG地面基站方案，主要沿航线部署地面基站，信号主要发射向天空，专门与飞机进行通信，由于专网专用，依托当前优越的地面通信技术，ATG具备高带宽的优势，相比于卫星通信，使用者具有更友好的上网体验。ATG地面基站方案的主要缺点是基站难以跨越国界去部署，同时在广袤的海洋也不宜进行安装，所以具有地域性的劣势。在技术应用方面，美国GOGO基于CDMA的EVDO应用方案是一个非常成功的运营案例。另外，中国国航在2014年完成了基于4G技术的机上互联网服务的首飞及乘客体验测试。

图2 ATG地面基站方案实现地空通讯

3 基于5G的卫星方案

随着通信技术不断发展，将卫星与5G相融合已经成为当前众多机构的重点研究对象。

(1）3GPP

3GPP从R14版本中引入卫星与5G的探讨，并在卫星带给5G移动通信的优势方面做了重点论述。到了R15版本，3GPP提出了四种架构模型，分别是弯管有中继、弯管无中继、星上接入有中继和星上接入无中继，重点评估了卫星接入网协议，并讨论了在卫星网络与地面网络间切换的解决方案。

(2）ITU

ITU提出了卫星与5G融合的4种应用场景，包括动中通、中继到站、混合多播以及小区回传。同时，ITU进一步明确了卫星通信需要具备的关键特性，包括延时、多播支持、智能路由、动态缓存管理、自适应流等。

(3）SaT5G

SaT5G（5G系统中卫星与地面网络融合）受到欧盟委员会的支持，它的终极目标是提供一种即插即用的5G卫星解决方案。在2019年欧洲网络与通信大会上，SaT5G成功演示了一些卫星与5G相融合的案例，其中为飞机乘客提供5G视频演示最为引人关注，这项技术运用虚拟化服务进行内容分发，最终实现了基于5G连接的中轨道卫星通信解决方案。

(4）SANSA

SANSA（支持智能天线的共享地面-卫星回程网络）为H2020支持的一个课题，SANSA 旨在为未来大容量通信系统的回程链路提供解决方案。SANSA项目提出了卫星5G融合、自组织地面网络及动态频谱共享等关键特性。