卫星互联网与5G/6G 融合发展探析

■徐冰玉 李侠宇（中国信息通信研究院技术与标准研究所）

卫星互联网具备全球覆盖、快速部署等优势，能够满足偏远地区、海洋、天空等地区的覆盖需求，有望成为地面蜂窝移动通信网络的有益补充，助力5G/6G 实现全球全域覆盖及宽带连接，满足用户全域化通信需求。本文分析了卫星互联网与地面移动通信融合发展技术和产业研究情况、标准化进展，并深入研究星地融合的技术路线，探索推动卫星互联网与5G/6G 的融合发展建议。

1 引言

卫星互联网是以太空域为承载空间，以卫星和地面装置为关键节点，以网络技术、航天技术、通信技术、数据技术等为支撑的全球、全域、全时新型网络信息基础设施。其网络具有全球覆盖、宽窄带融合、高低轨融合、星间链路、星上处理等特征，业务类型也在由传统数据回传、电话和窄带数据接入业务向宽带接入、物联网、车联网、导航增强等种类多元化业务拓展。

自卫星移动通信出现以来，其通信技术体制设计与地面移动通信技术体制始终紧密结合。由欧洲电信标准委员会（ETSI）提出的最早的高轨卫星移动通信系统标准体制地球同步静止轨道卫星移动无线接口（GMR）标准即是基于地面2G 全球移动通信系统（GSM）标准，采用了TDMA/FDD 体制。“舒拉亚”（Thuraya）、“铱星”（Iridium）、“全球星”（Globalstar）、“天通”等卫星系统的标准体制均借鉴了地面的GMR、通用分组无线业务（GPRS）、双模宽带扩频蜂窝系统的移动台-基站兼容（IS-95）、第三代合作伙伴计划（3GPP）等标准[1]。

随着全球5G 网络规模化商用持续推进，各国均开展针对5G 的技术验证和产品开发，并开展6G 的战略性研发部署。星地一体融合组网被视为未来移动通信网络重要发展方向之一，卫星互联网和地面移动通信网络的融合也从覆盖融合、业务融合走向体制融合、系统融合[2]。终端也在向低成本、小型化、轻量化、一体化方向发展。

2 卫星互联网与5G/6G 融合情况分析

卫星互联网与5G/6G 融合发展意义

卫星互联网将成为地面移动通信网络的接入能力补充。根据IMT-2030（6G）推进组发布的《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书，6G 业务将包含全息通信、数字孪生、沉浸式云XR、感官互联、全域覆盖等八大业务应用[3]。卫星互联网作为潜在架构类关键技术之一，能够实现偏远地区、海上、空中和海外的广域立体覆盖，满足全时域、全天候的泛在覆盖需求，实现用户随时随地按需接入。

卫星互联网将拓展5G/6G 业务应用。卫星互联网除了传统机载、船载、车载等典型应用外，还能够通过与5G/6G、物联网、大数据等技术紧密结合，拓展智能交通、森林防护、草场保护、海洋开发、远程教育、应急指挥等领域的市场空间。同时，卫星互联网将在车联网、无人机及无人装备、数字政府及智慧城市等新兴领域发挥重要作用。

卫星互联网与5G/6G 融合系统建设情况

目前，新兴的卫星互联网企业美国太空探索技术公司（SpaceX）、Lynk、AST，地面移动通信公司苹果（Apple）、爱立信（Ericsson）、联发科（MediaTek）、高通（Qualcomm）等，以及我国中国移动、华为、中兴等企业均在积极开展智能手机与卫星直连通信的相关技术研究和设备研制。

（1）新型卫星互联网公司加快手机直连卫星部署进程

2022 年8 月，SpaceX 公司与美国移动通信运营商T-Mobile 达成协议，2023 年发射的第二代“星链”（Starlink）卫星将能够使用T-Mobile 的PCS 频段（1.9GHz，用于CDMA、GSM 和北美的TDMA 业务），为美国地区提供短信、低速率数据服务。预计二代“星链”卫星重量超过1250kg，容量能够达到200Gbit/s 以上。同时，二代“星链”将支持星上处理和星间链路技术，可降低对地面信关站的依赖实现业务的快速落地。

美国AST公司计划建立一个名为“SpaceMobile”的卫星网络，包含168 颗卫星，力图打造世界上第一个可通过标准智能手机访问的基于空间的蜂窝宽带网络。2022 年5 月获得美国联邦通信委员会（FCC）授予的试验许可，2022 年9月成功发射第二颗试验卫星BlueWalker-3。

美国Lynk 公司拟打造包含5000 颗低轨卫星的星座，目前已经发射6 颗卫星，前5 颗试验卫星均已经脱离轨道或者停止活动。第6 颗卫星Lynk Tower-1 是其第一颗商用卫星（但尚不具备商用能力），2022 年4 月成功发射。预计2022 年底将通过SpaceX 的“猎鹰”（Falcon）火箭再次发射3 颗卫星，分别命名为Lynk Tower-2，3，4。Lynk 将蜂窝基站的标准软件堆栈放在卫星载荷上，标准GSM 和LTE 手机可以根据信号特征在地面基站和卫星基站间切换。星座于2022 年9 月获得美国FCC 的正式运营许可，预计在2022 年底开展商业运营。

美国全能空间公司（Omnispace）拟基于自身拥有的S 频段（2～4GHz），利用基于3GPP 非地面网络（NTN）技术的5G 设备实现5G 卫星和地面网络的无缝通信。Omnispace 将支持3GPP 标准中的N256 频段，开展手机直连卫星服务。目前，星座的具体规模未知。2022 年4 月，Omnispace 的首颗卫星Spark-1，通过SpaceX 的猎鹰—9 火箭，成功进入预定轨道。

（2）地面移动通信龙头企业积极开展手机直连卫星技术研究

苹果公司与全球星卫星通信公司合作开发手机直连卫星通信业务，2022 年11 月该业务已经在美国和加拿大开展。当iPhone 14 用户超出蜂窝移动网络信号覆盖范围时，可利用卫星向救援机构发送文字、位置、医疗ID 和电池电量等信息，但不能接收信息。全球星也在2022 年向加拿大麦克唐纳·德特威勒联合公司（MDA）采购17 颗卫星，总价值超过3.27亿美元，用于服务现有用户和潜在用户，可为后续的苹果手机直连卫星业务提供保障。

2022 年7 月，爱立信公司与法国泰雷兹—阿莱尼亚空间公司（TAS）和美国高通公司联合宣称，将在法国开展基于5G NTN 的手机直连卫星技术测试验证。2022 年8 月，半导体公司联发科宣布，通过自研的具备5G NTN 卫星网络功能的移动通信芯片，以及信道模拟器和测试基站，实验室模拟完成全球首次5G NTN 卫星手机连接，验证了手机直连卫星通信的可能性。

（3）我国移动通信企业也正加强星地融合的核心技术研究和产品研制

2022 年9 月6 日的华为Mate50 系列发布会上，华为宣布其Mate50 手机将支持北斗卫星短报文功能。通过华为Mate50 手机，用户能够在没有地面移动通信信号覆盖的场景下，实现文字、位置信息向外发出，支持多条位置信息生成轨迹地图等功能。不过Mate50 同iPhone14 一样，只支持单向的卫星通信，不能接收。2022 年8 月，中国移动、中国兵器等联合完成国内首颗手机北斗短报文通信射频基带一体化芯片研制，支持手机开展北斗短报文通信业务。同月，中国移动也联合中兴，基于3GPP NTN 协议，完成了端到端链路贯通，开展短消息、语音等低速率业务测试。

卫星互联网与5G/6G 融合标准推进情况

（1）国际电信联盟（ITU）积极制定5G 卫星应用场景、性能指标和技术评估标准

2019 年7 月，ITU-R SG4 WP4B 组正式发布报告书《卫星系统与下一代接入技术融合的关键要素》（Report ITU-R M.2460 -“Key elements for integration of satellite systems into Next Generation Access Technologies”）。该报告书参考了3GPP NTN 项目中关于5G 卫星接入和空口的相关技术报告书，对5G 卫星网络的应用场景、网络结构、详细指标等内容进行了定义和分析[4]。2022 年5 月，我国牵头的《IMT-2020 卫星无线电接口愿景与需求报告书》（Report ITU-R M.[SAT-IMT2020.VISION &REQUIREMENTS]）在ITU-R 成功立项，主要开展5G 卫星应用场景、关键性能指标和技术评估标准，为制定关于5G 卫星部分无线电接口的详细规范建议指明了方向。

（2）3GPP 开展透明转发模式下的卫星接入技术研究

3GPP 从R15 阶段开始启动NTN 网络的预研工作，重点研究卫星接入地面移动通信网络的应用场景和信道模型。R16-R17 阶段，3GPP 重点研究NR NTN 增强方案，全面开展了卫星通信的系统架构和空口接入技术以及接口协议研究。R17 阶段，3GPP重点研究了卫星透明转发模式下的关键技术[5]。2021年年底，3GPP 公布了首批R18 5G-Advanced 项目，其中包含NR NTN 增强和IoT NTN 增强这两个卫星通信相关议题，将进一步利用卫星的广覆盖特性辅助地面通信。

（3）中国通信标准化协会（CCSA）正开展多项星地融合网络技术研究工作

CCSA 也在开展5G 卫星通信融合场景和技术研究。2021 年，CCSA 完成了《面向5G 增强和6G 的星地融合技术研究》和《天地一体5G 网络场景及需求》的研究工作。2022 年，中国信通院联合中国卫通、中国移动和华为等二十余家单位完成了《基于5G 的卫星通信系统研究》的研究工作。中国移动单位等正在开展《基于IoT NTN 的卫星物联网系统技术研究》的研究工作。

3 卫星互联网与5G/6G 发展技术路线

总体来看，未来卫星互联网与5G/6G 的技术路线有两个：一是独立发展体制借鉴，二是终端融合无感接入。这两条路线在标准体制、频段、终端类型、产业链和业务类型等方面存在较大差异。

独立发展体制借鉴

卫星移动通信系统和地面移动通信系统采用不同的标准体制和系统架构，系统间相互独立发展。卫星互联网系统可以充分借鉴地面移动通信标准体制，提升系统能力和用户服务质量。

在传统卫星Ka、Ku 高频频段，受到路径损耗和智能终端能力的限制，卫星通信业务很难做到小型化智能终端上。终端类型以非手持式卫星专用终端为主。目前一代“星链”“一网”（Oneweb）、“柯伊伯”（Kuiper）等星座均采用这种发展模式，主要为用户提供宽带互联网业务。

在L（1～2GHz）、S（2～4GHz）、C（4～8GHz）等卫星通信低频频段，由于卫星信道环境较好，卫星移动通信终端类型以手持式卫星专用终端为主。“舒拉亚”“全球星”“铱星”“天通”“北斗短报文”等卫星系统均采用这种模式发展，为用户提供短信、话音、低速率数据等窄带业务。部分卫星移动通信终端（例如“舒拉亚”“铱星”“天通”等卫星终端）支持卫星和地面网络的双卡双待，或允许用户通过类似漫游的方式接入地面移动通信网络，但系统间相互独立运营，独立进行用户鉴权、计费管理等功能。

终端融合无感接入

终端融合体制下，卫星移动通信与地面5G/6G体制深度融合构成一个整体，为用户提供无感的接入服务，采用协同的资源调度、星地无缝漫游。在L 和S 等频段，卫星通信业务将能够融合到普通手机或者IoT 终端上。受到带宽和手机发射功率的限制，卫星通信主要提供短信、通话和低速率数据业务，未来可能向宽带业务拓展。卫星运营商将与地面移动通信产业链企业深度合作，联合开展协同组网、协议增强和设备兼容三大能力的技术攻关，充分借鉴地面5G/6G 产业链基础，提升卫星通信的产业化水平。

目前，ITU、3GPP 等国际标准化组织也在积极讨论卫星与地面融合技术体制和标准。国外企业包括爱立信、高通、泰雷兹、联科发，以及我国的紫光展锐、中兴、中国移动等均开展相关技术研究和测试验证，共同推动卫星移动通信业务与地面移动通信融合发展。终端融合、无感接入的技术路线是目前卫星与地面融合发展的重点方向，也是业界关注的焦点。

4 我国卫星互联网与5G/6G 融合发展建议

加快卫星互联网与5G/6G 交叉学科人才培养

以“高精尖缺”为导向，积极招引头部企业、军工央企外溢高层次人才和团队。加大国际航天领域青年人才储备，尤其在新技术、新领域，支持高校、企业、科研院所全球招募青年人才，并加大核心示范人才的奖励，并为“专精特新”型企业及其关键人才提供一系列配套和优惠条件。加大对卫星通信、5G/6G、平台经济、人工智能、大数据、车联网、数字化治理等多领域的融合型数字化人才的引进和培养力度，提升卫星互联网产业的数字经济科技创新和转化能力，推动卫星互联网与5G/6G 融合产业智能化、数字化发展。

推动卫星互联网与5G/6G 融合应用场景构建和平台开发

结合我国高低轨的卫星资源优势，推动卫星互联网与各领域融合应用。探索政府侧和市场侧应用，建立面向各行业部门的支持多场景的卫星数据综合服务平台。深化卫星互联网与5G/6G 融合技术在智慧城市、防险救灾、无人机、车联网等领域的创新应用，树立典型示范应用标杆，打造国内一流的卫星互联网与5G/6G 融合应用创新平台。针对不同用户和应用场景，做定制化、模块化开发服务，打造特色化天地融合应用产品，提升产品的综合竞争力。

深化卫星互联网与5G/6G 融合技术研究

以ITU、3GPP 中NTN 技术研究成果为基础，研究星地融合网络高效传输技术、星地按需确定性服务管控、自主掌控星地端到端网络切片、星地一体化资源编排、多域联合管控等关键技术。开展5G宽带卫星通信相关技术试验和应用演示，验证5G信号体制和关键协议流程在星地融合场景下的正常高效运行。把握新一代通信技术发展趋势和方向，推动卫星互联网和6G 融合技术布局和发展。

加快卫星互联网与5G/6G 融合标准体系制订和推进工作

充分借鉴我国地面移动通信4G、5G 标准研制成功经验，积极参与推动ITU、3GPP 和CCSA 卫星与地面融合发展标准化工作，大力推动手机直连卫星互联网多模终端产业规模化和全球化发展。制定标准体系国际推进策略，以我国自主可控的卫星互联网新技术为牵引，在满足业务需求的基础上具备较强的先进性、国际性以及通用性。