我国当前发展低轨卫星通信：复用与兼容5G技术标准

陈山枝指出，马斯克的“星链计划”从本质上讲并不是对通信技术的贡献，其最大的贡献在于卫星的颠覆性创新技术：一箭多星和火箭回收。对于通信技术而言，天空与地面的技术最大复用与兼容才是5G时代的正确走向。

陈山枝介绍，目前的低轨卫星通信大多数采用欧盟ETSI的第三代数字卫星电视广播标准（DVB－S2／S2X）并做改进。该DVB标准最初仅支持广播，后来升级支持双向通信（即交互式互联网业务）。DVB不具备移动性管理功能，没有核心网，频谱利用效率也不高，可以认为是类似地面固定无线接入通信（与十多年前的WiMAX类似）。DVB可以支持广播业务（BSS，Broadcasting Satellite Service）和固定业务（FSS，Fixed Satellite Service），但支持移动卫星业务（MSS，Mobile Satellite Service）能力差。

陈山枝分析指出，随着5G技术标准制定完成和商用启动，5G从技术与产业两个角度都将对卫星通信起到重要的借鉴作用。如果低轨卫星通信能够最大程度地复用地面5G通信的关键技术和标准，包括大带宽、灵活帧结构、信号波形、信道编码、波束赋形与控制、移动性管理、服务架构以及组网方式等方面，将十分有利于卫星通信技术与产业的发展。另外，从3G突破到4G并跑再到5G引领，我国移动通信的产业链已经发展的十分完整，包括核心网系统、基站设备、手机终端、芯片、测试仪表等。目前，5G已经正式进入商用，技术和产业链成熟度高。当前，我国的低轨卫星通信系统正处于起步阶段，如果能够最大程度地复用和兼容5G，低轨卫星通信的信关站、卫星通信终端等产业可以复用5G基站和芯片等成果。一方面引入最先进移动通信技术，同时很大程度上降低技术风险；另一方面可以利用和分享5G的规模经济来降低成本，实现差异化竞争。成熟的5G技术和规模产业对我国低轨卫星通信产业发展大有裨益。

但陈山枝同时也分析指出，虽然说低轨卫星通信可以复用和借鉴5G关键技术，比DVB技术更先进，但是由于卫星通信系统跟地面移动通信系统相比有很多独特性和差异，低轨卫星通信无法直接完全复制目前5G技术标准。主要差异表现在：1）卫星信道和地面信道的传播特性不同，卫星通信更容易受天气等因素影响；2）卫星高速移动，引发时间同步跟踪性能、频率同步跟踪（多普勒效应）、移动性管理、调制解调性能等更多挑战；3）通信传播距离不同，卫星通信系统传播距离远，损耗大，传输时延大，对于时序关系和传输方案造成新影响；4）卫星通信必须采用高指向波束以抵消传播损耗，而卫星的姿态和用户的天线方向随时都在发生变化，导致天线面会随时发生变化，对系统设计带来新挑战。因此，基于上述差异和特殊性，基于5G的低轨卫星通信必须对5G部分关键技术进行适应性的改进和针对性的优化。

陈山枝介绍，从2016年，中国信科（大唐）开始参与3GPP的非地面网络（NTN）标准研究工作，开展了基于5G的低轨卫星通信关键技术研究、通信体制和协议设计，并研制原理样机参与关键技术验证，与国内产业界合作也取得了积极进展。

我国发展卫星通信策略：两个争取，两个合作

针对我国当前发展基于5G的低轨卫星通信策略，陈山枝提出“两个争取和两个合作”：争取频率资源和轨道资源，分别进行国际合作与国内合作。

首先是向国际电联联盟（ITU）争取卫星通信的频率资源和轨道资源。频率资源像城市的商业土地一样稀缺，随着卫星通信、地面通信以及探测业务对低频段频谱资源的持续增加的占用以及各种应用对于高速移动通信需求的不断提升，现有的Ku、Ka等高频段资源逐渐枯竭，将难以满足巨大的频谱需求。预计频率更高的Q频段、V频段和太赫兹频段将成为下一代通信卫星布局和争夺的焦点。因此需要提前部署和申请频率资源，为我国发展卫星通信提供资源保障。

另外，卫星轨道也是受限资源。“星链”的上万颗低轨道卫星计划分布在340－1300公里之间，但卫星轨道位置是有限的，不可以无限制随意部署卫星，和频率资源一样，轨道资源也需要国际电联的批准和协调。

在国际合作方面，重点参与在3GPP等推进国际标准的制定。陈山枝指出，当前卫星移动通信的最大问题是技术体制太多且不能互联互通，没有形成像地面移动通信一样的规模经济效应，不同卫星运营商间互联互通及漫游难。因此，需要尽快形成基于5G的统一的低轨卫星通信技术体制，推动中国的卫星通信走向海外市场，参与国际合作，同时也能服务于“一带一路”的发展中国家，既服务经济合作，又解决数字鸿沟问题。

在国内合作方面，重点推动商业航天产业与移动通信产业、集成电路产业的“跨界”合作，共同推进卫星发射技术和移动通信技术、集成电路技术的进步，通过产业合作来推进打造一个融合的新产业，并实现商业模式的创新。

未来的卫星通信：融合到6G中

移动通信十年一代，本着“开发和商用一代，预研下一代的原则”，在5G刚刚商用、方兴未艾之际，开启6G研究适逢其时。目前，中国信科、华为、中兴等设备商，我国三大运营商，北邮、清华、东南大学等通信院校，都已经开始进行B5G和6G相关研究。

陈山枝认为6G将建立空、天、地、海泛在的移动通信网络，我国在卫星通信与5G兼容方面的前期探索，将为未来的6G有机融合高中低轨卫星通信与地面移动通信发展打下坚实的基础。未来6G融合是指一种通信技术标准体制包容卫星移动通信与地面移动通信，并且用户终端采用全网统一标识和接入，不再区分卫星与地面系统，进行统一管理。

图1． 6G将有机融合卫星通信与地面移动通信

（源自Shanzhi Chen， et．al．， “Vision， Requirements， and Technology Trend of 6G －－－－ How to Tackle the Challenges of System Coverage， Capacity， User Data－rate and Movement Speed，” IEEE Wireless Communications， vol． 27， no． 2， pp． 218－228， April 2020）

陈山枝介绍，中国信科集团还成立了6G技术预研团队，聚焦陆地与卫星通信的融合组网等关键技术预研，推动天地协同通信发展。

今年4月20日，国资委和发改委召开经济运行例行发布会，明确新基建的范围，卫星互联网成功“晋级”新基建战略，卫星通信与5G兼容复用迎来政策东风，也将在6G开启融合通信的新时代。