三巨头联合推进5G上天空!马斯克的“星链”迎来重磅竞争对手
作者 | 物联网智库2022-07-16

近日,爱立信、泰雷兹、高通三家公司宣布启动5G太空项目,此次项目可以说是在5G R17标准中非地面网络所需组件的验证,为5G R17冻结后商用化做了前期工作,推动5G与卫星通信的深度融合。

三巨头联合推进5G上天空!马斯克的“星链”迎来重磅竞争对手

近日,爱立信、泰雷兹、高通三家公司宣布启动5G太空项目,计划通过开发卫星网络,使智能手机用户无论身处何处,都能获得高速连接。该项目是测试如何利用近地轨道(LEO)卫星运行5G网络,以帮助极端地理位置和偏远地区的个人接入互联网。

此次5G太空项目,可以说是在5G R17标准中非地面网络(non-terrestrial network, NTN)所需组件的验证,为5G R17冻结后商用化做了前期工作,推动5G与卫星通信的深度融合。

三巨头联合推进5G上天空!马斯克的“星链”迎来重磅竞争对手

三家巨头的5G上太空项目

爱立信、泰雷兹、高通三方计划在4—5年内发射卫星,耗资可能达到80亿欧元。目前,该项目处于起步阶段,三方分别进行了平行研究,即将进入地面测试阶段。预计最终网速可以实现几十Mbps,速度介于4G和5G之间。

分工方面,泰雷兹作为欧洲知名的航空航天公司,将负责建造卫星;爱立信作为通信设备商,将在地面部署网络;高通作为芯片终端生态领军者,将提供测试智能手机,并与低轨道卫星进行通信。

泰雷兹一位高管称“这将是电信领域的一场革命。此前,电信公司和卫星公司之间存在竞争,但现在这两个领域正在融合”

多个媒体报道,该项目最终可能会与美国SpaceX的“星链”展开竞争,但三家联合进行的5G计划将使用不同的技术解决方案。“星链”已将2000多颗卫星送入轨道(目标为30000颗),大量低轨道卫星可能对太空安全构成严重威胁。但5G项目将依赖更大、更少的卫星来实现全球覆盖,最终可能需要600—800颗卫星。

在笔者看来,爱立信、泰雷兹、高通三方的5G太空项目与星链存在的最大区别在于5G太空项目是为了实现卫星网络与地面移动通信网络的深度融合,而星链则更多是单独提供卫星通信服务

这里不得不提的是最新冻结的5G R17版本标准家族中的 NTN,其目的是将卫星通信等非地面网络纳入到移动通信的体系中,实现融合和共同商用,绝非地面移动通信网络和卫星两张皮的发展。相比之下,星链聚焦于通过其低轨卫星为用户直接提供通信服务,虽然是地面移动通信的一个补充,但并未考虑两者之间的深度融合。

三家联合发布的新闻稿中也提到,其5G太空项目是3GPP对5G R17标准冻结后,对支持非地面网络进行的测试和验证。

推动5G R17标准中新特性NTN的落地

近年来,卫星通信已成为业界新的热点,引起了移动通信阵营的关注。国际标准化组织3GPP早在5G R15版本制定阶段就考虑过将卫星通信网络集成到移动通信标准化体系中,彼时组织专家对NTN部署场景和信道模型进行研究,并在后续进行用例研究,其中主要是针对卫星通信的研究。

针对5G NTN的用例,3GPP此前主要研究以下三方面:

一是服务的连续性,即在未来各类场景中,仅靠地面网络无法提供完全的5G服务,需要地面与非地面网络的结合,NTN可以为这种服务连续性提供支持,在飞机、海上平台等领域提供无缝网络接入;

二是服务无处不在,即针对一些不方便使用地面网络的地理区域,地面网络没有覆盖或覆盖不足的场景,如农业、资产追踪、应急处置等,解决了5G服务不足的问题;

三是服务可扩展性,即利用卫星网络大覆盖的特点,实现大范围使用广播、多播的用例。

3GPP在5G R17版本中引入了非地面网络NTN,将卫星通信网作为地面网络的必要补充,对其展开了更进一步的研究及标准化工作。在对R17 NTN的解读中,基本上延续了此前针对NTN的用例研究,提出NTN通信是为了解决偏远山区、海上、交通运输等场景的通信问题,将非地面网络与5G融合,实现立体式的网络覆盖。

R17定义的相关技术标准中,考虑到卫星通信和地面通信的融合,针对卫星波束地面高速移动、卫星高度带来的传播时延、卫星与地面站连接切换等问题,设计了上下行时频偏补偿调整、传输时序关系增强、基于位置的移动性管理增强等技术,初步解决了5G体系中卫星通信的基本问题。

此外,除了提供支持基于5G NR的NTN标准规范外,R17还提供了支持NB-IoT和eMTC等物联网技术与NTN融合的标准规范。支持物联网的NTN主要针对海运、野外、能源采集、农业、环境监测等无法部署基站的场景,或者基站部署和维护难度、成本很大的场景。R17标准中将NB-IoT和eMTC技术应用于卫星通信,设计了多种技术,实现天地物联通信,为物联网全球连接提供了支撑。

实际上,除了R17版本外,3GPP针对NTN已有了长期演进的计划,集中体现在5G R18版本标准和6G愿景中。

在已启动的5G R18标准中,针对NTN领域进行了覆盖增强、10GHz以上频谱的支持、移动性和业务连续性的进一步增强、终端性能优化、终端位置报告的网络验证等方面的演进,提升了NTN的性能。

6G面向的是空天地一体化通信的愿景,对NTN提出了更高的需求,需要实现与地面网络更深层次的一体化融合。

例如,在网络架构和组网一体化方面,专家提出将地面基站的部分或全部功能逐步迁移到星上,有效降低信令和业务的处理时延、提升用户体验,并综合利用星地的空口和硬件资源,实现更灵活网络部署,核心网也要考虑卫星网络和地面网络深度融合的部署方式,实现统一的移动性管理和资源管理;在频谱一体化方面,业界认为需要探索卫星和地面频率规划及频率共享新技术,使未来的网络基于需求实现频率的统一分配和动态共享,同时需要卫星和地面网络频率干扰协同和规避技术的进步;终端一体化方面,面对当前地面终端和卫星终端差异较大的现状,6G系统设计中,采用统一的空口设计,推动终端芯片一体化设计,并推动天线技术、射频技术的进步,实现终端一体化,使用户在统一终端中进行空、天、地、海无缝切换和漫游。

推动前期试验,3GPP阵营的卫星通信在行动

在5G R17版本冻结后,推动NTN的前期试验让产业链各方对其商用能力进行评估,同时掌握这一领域的先发优势。爱立信、泰雷兹、高通三方的5G太空项目就是前期试验的典型,在其公开发布的声明中可以看出针对5G NTN重点问题的攻关。

其中,三家提到,测试的目标是验证支持5G NTN所需的各种技术组件,包括5G智能手机、卫星有效载荷和地面5G网络部件。这项工作还希望验证5G NTN可以在智能手机组成元素中得到支持,从而使未来的5G智能手机与卫星电话融合。爱立信计划验证5G虚拟无线接入网技术,泰雷兹公司计划验证一种适合部署在低轨卫星上的5G卫星有效载荷,通过高通提供的智能手机,验证5G NTN可以被未来的5G智能手机访问。三者将使用地基设备来模拟在轨卫星和5G智能手机连接之间的传播速度和时延。

对3GPP阵营的厂商来说,5G NTN作为3GPP支持的技术,将能够利用标准化产品和组件的大型生态系统,为技术供应商提供了在设备间快速扩展和兼容性的机会。

在国内,针对5G NTN的工作也有落地。本月,紫光展锐联合北京鹏鹄物宇科技发展有限公司率先完成全球首个基于R17 IoT NTN标准的 5G卫星物联网上星实测。本次测试采用的卫星物联网终端基于紫光展锐IoT NTN芯片开发,通过L波段卫星,在预商用基站上完成了通信组网测试,并实现数据传输。

测试中使用的卫星是一颗位于赤道上空36000公里的商用地球同步轨道移动通信卫星,测试方攻克了测试终端面临的长时延和大衰减等技术难点,在与卫星的通信距离长达38000公里的条件下,成功完成了广播、接入、数据传输等通信过程,并实现了多终端接入和并发通信业务的组网测试。

根据紫光展锐公开信息,本次上星实测所用卫星物联网测试终端,发射功率为23dBm,与手机相同,这意味着现有的终端已具备低功耗、小型化、轻量化等易用性优势,可广泛应用在丰富多样的物联网场景中。而本次测试也意味着基于5G R17 IoT NTN标准的卫星物联网系统技术具备了可商用性。

目前,5G商用已超过3年,取得了多方面成效,已成为数字经济发展的核心底座。工信部数据显示,截至5月底,全国建成开通5G基站170万个,5G移动电话用户数达到4.28亿户,5G流量占移动流量比重达到27.2%。5G应用覆盖国民经济40个大类,在全国200余家智慧矿山、1000余家智慧工厂、180余个智慧电网、89个港口、超过600个三甲医院项目中得到广泛应用。5G行业虚拟专网加快建设,由去年7月的1655个提升至6518个,增长近3倍,服务行业发展的能力明显增强。在此基础上,NTN实现了5G与卫星网络协同部署,扩展了面向海面、空域、无人区等区域的覆盖,将有力消除地面偏远地区与发达地区的数字鸿沟,促进数字化社会经济的和谐发展,促进5G效能进一步发挥。

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