分析5G和卫星通信发展情况及发展趋势

　　摘要：5G具有先进和成熟的技术，而卫星通信具有天然优势，例如灵活提供网络无线宽带回传、大广域广播多播、安全应急类通信等，是未来移动通信的重要组成部分。文章分析了5G和卫星通信发展情况，以及融合场景与核心技术，表达了对未来发展的展望，为相关人员提供参考。

　　关键词：卫星通信； 5G; 融合场景；

　　Abstract:5G integration system has advanced and mature technology,and satellite communication has natural advantages,such as flexible provision of network wireless broadband return,large wide area broadcast multicast,security emergency communication and so on,which is an important part of mobile communication in the future.Based on the analysis of the development of 5G and satellite communication,as well as the fusion scene and core technology,this paper expresses the prospect of the future development and provides a reference for the relevant personnel.

　　Keyword:satellite communications; 5G; fusion scenarios;

　　0 引言

　　目前，5G系统已经成为最强大的数字管道和陆地通信基础设施。虽然通过射频手段，可以局部无线覆盖低空和近海，但是尚未包括高空和远海，没有实现全球覆盖。而卫星通信系统适合极地、荒漠、远洋、高空等特殊地区，具有三维广域覆盖的特点，因此，需要加快二者之间的融合。

　　1 5G和卫星通信发展情况

　　1.1 5G技术

　　2012年是5G的第一阶段，提出了5G的基本概念；2013-2014年是5G的第二阶段，重点关注了5G的关键能力、应用场景、愿景与需求等；2015-2016年是5G的第三阶段，主要考虑验证工作和开展关键技术的研究；2017-2020年是5G的第四阶段，验证了系统的可行性以及标准方案的制定，大幅度提高了5G的性能[1].

　　1.2 卫星通信

　　卫星通信正逐渐迈向远洋与天空，在连接应用场景方面，具有一定优势，可以开发更多资源，促进了卫星通信类终端用户的发展，提供经济和便捷的服务连接。在卫星运行过程中，根据轨道高度，可以分为低轨卫星通信系统和地球同步卫星通信系统，最早研发的是GEO卫星系统，具有广阔的覆盖范围与较高的轨道高度，除了南北极之外，仅仅需要三颗卫星就可以覆盖全球多数区域，经过几十年的发展，我国卫星系统已经形成一定规模，例如亚太7号、9号、5C、6C等。此外，LEO卫星通信与GEO卫星通信相比，具有一定优势，可以增强消息的实效性，降低传输损耗，为小型化终端提供方便，有效调节GEO轨道频率与位置，实现全球覆盖。目前，国家LEO卫星通信系统尚处于发展阶段，仅有预期中的卫星系统，其中包括"行云工程""鸿雁"系统、信息网络重大工程等，尚且没有低轨互联网星座系统。

　　2 融合场景与技术分析

　　2.1 融合场景

　　2.1.1 中继到站

　　在中继到站的场景中，卫星的作用主要是中继，将微型接收站设置在小区内，确保各小区和地面运营商间，始终拥有通信渠道，对不满足通信基站建设条件的小区而言，以卫星为依托，对通信进行保持，具有重要意义。现阶段，在抗灾的过程中，该场景较为常见，以地震为例，多数地震都会破坏通信设备，卫星可使灾区人民与外界保持联系，救援及后续工作的开展自然会变得十分便利。

　　2.1.2 混合多播

　　对混合多播而言，卫星所肩负的职责，通常与广播源相似，即运营商向卫星发送有广播需求的消息，再由卫星通过一对多的方式，确保消息被准确传递给不同区域，在保证通信质量的基础上，将通信成本降到最低。

　　2.1.3 小区回传

　　在该场景中，微型接收站成为小区向卫星发送各类消息的平台，再经由卫星向运营商网络进行转发，确保信息得到实时交互。

　　2.1.4 动中通

　　以车辆和飞机为代表的移动载体，通常会长期处于运动状态下，通过对卫星平台进行实时跟踪的方式，使数据、语音和其他信息得到持续传递，无论是应急通信，还是多媒体通信所提出的需求，均可因此而得到满足[2].

　　2.1.5 其他场景

　　首先，服务对象是普遍场景。对我国偏远地区而言，要想建设通信设备，既要投入极高成本，又无法获得相应收益。此外，洪水等突发灾害，同样会破坏基础设施，导致网络无法正常使用。针对上述情况，多数用户均表达出了以卫星网络为依托，对5G服务进行访问，确保物联网节点能够有效接入的诉求。其次，服务对象是连续场景。正常来说，对地面网络部署起决定作用的因素是为人口密度，而非传统观念认为的地理区域，由此而引发的问题，主要是没有被地面网络所覆盖的区域，不具备访问5G服务的条件，这便是连续场景被提出的背景。该场景可使用户无缝切换5G与卫星的设想成为现实，无论是机载平台、海事平台，还是陆地移动平台，均可提供接入服务，这样可保证用户即便身处海洋、高山等特殊区域，仍然能够享受到所需的服务。最后，服务对象是可扩展场景。卫星网络和地面网络的差别，主要体现在覆盖范围上，卫星网络的覆盖范围更加广阔，通常可以达到数以万计的小区，这也是有关人员决定利用卫星对信息进行广播的原因，即在确保通信成本不会出现大幅增加的前提下，直接作用于相应设备。除此之外，卫星网络还可被用来对敏感数据进行广播，以地面网络为依托，完成流量卸载操作等。

　　2.2 核心技术

　　对5G技术、卫星系统进行融合，通常要经过一段时间才能初见成效，对可行性进行验证是不可或缺的环节。本文所研究5G是最新系统，这也表明其既对原有系统的优势进行了保留，又增添了全新技术，只有确保全新技术价值得到实现，才能达到融合的目的。下文将对新引入技术进行介绍，供有关人员参考。

　　2.2.1 组网服务

　　D2D是指以蓝牙和无线网络技术为依托，使终端设备直接通信成为可能的技术。对处于运行状态的卫星而言，极广的覆盖范围，导致相邻卫星带来干扰的情况变得较为常见，对D2D加以利用，可使干扰大幅减轻。除此之外，对通信网络与系统而言，随着通信链路被建立，对数据进行传输，将不再以中间设备、核心设备为依托，这样做可避免核心网络承担过大压力的情况出现，随着频谱吞吐量与利用率的提升，网络容量必然会得到扩大[3].

　　作为分散运算架构的边缘计算，强调将海量数据向边缘节点进行分散并处理，由于边缘节点与终端装置相似，因此，这样做可使数据拥有更快的传送和处理效率，延迟问题自然会得到解决。在物联网发展势头迅猛的当下，如何使海量数据得到快速处理，已成为人们关注的焦点，这便是边缘计算诞生的背景。事实证明，充分利用边缘计算，可使系统对安全保护、实时业务与智能应用所提出要求得到满足。对星地融合系统而言，该技术的优势在于优化卫星能力，使其表现出更加理想的服务质量，上述内容应尤为注意。

　　2.2.2 空中接口

　　第一，4G所用多载波技术，主要是OFDM,该技术对宽带应用有理想的扩展效果，兼具低复杂性与高频谱效率。由此可见，对5G技术而言，该技术仍然作为首选波形而存在，但业务多元的5G,又对其提出了全新要求，即以新型技术为依托，对遮挡、多径等问题加以解决。

　　第二，5G适用编码方案，主要由控制信道方案与数据信道方案构成，其中，前者对应Polar码，后者对应LDPC码。星地融合业务均有较为突出的复杂性，例如，时延要求低及误码率低，只有对现有方案进行组合，才能使复杂业务所提出需求得到满足，因此，在条件允许的情况下，有关人员可对上文提到的两种方案进行综合运用。

　　2.2.3 网路虚拟部署

　　作为全新网络架构的软件定义网络，强调以OpenFlow为依托，在数据平面中，将路由器对应控制平面彻底分离，经由软件的方式加以实现。而文中提到的网络功能虚拟，同样是网络系统架构，强调以虚拟技术为依托，结合网络节点阶层所具备的功能，对功能区块进行分割，再借助软件将其实现，硬件架构所存在的问题得到有效解决。本文研究的SDN与NFV的互补性极强，这并不代表二者互相依赖，从某个层面来说，二者的适用领域不同，因此，在条件允许的情况下，有关人员可以对二者进行结合，确保网络架构拥有更为理想的性能，在简化互操作性的基础上，使运营及维护负担得到有效减轻。

　　3 未来展望

　　从卫星的角度来说，物联网的诞生，为5G与卫星的融合指明了方向，对向数百个国家提供服务的低轨卫星而言，现阶段，亟待解决的问题只有一个，即跨境结算。在这里不妨做出如下假设：将通信资费结算与区块链技术相结合，提出"通信即为结算"的概念，在对通信过程进行详细记录的基础上，借助数字货币，对通信费用进行计算。该假设可使跨境结算及相关问题得到有效解决。当然，对数字货币所形成市场仍有极大上升空间的现阶段而言，上文所提及通信结算要想成为现实，还要经过无数次的实践和优化，有关人员应对此引起重视。

　　4 结语

　　综上所述，未来将会增加卫星系统的应用，采纳与借鉴更多的通信技术，将卫星通信系统与5G技术相结合，从卫星轨位星座、对象业务类型、具体部署覆盖类型等多种角度，考虑服务架构方式。通过二者之间的融合，可以提高卫星的整体水平与性能，开辟新的卫星业务与市场，分享终端用户数与巨量移动业务市场。

　　参考文献

　　[1]梁刚毅，许斌，朱勤伟。5G通信基站对邻频C波段卫星地球站干扰的分析与处置[J].移动通信，2020（3）：89-96.

　　[2]沈永言。5G广播和移动边缘计算时代卫星通信的挑战与机遇[J].卫星应用，2020（2）：38-42.

　　[3]靳颖。构建商业航天时代的卫星地面终端生态链-2019中国卫星应用大会召开[J].卫星应用，2019（11）：74.