5G時代離不開衛星通信

+ 徐平 沈永言 中國衛通集團股份有限公司

5G時代離不開衛星通信

+ 徐平 沈永言 中國衛通集團股份有限公司

移動通信基本上每10年就有新通信標準問世，20世紀的90年代初2G通信替代了模擬系統，21世紀初開始有了3G網絡，10年后有了4G/LTE。更新一代的5G通信有望在2020年全面商用。

5G將大幅度改變移動通信體驗，其部分目標包括：

1）單位面積地域的通信系統容量要擴大1000倍

2）對終端傳輸速率要達1-10Gbps

3）無線通信鏈路的延遲小于1毫秒

4）接入的終端數量擴大10-100倍

5G將拓展物聯網、無人駕駛汽車、虛擬現實等應用。

基于目前的衛星通信總體現狀（如衛星轉發器帶寬成本高，傳輸時延大），在5G時代衛星通信是否能立足，不少人持悲觀態度。其實不然。

5 G與之前通信標準的不同

先前的通信標準（如3G）都只圍繞單一通信平臺，每次新的移動通信標準都只關注提高頻譜的利用效率；而5G不同，5G不再依賴單一通信平臺，推出新空口標準、提高頻譜利用效率只是5G的其中一個方面，更重要的是如何提高全方位的通信服務能力。

在5G時代，無線通信、有線通信、IP網絡服務等將融合成一個整體，所有平臺共同協作，來實現更有效、全方位、更高速、更安全的通信服務。

今天的許多平臺已為5G做好了準備，包括移動無線網、光纖骨干網、地球靜止軌道（GEO）通信衛星和微波通信等。此外，各種創新應用不斷涌現，包括MEO、LEO星座、無人機和太陽能飛機，所有這些平臺都將成為整個5G生態平臺的一個組成部分。

衛星通信與5G

覆蓋面大、部署快、不受地面情況影響，衛星通信一直是特殊地理位置、特殊場合的唯一通信手段。而“一發多收”的廣播功能優勢，是地面通信無法替代的。衛星通信的這些特殊優勢，使其在5G時代還會繼續發揮重要作用。

雖然衛星通信也有缺點，例如前文提到的“帶寬成本高，傳輸時延大”，但現代衛星通信技術的發展正在大幅度改善這些缺點：越來越多高通量衛星（HTS）的出現將大大降低通信成本，MEO、LEO星座的應用也將大大降低衛星通信的時延。

雖然某些5G應用（如虛擬現實）好象確實很難采用衛星通信（無論是GEO，還是MEO、LEO），但實際上1毫秒的傳輸時延指標對地面通信也是一個難題。專家們認為，1毫秒傳輸時延不僅僅是一個技術問題，也涉及到商務層面（投資）。

從現在到2020年，無論科技水平如何提高，電磁波的傳播速度總要受限于基本物理定律。要實現1毫秒的服務響應，網絡服務的功能執行部分（甚至EPC）要盡量往網絡邊緣部署，內容分發服務器的位置要非常靠近通信終端。業內估計這個距離可能要在1公里之內，這意味著服務內容需要部署到每個蜂窩（cell）。對服務提供商（或運營商）來講這意味著巨額的硬件投資。

而如果一個內容服務跨了多個運營商，要實現1毫秒時延，技術實現、項目投資將更復雜。

但不管怎么說，目前可以說已有一定的思路來盡量克服時延問題。例如，把下一代衛星網絡與移動邊緣計算（Mobile Edge Computing）結合起來，可以使時延、覆蓋面、可靠性、安全性各方面都盡量接近5G標準。

另外，5G基站的生產廠家們可以調整自身產品運行參數的研發，以迎合衛星通信的特殊時延情況。在2G、3G、4G時代，移動設備廠商們（如華為、愛立信等）就曾針對衛星通信設計出基站的“衛星工作模式”。

總之，衛星通信將是5G基礎設施的重要組成部分。可以預見，在5G時代，5G運營商們將提供地面通信和衛星通信之間的無縫連接，業務流根據其對帶寬、時延等的要求被自動、動態路由到最佳的傳輸介質，衛星通信將支持許多5G應用——然而，要完全實現這些，肯定需要不短的時間。

當然，要使衛星通信在5G時代有用武之地，需要全社會做大量的工作，需要一套標準（或規范）出臺。值得期待的是，國際機構們（3GPP、ITU、ETSI、IEEE、GSMA等）都在前所未有地通力合作，以制定各個垂直領域的5G標準。3GPP 版本16將在2019年9月推出，這將是第一個完整的5G標準。

衛星界也需要努力！以讓未來的5G標準給衛星通信留出更多空間。2017年6月，由全球衛星行業生產廠家、運營商、高校等16個單位（如BT、Avanti、SES、University of Surrey）聯合成立了SaT5G（Satellite and Terrestrial Network for 5G）聯盟，該聯盟旨在通過一系列的研究、開發和實驗等工作，在30個月內摸索出衛星通信和5G無縫集成的最佳方案，并在歐洲進行試用。該聯盟的工作成果將可能極大影響5G標準內容的制定。

5 G應用預測調查

TMForum（電信管理論壇）最近對52家移動運營商、設備供應商進行了調查，65%的被調查者認為更好的移動寬帶覆蓋是5G時代的首要任務之一。

其它較重要的5G應用是超高清視頻傳輸（47%）、智慧城市（41%）、固定無線服務（38%）和車聯網（29%）。優先級再低的是工廠自動化（24%）、智能電網應用（21%）、觸覺互聯網（tactile internet，15%），遠程控制無人機（12%）和數字醫療（2%）等。

由于5G的許多技術和商業模式在當今的網絡上也能應用，所以被調查對象們并不指望將來5G會帶來網絡應用的巨變。咱們今天的技術能力已能實現5G的相當一部分應用（參見下圖）。