一、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和優(yōu)勢(shì)

最近，華為mate60憑著“國(guó)產(chǎn)自研5G芯片”+衛(wèi)星通信兩個(gè)宣傳亮點(diǎn)，一直占據(jù)互聯(lián)網(wǎng)的熱度，作為華為“捅破天”的技術(shù)，其實(shí)很早之前就出現(xiàn)了，而且也一直在5G和6G技術(shù)路線(xiàn)的演進(jìn)方案之中，在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信華為也不是第一家實(shí)現(xiàn)，作為華為Mate60的賣(mài)點(diǎn)并引起這么如此高的熱度，側(cè)面證明了華為營(yíng)銷(xiāo)能力的強(qiáng)大。

自從1957年第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射以來(lái)，人們一直自探索衛(wèi)星和空間的應(yīng)用，衛(wèi)星通信和衛(wèi)星廣播是衛(wèi)星應(yīng)用的最好范例。在衛(wèi)星的幫助下，人們可以把更多的應(yīng)用和服務(wù)送到世界的更多角落，但是最早的衛(wèi)星通信都是基于地球靜止軌道的（GEO），隨著技術(shù)的發(fā)展，中軌（MEO）和低軌（LEO）衛(wèi)星系統(tǒng)開(kāi)始迅猛發(fā)展，為衛(wèi)星通信帶來(lái)了更多的選擇。

衛(wèi)星通信技術(shù)演進(jìn)主要包括三個(gè)階段：

（1）基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，在這個(gè)階段，單極化6/4GHZ波束提供全球波束覆蓋，雙極化波束整形基于16/14GHZ可提供多點(diǎn)波束和轉(zhuǎn)發(fā)器波束跳躍以及星上交換服務(wù)，星間鏈路、光通信技術(shù)和30G/20GHZ的應(yīng)用讓高通量全球衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實(shí)；

（2）星上技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)階段經(jīng)歷了分頻交換、分時(shí)交換、星上信號(hào)處理、星上數(shù)據(jù)包交換以及星上路由和星間鏈路的發(fā)展，其中星間鏈路的發(fā)展也推動(dòng)了LEO/MEO星座衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

（3）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用，這個(gè)階段從國(guó)際長(zhǎng)途電話(huà)和衛(wèi)星服務(wù)、專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)、航空地面移動(dòng)服務(wù)、直接數(shù)字衛(wèi)星廣播、多媒體換聯(lián)網(wǎng)寬帶服務(wù)發(fā)展，最終到現(xiàn)在的4G/5G和未來(lái)6G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

衛(wèi)星組網(wǎng)仍然面臨著比較大的挑戰(zhàn)：

（1）傳播時(shí)延大，雖然無(wú)線(xiàn)電波在真空中的傳播速度可以達(dá)到光速，但是比較大的衛(wèi)星通信距離讓傳播延時(shí)大于地面網(wǎng)絡(luò)；

（2）帶寬有限，能夠用于衛(wèi)星通信的頻譜資源比較有限，同時(shí)衛(wèi)星產(chǎn)生的波束遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地面無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，使得頻譜的利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如地面無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。這將會(huì)影響通信的質(zhì)量。

（3）傳播錯(cuò)誤多，由于傳輸距離和鏈路信道會(huì)受到各種干擾，傳輸數(shù)據(jù)的誤碼率也大于地面網(wǎng)絡(luò)；

（4）傳輸功率受限，衛(wèi)星主要靠太陽(yáng)能供電，同時(shí)要和其它衛(wèi)星以及地面無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)調(diào)以避免產(chǎn)生干擾，因此傳輸功率就會(huì)受到很大的限制，數(shù)據(jù)的傳輸速率也會(huì)受到影響。

?? ? ? 對(duì)手機(jī)終端來(lái)說(shuō)功率限制更加明顯，通常的蜂窩最大傳輸功率也就300~400mw，而類(lèi)似mate60在進(jìn)行衛(wèi)星通信時(shí)，功率將達(dá)到2W以上，對(duì)手機(jī)續(xù)航時(shí)間將會(huì)產(chǎn)生致命的影響。

網(wǎng)絡(luò)QoS（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量）以用戶(hù)為中心，目前QoS的類(lèi)別模型已經(jīng)由國(guó)際電聯(lián)明確提出，如下圖所示，可以看出，QoS的類(lèi)別模型共有8個(gè)，其中有的服務(wù)可以容忍傳輸錯(cuò)誤，如語(yǔ)音視頻交互、語(yǔ)音視頻信息、語(yǔ)音視頻流媒體和傳真；有的服務(wù)則不能容忍傳輸錯(cuò)誤，比如指令和控制、信息文件下載、后臺(tái)處理。

在5G標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程中，3GPP已經(jīng)為基于GEO、MEO、LEO集成基礎(chǔ)設(shè)施的衛(wèi)星接入網(wǎng)絡(luò)制定了具體的QoS參數(shù)，這些參數(shù)都是和具體時(shí)延相關(guān)的。

NTN（非地面網(wǎng)絡(luò)）是指除了地面網(wǎng)絡(luò)的所有網(wǎng)絡(luò)，包括衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和高空平臺(tái)，3GPP和ETSI（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）基于NTN部署提出了具體的部署場(chǎng)景：

（1）平臺(tái)軌道和高度——包括平臺(tái)軌道類(lèi)型以及高度

（2）平臺(tái)和設(shè)備之間的載波頻率——0.5G~100GHZ

（3）波束模式——這里的波束模式是指波束覆蓋模式，是頻譜復(fù)用和容量計(jì)算的重要參數(shù)

（4）接入方式——可以是FDD，也可以是TDD

（5）信道帶寬——該場(chǎng)景下涉及下行鏈路和上行鏈路的可用帶寬，使用何種帶寬取決于所使用的頻率（一般6G以上為：800MHZ，6G以下為80MHZ）

（6）非地面網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)選項(xiàng)：

• 衛(wèi)星可以作為無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)在用戶(hù)設(shè)備和5G基站（gNB）之間以透明的方式連接；

• 用戶(hù)設(shè)備連接中繼站時(shí)，衛(wèi)星僅在中繼站和5G基站之間以透明的方式連接；

• 用戶(hù)設(shè)備連接中繼站時(shí)，衛(wèi)星可以具備5G基站的一些功能，并和中繼站相連接。

  
  

（7）終端類(lèi)型和功率

對(duì)每個(gè)3GPP FDD功率等級(jí)，PC1的全向天線(xiàn)最大輸出功率為33dBm（2W）。

二、LEO和GEO衛(wèi)星通信

GEO衛(wèi)星的位置位于35786Km高度，相對(duì)地面是靜止的，因此衛(wèi)星波束所提供的覆蓋也是相對(duì)靜止的，對(duì)應(yīng)的地面容量和覆蓋規(guī)劃以及控制鏈路都比較簡(jiǎn)單。但是其缺點(diǎn)也很明顯，GEO衛(wèi)星的無(wú)線(xiàn)鏈路環(huán)回延時(shí)（大約560ms）和路損都比較大，對(duì)手機(jī)的天線(xiàn)類(lèi)型、發(fā)射功率都有著更高的要求，需要花更大的代價(jià)去保證無(wú)線(xiàn)鏈路的質(zhì)量，這也是目前mate60所代表衛(wèi)星通信的重大技術(shù)缺陷。

從系統(tǒng)角度看，LEO衛(wèi)星處于低軌空間環(huán)境，會(huì)受到更多外界環(huán)境的干擾（大氣塵埃等），衛(wèi)星壽命通常會(huì)短些，由于LEO衛(wèi)星軌道比較低，所以覆蓋面積比較低，為了實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，需要部署成百上千顆的LEO衛(wèi)星，需要使的發(fā)射和維護(hù)成本變得更高，這是目前馬斯克的星鏈目前所推廣的技術(shù)路線(xiàn)。

綜上分析，在實(shí)際部署時(shí)，因?yàn)镚EO和LEO各有優(yōu)缺點(diǎn)，未來(lái)肯定要發(fā)展異構(gòu)部署組網(wǎng)，在相同或者不同類(lèi)型的衛(wèi)星之間，配置星間鏈路，并利用微波或者激光等進(jìn)行信號(hào)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)，使得衛(wèi)星信號(hào)能沿著最佳路徑到達(dá)地面。

三、總結(jié)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，5G-NR、6G等通信技術(shù)也將被逐漸的應(yīng)用在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，雖然在網(wǎng)絡(luò)部署和工作方式上有著比較大的差異，但是在系統(tǒng)架構(gòu)/協(xié)議棧層方面，未來(lái)的衛(wèi)星NTN系統(tǒng)必然要和地面蜂窩深度融合，衛(wèi)星之間也將可能異構(gòu)組網(wǎng)，融合帶寬和時(shí)延不斷優(yōu)化后，手機(jī)用戶(hù)將有可能以更低的資費(fèi)享受到質(zhì)量更好、內(nèi)容更豐富的衛(wèi)星通信服務(wù)。