解决高轨、低轨卫星通信短板的5GNTN技术验证成功!

原创 52RD 2022-09-09 15:00

近期,苹果和华为都宣布在新机上搭载卫星通信技术,那大家都抢着用的卫星通信到底是啥?有什么用?在未来的发展趋势是什么呢?


什么是卫星通信技术?


卫星通信是指直接通过天上的卫星来进行短消息、语音、图像的传输,常被用于地质勘探、远洋运输、 森林巡护等特色领域和人群。


卫星通信有三大特点:一是电波覆盖面积大,通信距离远,可实现多址通信;二是传输频带宽,通信容量大,可在两点间提供几百、几千甚至上万条话路;三是通信稳定性好、质量高。传输损耗小,电波传播稳定,不受通信两点间的各种自然环境和人为因素的影响,即便是在发生磁爆或核爆的情况下,也能维持正常通信。


总结来说卫星通信技术就是确保你在特殊环境、意外情况下,能发出求救信号。




手机上搭载卫星通信技术的必要性


但是,目前的卫星手机通信效率比较低且价格非常昂贵,一部高达上万元。而且均要求天线的功率大、方向性和抗干扰性强。所以常见的卫星电话基本都配备有一根很长的天线,且一般只能在户外场景使用,如下图。



所以如果不是特殊要求,一般人确实很少考虑购买卫星手机。但是基站信号并不是全面覆盖的,万一在远游、爬山、自驾游中遇到意外,荒郊野岭的手机还没有信号,那卫星通信将是救命的技术。


可以用不到,但不能没有。


于是,考虑到以上可能性,卫星通信技术必须植入到我们日常使用的手机中,让每个人在意外情况中都可以及时求助。


而我们普通用户对卫星通信技术还是有要求的。首先,不能有超大的天线,不日常;其次,价格不能昂贵。于是在手机中搭载卫星通信逐渐成为了手机厂商的热门方向。


卫星通信技术目前的应用情况


华为已发布的mate50是和北斗合作的,属于高轨卫星通信技术。而苹果据说会和globalstar合作推出低轨卫星通信技术,马斯克一直在研究的星链也属于低轨卫星。


那高轨、低轨到底指什么?



如上图,高轨低轨就是指卫星与地面的距离,各有优缺点。


高轨道卫星覆盖面积大,但距离远,通信困难,速率比较慢。这种低速率通信,只能勉强满足定位导航等需求。所以华为和北斗合作的mate50只能满足单向的短报文发送。也就是说,在没有信号的情况下,只能通过短信(且字数有限)求救,高轨卫星把短信发送出去并精准定位你的位置,但你收不到短信和其他任何的信息。



那低轨卫星的功能就多了,可以实现双向的通讯,你能发出去短信也能接收短信,甚至可以打电话。但低轨卫星覆盖面积小,需要大量铺设,马斯克的Space-X就在尝试如何大大降低卫星发射成本,所以低轨卫星或许会成为未来大趋势。


低轨道卫星系统


目前各大厂商的低轨卫星通信技术的计划与进展如图:



可以看到各大资本都在抢夺这一资源,“内卷”之下,低轨卫星技术的普及将指日可待。


说起来容易做起来难,如何把卫星手机的大天线隐藏起来,是一个大挑战。没有了外接天线,“突破天”的通信需要依靠芯片基带。也就是说,手机上搭载卫星通信息的技术目前为止还不成熟。与此同时,为解决高轨、低轨卫星短板的NTN技术华丽登场了。


NTN技术是什么?


NTN是non-terrestrial network非地面网络的缩写,是3GPP在R17阶段制定的基于新空口技术的终端与卫星直接通信技术。


针对卫星通信场景距离远、移动快、覆盖广带来的多普勒频偏大、信号衰减大和传播时延大等问题,NTN进行了空口增强协议设计,引入了调度时序管理、HARQ功能编排、上行传输时延补偿、空地快速切换等先进技术,已具备基本卫星通信能力。


NTN是手机直连卫星的技术方向之一。利用卫星通信网络与地面5G网络的融合,可以不受地形地貌的限制提供无处不在的覆盖能力,连通空、天、地、海多维空间,形成一体化的泛在接入网。



总结来说,NTN技术有低轨卫星的通信能力,同时也拥有高轨卫星的覆盖能力。不仅覆盖范围广,也具备双向通信的能力,甚至还可以低速上网,除了短信电话求助,还可以在网上进行范围更大的求助。


中兴:全球首发 5G NTN手机直连卫星技术验证成功



2022年8月26日下午,中国移动研究院携手中兴通讯等产业伙伴共同发布全球首个运营商5G NTN技术外场验证,包含四个外场:核心网机房、NTN基站、信关站天线、NTN终端,并在发布会现场进行了连线和现场演示。



本次全球首个运营商5G NTN外场验证,实测性能符合预期,支持短消息、语音对讲等业务,从架构、协议、设备等方面全面验证了手机直连卫星技术落地能力!


本次试点从架构方面验证了高轨卫星透明转发的NTN组网可行性,从协议方面验证了NTN解决长时延、广覆盖等问题的可行性,从设备方面验证了通信设备增加手机直连卫星模式的能力,是NTN技术“从0到1”的突破。


5G NTN技术外场验证首次实现了高轨同步卫星与地面终端直连,完成了业务端到端贯通,后续将在北京、云南等省继续开展面向个人应急、物联采集等实际业务的专项试点。面向未来,将进一步基于中轨和低轨卫星进行5G NTN技术更全面的基础业务验证和性能评估,为手机直连卫星打下坚实的理论和技术基础。


那中兴实现了NTN技术意味着什么呢?


5G NTN的巨大应用价值



全球目前尚有80%以上的陆地区域和95%以上的海洋区域没有地面网络覆盖。5G NTN技术可实现手机通过卫星直接连接到蜂窝宽带网络,从而构建连接泛在、场景丰富、产业链高度融合、建设运维成本低的天地融合网络。


利用NTN网络的强大覆盖能力,理论上可以构建全时空的基于手机直连的公众应急通信网,提供无处不在的通信网络服务,偏远地区、海洋、民航等全域实现泛在连接,提供短信、语音、上网、公众应急通信、广域物联网等全场景服务。


同时,通过5G通信和卫星通信两大产业链的深度融合,让接入卫星的物联终端形态向低成本、小型化、低功耗等易用性方向发展,让智能手机具备直连卫星能力,形成规模效应,推动卫星连接价格下降。


另外,面向运营商,提供低成本的广覆盖方案,在用户稀疏的偏远地区、海面等区域无需建设和维护蜂窝基站,可显著降低基站数量并进行集中部署,进而降低运营商的网络建设和运维成本。



从用户、客户、运营商等多个角度考虑,5G NTN技术都是未来趋势,是卫星通信技术的终极形态。





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