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6G卫星通信接入及移动性管理技术.docx
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6G卫星通信接入及移动性管理技术.docx
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1 引言
年被称为 元年,而 年是 加速商用的一年,中国 跑出
了“中国速度”,全年新建 基站超过 万个,实现所有地级以上城市 网络
全覆盖; 终端连接数突破 亿个。 年计划新建 基站 万个,加速
向有条件的县镇延伸
。但 网络覆盖仍以基站为中心,在基站未覆盖的沙漠、
无人区、海洋等区域内依然存在大量通信盲区,预计 时代仍将有 以上
的陆地区域和 以上的海洋区域无移动网络信号
。同时, 的通信对象集
中在陆地地表 以内高度的有限空间范围,无法实现“空天海地”无缝覆盖
的通信愿景
, 并不能真正实现“全球全域”和“万物互联”。
因此,人们的目光开始聚焦在 的研究,以弥补 网络的不足并实现真
正意义上的全球全域随遇接入和万物互联。 核心技术已被列入多个国家的创
新战略中,将成为大国科技博弈的高精尖领域。中国、美国、日本、韩国、欧
洲(如芬兰、德国)等多个国家和地区都已经启动了关于 的研究,尚处于
“ 场 景 挖 掘 ” 和 “ 技 术 寻 找 ” 阶 段 。 其 中 , 国 际 电 信 联 盟 (
, ) 已 将 卫 星 通 信 列 为 融 合 多 类 网 络
()的重要组成部分
。 的总体愿景是基于 网络的进一步扩展
和升级
,进一步融合卫星移动通信、人工智能( !",#)与
大数据
,打造“空$天$地$海”一体化网络,构成面向 年之后的泛在移动通
信信息基础设施。 网络速率、空口时延以及网络接入容量等指标,均比
网络有了数倍甚至千倍的性能提升,并将涌现更多的全新业务和全新应用场景 。
网 络 将 由 的 增 强 型 移 动 宽 带 ( %& '
'&'& , (( ) 、 超 可 靠 低 时 延 通 信 ( '&)
, *++, ) 和 大 连 接 物 联 网 ( - % .
,, )三大应用场景升级和扩展到未来增强型移动宽带
( !%$%&''&'& , /(( ) 、 极 高 可 靠 低 时 延 通 信
(0'&)$ ,*++,)、远距离高
移动性通信("$&&%"%$' ,+12,)、
超大连接物联网($-%., ,)和
极低功耗通信(0)$.),3+4,)五大应用场景
5
。为满足 网络下的上述多层多维应用要求,建立终端及业务与网络连接的
首先任务是实现高效、快速、智能的接入,研究和探索 网络中卫星通信接入
技术具有重要的意义。
本文首先通过对目前卫星移动通信系统接入技术体制,以及国际标准化机
构对 新空口()&,*)卫星接入技术的研究现状进行介绍和分析,
然后分别研究和提出了关于极简接入、极智接入和移动性管理等方面针对
网络中的卫星通信相关解决方案和建议。
2 目前卫星移动通信的接入技术现状
6卫星移动通信系统接入技术
卫星移动通信系统是提供卫星移动业务('-,77)
的通信系统,可以提供语音、数据、传真、视频等业务,既适用于国内通信,
也可用于国际通信,既适用于民用通信,也适用于军事通信
。投入运营的代表
性 卫 星 移 动 通 信 系 统 主 要 有 国 际 海 事 卫 星 通 信 系 统 ( ) 、 铱 星
(&)、全球星(')以及我国的“天通一号”卫星通信系统等。
是世界上第一个全球性的移动业务卫星通信系统,用户链路利用
+ 波段,覆盖全球南北纬 89以内的范围,提供低速数字语音、数据通信、传真、
电 报 ( 仅 限 于 海 事 终 端 单 元 之 间 ) 。 其 中 , 三 代 星
($4:,; )采用类似地面全球移动通信("'!'
,7)系统的 *$体制
。*(3;$'&)
意为地球静止轨道卫星(3;)移动无线电接口,用于地球同步卫星的移动卫
星业务。* 源于地面 7 标准,支持接入 7 核心网
8
,采用 1# 多址
接入方式,终端用户可在地面 7 和卫星之间自动切换。不同于前面三代星采
用 的 传 统 电 路 交 换 技 术
, 四 代 星 全 球 宽 带 局 域 网 ( '&'&
"'),(#)创建了世界第一个全球性的 移动通信网络
, 将 系 统 <,1# 空 口 替 换 为 专 用 空 口 ( 即 !$
,#)
,可采用不同的调制方式,兼容地面 网络( 44*5)
。 一到四代星用户链路均采用 +频段,而 五代星采用 =
频 段 , 基 于 1>($7 技 术 , 支 持 上 行 ': 、 下 行 ': 的 宽 带 业 务
。的全球服务商竞争对手为 &和 '。
& 采用了星上处理、星上交换和星际链路技术。其中,星际链路是一
个巨大的突破和优势,类似于地面蜂窝网络。 & 采用源于地面 7 的
*$ 技术体制
。*$ 空口被称为 *$ ,以欧洲电信标准化协会
(3.7&& ,37 ) 313 标准
空口为基础,并针对卫星环境进行了优化
,采用 1# 多址接入方式实现手
持 终 端 与卫星 直 接通 信 , 为用 户 提 供了 语 音 、数 据 、 寻呼 以 及 传真 等 业 务 。
& 公司 8 年开始部署的“&3?@星座,支持移动用户(手持终
端 ) 的 最 高 数 据 速 率 可 达 ': , 数 据 用 户 ( 船 载 动 中 通 &
;.4
A
B. 及其升级换代产品 &4C
5$
)可达 6':,
=频段固定站不低于 ':
。“&3?@主要瞄准 4 宽带网络化和载
荷能力的可扩展、可升级等能力,这些能力使得它能够适应未来空间信息应用
的复杂需求。
'在全球范围向用户提供无缝隙覆盖的低价卫星移动通信业务
(包括语音、传真数据、短信息、定位等),采用 ,1#技术,能确保语音质
量良好,增加通话的保密性和安全性。全球星系统没有星间链路,无须星上处
理,从而大大降低了系统投资费用,而且避免了许多技术风险。' 用户
既能在地面移动蜂窝网中工作,也可以在蜂窝网络覆盖不到的地区转为卫星通
信模式,真正实现全球无盲区(除南北极)个人通信
8
。
D天通一号”是我国卫星移动通信系统。天通$ 星主要覆盖我国领土和领海,
天通$ 星、天通$ 星分别在天通$星东西两侧设置,形成对太平洋中东部、
印度洋海域及“一带一路”区域的常态化覆盖。“天通一号”卫星的技术指标与能力
水平达到国际第三代移动通信卫星水平
。用户链路为 7 频段,馈电链路为 ,
频段,用户链路和馈电链路的上下行传输均为 /11:1#$/1# 方式
,支持
的数据速率为 6':E 5':。
除了上述卫星移动通信系统外,目前还有 % 和 #,7 等区域性的卫
星移动通信系统。其中,%采用源于地面 7的技术体制 *$,多
址方式为 1# 多址接入方式,支持 /11 双工;而 #,7 则采用源自 7 的
技术体制 *$),同样为 1# 多址方式,且支持 /11 双工。
近年来,以 7 和 ;<' 为代表的低轨卫星互联网星座也得到蓬勃
发展。7 采用比 4- 技术更加轻量化并且原生支持 44 的全新连接协议
,是一种类似区块链的去中心化网络,卫星能够精确了解每个用户物理位置经
纬度合理的分布其数据链路,且采用端对端的硬件加密技术,具有高度安全性。
7 从硬件芯片到协议的全新 系统是对目前地面上使用的互联网技
术的一次全新全面升级
。7 第二代系统将采用星间激光链路,以提供无
缝的网络管理和服务连续性。7 用户通过 <$/ 路由器将卫星信号进一步
转化为 <$/ 信号后接入互联网。目前可采用的路由器包括 4$+、#77 等
多个品牌,而且支持 <$/ 技术体制
。
;<'星座卫星之间没有星间链路,采用“天星地网”组网方式
,卫星之
间不组网,通过全球分布的地面站实现整个系统的全球服务能力,卫星只是透
明转发通道,大部分的处理在地面完成。星上设备比较简单,系统建设的技术
复杂度低,升级维护也比较方便。按照目前的建设方案, ;<' 系统在全球
设置了 多个信关站。每个信关站计划配置 幅以上的天线,每幅天线口径
为 65或更大
。;<'用户链路采用 = 频段,用户终端可以作为一个
本地互联网接入点,用户能通过 <$/或蜂窝信号接入互联网,目前设计支持
通过 、+3、<$/或卫星链路接入互联网。
我国已于 年 5 月成立了中国卫星网络集团有限公司,将对我国低轨卫
星互联网产业进行顶层设计和资源整合。此外,我国也向 申报了由
颗卫星组成的“<$#@和“<$@星座,将着力提高全产业链的创新能力和整
体效能,确保系统安全稳定、自主可控。
综上,、& 和 ' 以及我国“天通一号”等移动卫星通
信系统采用类似陆地移动通信系统的 或 技术体制,采用 /1#:1#
及 ,1#多址接入方式,支持低速数据、语音服务,只有近年规划和部署的卫
星(如 五代星)才开始支持宽带互联网业务。7 和 ;<' 等
新兴的低轨卫星宽带互联网星座需要配置专用路由器将卫星信号转化为 <$/、
微波等无线网络实现用户终端的互联网接入。将来的卫星移动通信发展趋势主
要包括 5个方面:卫星天线口径不断增大,卫星功率不断提高;多波束天线广
泛使用、波束个数不断增加;业务宽带化、 4化,数据传输速率不断提高;与
地面移动通信网络的融合趋势不断加大
。而这些趋势和变化,将为未来融合卫
星通信的多类网络()的 通信网络提供一定的技术积累和技术参考。
另一方面,由第一代卫星广播电视标准 1>($7:1>($*,7逐步发展和演变
的 1>($7、1>($*,7 和 1>($7? 技术也得到了大量应用。但 1>(系列标
准更适用于广播卫星业务('&"-,(77)和固定卫星
业务(!0&$-,/77)方面
5
,为支持叠加网状网和星上处理等
技术预留了扩展的可能
,对未来 卫星通信也具有一定的参考意义。
6国际标准化机构 44 关于 * 的卫星接入技术研究
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