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5G时代离不开卫星通信

时间:2017年08月24日 信息来源:休斯卫星通信 点击: 【字体:

(本篇整理自多方国内外资料,以与同行们分享)


移动通信基本上每10年就有新通信标准问世,20世纪的90年代初2G通信替代了模拟系统,21世纪初开始有了3G网络,10年后有了4G/LTE。更新一代的5G通信有望在2020年全面商用。

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5G将大幅度改变移动通信体验,其部分目标包括:

1)单位面积地域的通信系统容量要扩大1000倍

2)对终端传输速率要达1-10Gbps

3)无线通信链路的延迟小于1毫秒

4)接入的终端数量扩大10-100倍

5G将拓展物联网、无人驾驶汽车、虚拟现实等应用。

 

基于目前的卫星通信总体现状(如卫星转发器带宽成本高,传输时延大),在5G时代卫星通信是否能立足,不少人持悲观态度。其实不应该这样。

 

5G与之前通信标准的不同

 

先前的通信标准(如3G)都只围绕单一通信平台,每次新的移动通信标准都只关注提高频谱的利用效率;而5G不同,5G不再依赖单一通信平台,推出新空口标准、提高频谱利用效率只是5G的其中一个方面,更重要的是如何提高全方位的通信服务能力。


在5G时代,无线通信、有线通信、IP网络服务等将融合成一个整体,所有平台共同协作,来实现更有效、全方位、更高速、更安全的通信服务。

 

咱们今天的许多平台已为5G做好了准备,包括移动无线网、光纤骨干网、地球静止轨道(GEO)通信卫星和微波通信等。此外,各种创新应用不断涌现,包括MEO、LEO星座、无人机和太阳能飞机,所有这些平台都将成为整个5G生态平台的一个组成部分。


卫星通信与5G

 

覆盖面大、部署快、不受地面情况影响,卫星通信一直是特殊地理位置、特殊场合的唯一通信手段。而“一发多收”的广播功能优势,是地面通信无法替代。卫星通信的这些特殊优势,使其在5G时代还会继续发挥作用。


卫星通信也有硬性缺点,但现代卫星通信技术的发展正在大幅度改善这些缺点:越来越多高通量卫星(HTS)的出现将大大降低通信成本,MEO、LEO星座的应用也将大大减少卫星通信的时延。


虽然某些5G应用(如虚拟现实)好象确实很难采用卫星通信(无论是GEO,还是MEO、LEO),但实际上1毫秒的传输时延指标对地面通信也是一个难题。专家们认为,1毫秒传输时延不仅仅是一个技术问题,也涉及到商务层面(投资)。

 

从现在到2020年,无论科技水平如何提高,电磁波的传播速度总要受限于基本物理定律。要实现1毫秒的服务响应,网络服务的功能执行部分(甚至EPC)要尽量往网络边缘部署,内容分发服务器的位置要非常靠近通信终端。业内估计这个距离可能要在1公里之内,这意味着服务内容需要部署到每个蜂窝(cell)。对服务提供商(或运营商)来讲这是大笔投资的问题。

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而如果一个内容服务跨了多个运营商,要实现1毫秒时延,技术实现、项目投资就更复杂。


但不管怎么说,咱们已有一定的思路来尽量克服时延问题。把下一代卫星网络与移动边缘计算(Mobile Edge Computing)结合起来,可以使时延、覆盖面、可靠性、安全性各方面尽量接近5G标准。


另外,5G基站的生产厂家们可以调整自身产品运行参数的研发,以迎合卫星通信的特殊时延情况。在2G、3G、4G时代,移动设备厂商们(如华为、爱立信等)就针对卫星通信设计出基站的“卫星工作模式”。


总之,卫星通信将是5G基础设施的重要组成部分。在5G时代,5G运营商们将提供地面通信和卫星通信之间的无缝连接,业务流根据其对带宽、时延等的要求被自动、动态路由到最佳的传输介质。卫星通信将支持许多5G应用,只是咱们不要指望这些会马上发生。

 

当然,要使卫星通信在5G时代有用武之地,需要全社会做大量的工作,需要一套标准(或规范)出台。国际机构们(3GPP、ITU、ETSI、IEEE、GSMA等)都在前所未有地通力合作,以制定各个垂直领域的5G标准。3GPP 版本16将在2019年9月推出,这将是第一个完整的5G标准。


咱们卫星界也需要努力,以让未来的5G标准给卫星通信留出空间。2017年6月,由卫星行业生产厂家、运营商、高校等16个单位(如BT、Avanti、SES、University of Surrey)联合成立了SaT5G(Satellite and Terrestrial Network for 5G)联盟,该联盟旨在通过一系列的研究、开发和实验等工作,在30个月内摸索出卫星通信和5G无缝集成的最佳方案,并在欧洲进行试用。该联盟的工作成果将极大影响5G标准内容的制定。

 

5G应用预测调查


TMForum(电信管理论坛)最近对52家移动运营商、设备供应商进行了调查,65%的被调查者认为更好的移动宽带覆盖是5G时代的首要任务之一。


其它较重要的5G应用是超高清视频传输(47%)、智慧城市(41%)、固定无线服务(38%)和车联网(29%)。优先级再低的是工厂自动化(24%)、智能电网应用(21%)、触觉互联网(tactile internet,15%),远程控制无人机(12%)和数字医疗(2%)等。


由于5G的许多技术和商业模式在当今的网络上也能应用,所以被调查对象们并不指望将来5G会带来网络应用的巨变。咱们今天的技术能力已能实现5G的相当一部分应用(参见下图):

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(作者:中国卫通-徐平)
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