卫星互联网在5G时代的机遇与挑战

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来源：“卫星互联网”微信公众号

卫星通信/卫星互联网作为地面固定基站和地面移动通信网络的补充，正在成为5G生态系统中的重要组成部分。下面就让我们一起学习讨论国外专家的研究成果吧。

5G时代，卫星互联网的机会在哪？

用户需要一个满足其需求的网络。 同时，App等应用程序的开发人员，不会为适应不同的网络特性如传播延迟等问题，去设计解决方案来。 这就意味着卫星互联网和地面5G网络的无缝兼容是一个重要的市场需求。

经济实惠的全球交互性服务只能通过卫星互联网进行。因此向偏远地区提供服务和数据将为卫星网络运营商带来明确的市场机会。

飞机、邮轮上的上网服务、私人专属网络、远程医疗、远程教育、电子政务，以及为岛国提供上网服务等，这些只是对个人用户的应用举例。此外，卫星互联网可以用非常合理的成本提供大规模网络数据传输服务，是新兴的IoT/ M2M（物联网）市场的解决方案和新的机会（如图1）。

图1：5G中卫星互联网的应用举例

与地面移动网络的服务价值链相比，卫星网络运营商可以通过减少运营和业务支持成本，提供全球互联网服务。考虑到部署的大量低地球轨道通信卫星（LEO），可以提供无处不在的卫星上网或有效的全球通信等服务，这一优势将在今后更加凸显。此外，未来云计算资源也可能在太空中部署。 因此，基于卫星资源的互联网业务模式，将比在地面上更加高效。

卫星互联网也更不容易受到物理攻击和自然灾害的影响——这是一种固有属性，使其成为高度安全和关键任务服务的首选交付方式。 由于电磁波在自由空间通信的物理属性，结合内在的点对多点和广播能力，卫星链路可以提供比地面链路更高性能和更可靠的服务。

通过新的调制编码实现频率的空间复用和频谱效率的提高，卫星通信能力有了很大的进步。可以通过利用卫星预测地面设备地理位置的能力，来设计更有效的适应性方案。

进一步设想的性能改进与路由和流量算法有关，这些算法利用了基础设施的完全可预测性，可能通过一个完全网格化的路由网络，提供稳定质量的连接服务。推进和定位技术的进步使卫星能够按需重新定位。这种“任务拓扑结构”可以在用户和应用场景中短时间内实例化，从而在该领域带来巨大的创新潜力。

新的制造工艺和技术将极大降低传统卫星平台制造的高昂成本，允许新进入者“扰乱”卫星市场。同样的情况也适用于运载火箭发射成本，因为技术进步，一些商业火箭公司可以实现回收火箭重复利用。在这些有利的环境条件下，在轨道上运行和维护数据中心(DCs)的成本可能低于地球。

5G对卫星互联网的挑战

网络延迟是提供卫星互联网服务的主要限制。最终，网络连接服务的传播延迟将由星座的卫星数量多少和拓扑结构、用户终端的动态配置，以及延迟容忍网络(DTN)和缓存功能来处理解决。

空间数据中心的新架构和拓扑结构将出现，以响应业务驱动的使用案例。与网络功能相关的研究和创新领域如下：

频道模型

调制和纠错码

天线设计

MAC协议

L2虚拟专用网络，基于跨越任何链路的MPLS，并支持分组和电路交换链路

路由算法考虑诸如链路和能量成本，延迟或区域限制等性质

这其中最重大的挑战是卫星互联网与支持B2B和B2C情景的地面网络的相互操作问题。特别是互操作性对于实现地面系统的覆盖，回程和传输是很必要的。例如IaaS、PaaS和SaaS相关业务角色的互操作性；包括促进者的业务角色，对于在双边市场实现敏捷价值链都是至关重要的。与数据互操作性有关的若干挑战，有望通过新兴的国际太空运行标准来解决。

准确的时间服务对于地面节点的同步，以及对卫星位置的精确确定至关重要，因此这是对拓扑，路线和数据流管理的主要输入参数。 图2是包括地球静止轨道(GEO)卫星和其他地面网络在内的LEO星座的典型部署示意图。

图2：天地融合网络典型部署

卫星互联网有潜力保证带宽、性能和安全性，在任何地方都可以提供有竞争力的价格

图3：卫星综合5G路线图

为了实现和利用这种潜力并刺激投资，需要采取多种措施，包括：

在5G活动中与地面参与者进行更密切的合作，包括技术，标准化和监管问题。图3说明了所需活动的建议路线图。

通过API实现可编程资源并将其纳入价值链，例如开发者平台和市场。

卫星制造、发射、定位、空间数据和通信的跨学科研究和创新。

加快引进公私合作项目，通过大型试点项目，为多个垂直领域的特定B2C和B2B提供服务，从公共领域向民营企业转化知识产权，并进行有针对性的投资。

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