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“衛(wèi)星+5G” 讓用戶“縱享絲滑”
2021-08-12
不久前，河南多地遭遇特大暴雨，洪水沖毀了多處電力和通信基礎設施，也讓傳統(tǒng)地面網絡的短板凸顯出來。
近日，北京郵電大學信息與通信工程學院與銀河航天在北京、濟南兩地開展國內首次低軌寬帶通信衛(wèi)星與靈巧5G專網的融合測試。本次測試解決了異地專網通信對地面光纖基礎設施的依賴問題，實現了低軌衛(wèi)星網絡與地面5G專網的融合，邁出了極地、遠海和偏遠地區(qū)和應急等場景通信服務的重要一步。
邁出第一步
當前，全球網絡覆蓋仍面臨諸多難題。賽迪顧問發(fā)布的《“新基建”之中國衛(wèi)星互聯(lián)網產業(yè)發(fā)展研究白皮書》提到，傳統(tǒng)地面通信骨干網在海洋、沙漠及山區(qū)等苛刻環(huán)境下鋪設難度大且運營成本高，通過部署傳統(tǒng)通信骨干網絡在互聯(lián)網滲透率低的區(qū)域進行延伸普及已存在現實障礙。
目前，地球上超過70%的地理空間，涉及30億人口未能實現互聯(lián)網覆蓋。據國際電聯(lián)公布的數據，全球未實現互聯(lián)網連接的人口中，超過12%居住在邊遠農村或山區(qū)，很多地區(qū)地勢地貌復雜，難以鋪設地面通信網絡。而在地震、洪水、泥石流、冰雪等自然災害發(fā)生時，光纜中斷、大面積基站停電等故障會形成“通信中斷區(qū)”，傳統(tǒng)地面網絡難以滿足應急救援的用網需求。
因此，建設衛(wèi)星互聯(lián)網是解決地球“無互聯(lián)網”人口數字鴻溝的重要手段，是實現網絡信息連續(xù)覆蓋普惠共享的有效補充。
北京郵電大學信息與通信工程學院執(zhí)行院長彭木根介紹說，通信衛(wèi)星和靈巧5G專網結合，能有效解決傳統(tǒng)蜂窩網絡對站址資源需求高、網絡規(guī)劃優(yōu)化復雜、設備昂貴等問題，通過內嵌基站功能自適應遷移和網絡自組織模塊，高效抑制基站間干擾和無線回程受限等挑戰(zhàn)，網絡可以即部署即用。
“低軌寬帶衛(wèi)星與5G專網融合試驗，代替了需要預先鋪設的地面光纖。”西安電子科技大學綜合業(yè)務網國家重點實驗室教授田斌告訴《中國科學報》，“通信衛(wèi)星完成的是骨干網的任務，用戶接入還是由5G專網原先的設備完成，因為衛(wèi)星和地面光纖的信道特性不同，所以要進行這種融合測試?！?/span>
“與4G網絡相比，基于云小站的靈巧5G專網在容量、時延和連接數方面性能顯著提升了至少一個數量級?！迸砟靖f，“未來，靈巧5G專網與低軌寬帶衛(wèi)星深度融合，可以有更廣闊的應用場景，有望服務我國極地科考、海洋開發(fā)以及地震、森林火災等應急機動場景?！?/span>
7分鐘“絲滑”體驗
此次測試依托我國自主研制的低軌寬帶通信衛(wèi)星（銀河航天首發(fā)星）以及高機動、輕量化的5G專網。
在低軌寬帶通信衛(wèi)星與靈巧5G專網的融合測試中，過境的低軌衛(wèi)星連同地面衛(wèi)星終端和信關站，構建起北京、濟南兩地5G專網間的骨干網絡。測試模擬了濟南一個廠房內發(fā)生危險品泄漏時，在北京的工作人員佩戴VR眼鏡，利用衛(wèi)星互聯(lián)網實現5G專網連接，并實時觀察現場情況，操控濟南的無人車接近危險品目標，控制機械臂最終完成危險品處理的場景。
“銀河航天首發(fā)星是目前中國通信能力最強的低軌寬帶通信衛(wèi)星，其通信容量高、時延低?！便y河航天通信技術專家李建成對《中國科學報》說，“我們整個測試的時延大概在20~30毫秒，這種時延人們根本察覺不出延遲，從濟南場地傳來的全景視頻畫面清晰無卡頓，無人平臺操作也順滑流暢，可完成全向運動控制和操控機械臂進行物體夾取等功能?！?/span>
專家介紹說，因為低軌衛(wèi)星飛行速度極快（超過7公里/秒），對同一終端單次的連續(xù)覆蓋時間約為5~8分鐘，所以當天的測試進行了約7分鐘時間。
“低軌寬帶通信衛(wèi)星還具備廣覆蓋的特點，目前我們的信關站覆蓋范圍可達1000公里，假如地面網絡中斷，只要周邊1000公里范圍內任何一個信關站能繼續(xù)工作，就能維持通信。所以對于中小范圍的災害應急是完全沒問題的?！崩罱ǔ烧f，“在這次測試的應用場景里，可以把衛(wèi)星互聯(lián)網理解為‘一根400公里的光纖’，因為衛(wèi)星傳輸是‘一跳直達’，所以能夠實現較低的傳輸時延，滿足特定應用場景需求?！?/span>
年底將發(fā)射一批衛(wèi)星
目前，太空互聯(lián)網建設已成為國際航天領域的熱門，世界各國紛紛開始低軌互聯(lián)網星座衛(wèi)星的發(fā)射組網。美國太空探索公司的“星鏈”網絡和歐美合作推出的“一網”星座計劃，都制訂了雄性勃勃的組網目標。據國際電信聯(lián)盟預計，到2030年，實現人人都能連接互聯(lián)網的目標，需要近4280億美元的投入，可見，這是一個存在多種可能性的巨大市場。
去年，衛(wèi)星互聯(lián)網作為通信網絡基礎設施的代表之一，首次被我國納入新基建信息基礎設施的范疇，標志著衛(wèi)星互聯(lián)網建設已上升為國家戰(zhàn)略性工程。
田斌認為，要實現低軌衛(wèi)星網絡要覆蓋全國，乃至全球的目標，需要發(fā)射多顆衛(wèi)星、組成衛(wèi)星星座。需要發(fā)射多少顆低軌衛(wèi)星組網和衛(wèi)星大小、衛(wèi)星的波束寬度、軌道高度等都有關系。當然這需要的投入非常大，但市場也很大?！斑@涉及到商業(yè)和應用模式的問題，如果使用方便，推廣得好，那就會創(chuàng)造很大的經濟效益” 。
“我國對于衛(wèi)星互聯(lián)網的組網有統(tǒng)籌的規(guī)劃?！崩罱ǔ烧f，“銀河航天正在構建衛(wèi)星低成本批量化生產能力，未來在南通建設的衛(wèi)星超級工廠可以達到年產幾百顆的規(guī)模。我們正在致力于通信載荷、核心單機、衛(wèi)星平臺的自主研發(fā)與低成本量產，全力支持我國衛(wèi)星互聯(lián)網建設?！?/span>
李建成認為，未來衛(wèi)星互聯(lián)網的應用具有廣闊前景，主要應用方向包括海洋、航空、偏遠地區(qū)、極地通信、應急救災通信、企業(yè)專網通信等。
“而且，從技術原理來說，衛(wèi)星互聯(lián)網未來可以用于火星與地球的通信?！崩罱ǔ烧f，“除通信外，增加相應的衛(wèi)星載荷后，還可以實現對地遙感探測和導航增強等功能?！?/span>
銀河航天星座系統(tǒng)架構師林廣榮表示，下一步，銀河航天將繼續(xù)與北京郵電大學開展靈巧5G云小站、霧小站和輕量化核心網功能上星等試驗驗證工作。靈巧5G專網以及低軌寬帶通信衛(wèi)星的融合及進一步協(xié)同，將有效支撐我國天地一體化網絡建設，為我國應急通信、抗震救災、極地科考、遠洋探測等領域的高效寬帶無線通信需求提供強有力的保障與支撐。
“我們在不斷通過技術創(chuàng)新并且優(yōu)化網絡設計，年底將發(fā)射一批低軌寬帶通信衛(wèi)星，將形成連續(xù)30分鐘以上的通信，構建一天之內多次重訪的網絡服務能力，將為衛(wèi)星通信關鍵技術驗證提供重要支撐?！崩罱ǔ烧f，“后續(xù)，我們將發(fā)射更多低軌寬帶通信衛(wèi)星，全力支持我國衛(wèi)星互聯(lián)網建設。”
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