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过去数十年内，在人们不断地追求“更高频谱效率”和“更高传输速率”的过程中，移动通信系统被优化成为一个越来越适于“地面通信信道模型和业务模型”的“地面”通信系统，为个人移动用户和物联网用户提供移动通信服务。如今，随着3GPP R17版本中正式发布5G NTN（Non-Terrestrial Network，非地面网络）第一个标准规范，卫星通信系统正式进入公众视野。

什么是NTN？NTN就是Non-Terrestrial Network，即非地面网络，3GPP给出的标准定义是“使用机载或太空运载工具搭载传输设备中继节点或****的网络或网络段”，听起来有点拗口，简单来说，就是任何涉及非地面飞行物的网络的总称。非地面通信网络主要有两类载体，一是卫星通信网络，包括低轨（LEO）、中轨（MEO）、静止轨道（GEO）、同步轨道（GSO）卫星在内的星载平台；二是高空平台系统（HASP，High Altitude Platform Systems），包括飞机、****、热气球、直升机、无人机等。它使传统的3GPP地面网络突破地表的限制，向太空、空中、海洋、陆地等自然空间扩展，实现“空天海地一体化”的新技术。由于当前3GPP工作重点一直围绕卫星通信网络展开，所以狭义的NTN又主要指卫星通信。

NTN可以用卫星直接和用户的手机相连，地面上再架设信关站作为网关，最终连接到5G核心网。卫星可以作为****直接****5G信号与终端连接，也可以作为透明转发节点将地面站发送的信号透传给手机。NTN网络主要的难点是由于卫星的轨道高度引起的高延时（GSO卫星可达120ms以上）以及深衰落（最高可达170dB），还有低轨卫星高速移动引入的大doppler（几十kHz）。对于深衰落，通常会在卫星侧通过提高天线和面板的尺寸来提升****和接收能力，以确保当前在网的普通手机也能正常进行卫星通信；对于延时和多普勒，3GPP在协议中制定了一系列的解决方案，让终端和****能够通过卫星星历信息确认延时和多普勒的变化，并在****端完成补偿，确保通信的正常进行。

随着SOS卫星急救功能的苹果14发布，卫星通信便迅速发酵，成为了通信行业的热点。其实卫星通信不是一个新鲜事物，早在1987年提出的铱星系统就是最初的卫星通信方案，但是由于早期卫星通信的稳定性、速率、资费，终端成本等与当时的GSM通信相差较多，早期铱星系统就没有形成大规模的商用。而随着4G和5G陆地网络的大规模建设，地面网络的覆盖似乎已经满足了大多数用户的需求，“通话难”、“上网难”的问题似乎不在困扰我们，但是地面网络的覆盖真的“够用了”吗？远洋货轮海上失联，独行“驴友”深山失踪，地震中心通信困难，身陷战场踪迹难寻，这些新闻仍然常常出现在我们的视野中。实际上，不管是占据地球面积71%的海洋，还是由于地形、自然灾害、战争等原因导致的地面通信设备缺失，都会阻碍我们的正常通信。而当我们放眼全球，会发现有很多地方是没有网络覆盖的，而用陆地网络去实现这种覆盖所需的成本费用是非常昂贵的。当前地球周边目前已****运行的卫星已经达到10000+，现在的卫星网络已初步具备承载一定业务量的能力。伴随着“一箭多星”、“火箭回收”这样的技术发展，卫星****的成本已大大降低，使得卫星通信再一次成为可能。

随着人工智能、虚拟现实、物联网等技术的发展，卫星成为实现全球无缝覆盖和高速数据传输的最佳选择。卫星通信与移动通信结合被普遍视作6G愿景之一，以实现陆海空天地一体化通信。据GSMA分析数据，2022年全球移动用户数为54亿，到2030年将达到63亿，将有数十亿部智能手机具备直连卫星的能力。NSR预计未来十年全球手机直连业务收入累计将超过668亿美元，为卫星互联网市场打开更大的发展空间。那么，在技术储备日益完善，关键场景逐步清晰、产业链布局积极拓展的当下，5G NTN如何加速赋能星地融合？

5G NTN打通星地融合“第一步”

从1G到5G，移动通信系统主要由地面移动通信组成，覆盖范围只占陆地面积20%、地球表面积6%。随着人类活动空间的拓展，沙漠、海洋、森林等偏远地区对移动通信有着强盛的需求，以手机为中心的个人移动通信业务与应用越来越需要“手机直连卫星”，以避免专用卫星通信终端引起的各种问题与不便，而卫星通信对这些地区具有天然的覆盖优势。

面向场景，以信息传递和应用处理为中心的万物智联不仅需要低成本局域物联网连接，也需要经济的广域物联网连接，以支持信息的快速交互与共享，实现融合的业务与应用。卫星通信为地面偏远地区、中高空域和临近空间的万物智联提供了更加便捷和经济的技术手段。

作为地面互联网的重要技术和产业延伸，以及继固定通信网、移动通信网络之后新兴的国家信息通信基础设施，卫星互联网成为全球信息通信网络未来发展的重点方向，然而却一直进展较为缓慢。

究其原因，地面移动通信拥有数十亿的用户、强大的技术队伍和完备的产业链，但卫星通信目前只有百万级的用户量，并且其参与人员与产业规模也远远低于地面移动通信，这也造成了卫星通信设备和运营成本高、技术更新慢。

因此，如何充分利用地面移动通信的产业链，如何把普通移动通信用户发展为卫星通信用户，这不仅是运营商面临的重要问题，也是无数深耕与卫星通信产业链持续思索的部分，而以5G NTN为代表的关键技术所构成的“星地融合通信”则成为了关键。

NTN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。在该版本中重点规划了在原有5G地面蜂窝标准规范基础上，5G NTN根据卫星通信的需求和技术特点，设计和制定可用于手机与高低轨卫星直接连接通信的技术规范，通过对5G地面蜂窝网络和终端协议增添与优化，使其满足卫星通信要求，并保持与5G地面蜂窝通信标准兼容，5G NTN支持卫星通信网络单独组网，或与地面蜂窝通信系统联合组网，实现星地融合通信。

与此同时，NTN是地面蜂窝通信技术的重要补充，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，使能全场景随需接入。

目前，国内外已经从标准等多方面开始推动星地融合通信的实现。其中，2023年5月，中国移动率先完成国内首款5G IoT NTN手机直连卫星实验室验证，支持双向语音对讲和文字消息，同时开展二期验证优化，全面提升高轨手机直连卫星落地能力。

需要指出的是，在当前5G阶段，星地融合通信的目标是“体制兼容”，即在已有地面5G标准的整体技术框架下通过优化的方式实现星地融合通信，因此，在技术方面还存在诸多挑战。

满足关键技术指标：助推重点场景落地

星地融合通信网络，是一个星地立体通信网络，由地面网络、临近空间网络和天基网络组成。其中，地面网络主要包括地面蜂窝****、卫星信关站和核心网；临近空间网络包括无人机和临空接入平台；天基网络主要包括高中低轨卫星通信载荷与平台。

从技术架构看，星地融合通信网络使用统一的网络架构和标准体制，使用一体化的无线接入、传输和网络技术，使用一体化的星地协同无线资源分配与业务管理，为多种通信设备提供宽带或窄带接入服务，满足天基、空基、海基和陆基用户随时随地通信需要。

也正因此，基于用户与业务的需要，结合典型的卫星星座、频率资源和载荷配置，并考虑到卫星通信技术、器件和组件发展水平，星地融合通信系统中卫星通信也需要满足如峰值速率、空口时延、多普勒频移、终端移动速度、频谱效率、频段与频率复用、链路可用度、单波束服务的用户数、小区半径等诸多技术指标。

其中，在峰值速率上，未来星地融合通信系统的卫星应具有部分或全部****功能，每颗卫星支持数十至数百个波束，每颗卫星的容量可设定在10～100Gbps之间；空口时延上，空口时延包括传播时延、处理时延、跳波束调度时延和重传引入的时延，它与“接入网-核心网”间的时延、核心网内时延之和应满足所支持的通信业务的包时延预算的要求；多普勒频移上，多普勒频移由信号频率、卫星与终端、信关站之间的相对径向速度决定，因此，多普勒频移对同步、随机接入、信号检测等有明显的影响，星地融合通信系统应具有容忍大多普勒频移的特性。

迎接6G：迈向全面系统融合生态

事实上，5G在设计之初并没有考虑卫星通信，而R15作为5G第一个商用版本，3GPP才正式开启了对卫星通信的研究，在R17 完成第一个版本的标准规范制定，主要在定时关系、时间和频率的补偿、混合自动重传请求（HARQ）机制、移动性管理与切换等方面做了技术优化，以适应卫星通信场景，这就决定了星地融合通信在5G阶段是体制兼容，5G NTN使得卫星通信能够利用并分享5G的产业链和规模经济效应。

目前，我国在5G的技术、产业和运营方面已实现全球引领，采用5G兼容的卫星互联网模式可以借助5G的产业链和规模经济优势，实现跨越式发展。

面向产业，通过蜂窝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。

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****，可显著降低****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。

3GPP Release 17提出了六种NTN网络架构，主要差异是卫星在整个网络中所处的节点位置及功能。Release 17中推荐的是前两种网络架构。第一种网络架构是透传模式（transparent payload），卫星只进行透明转发；第二种网络架构是再生模式（regenerative），卫星需要具备gNB的全部或部分功能，就是我们常说的“****上星”。

NTN作为3GPP R17版本的重要功能，还将在5G-Advanced中持续演进，并成为3GPP R18工作计划的重要部分。NTN 包括 NTN-IoT（基于非陆地网络的物联终端接入）和 NTN-NR（基于非陆地网络的 5G 智能终端接入）两个工作组，NTN-IoT 侧重支持低复杂度 eMTC 和 NB-IoT 终端的卫星物联业务，如全球资产追踪（例如海上集装箱或蜂窝网络覆盖范围之外的其它终端），NTN-NR 采用 5G NR 框架来实现智能手机直连卫星提供低速率数据服务和语音服务。

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。相较于地面移动网络，卫星通信打破了距离与地理环境限制，能够应用于沙漠、海上等无****覆盖环境，在自然灾害、地缘冲突等导致地面****受破坏时也能稳定运行。借助卫星网络实现5G全域覆盖，让成熟的5G智能终端和物联网终端可以在地表的每一处连接入网，而基于 5G NTN 的手机直连卫星方案，既契合手机更迭周期短的特点，又能满足行业应用需求，也为6G星地融合通信奠定了坚实的基础。

6G时代，从标准制定之初，就充分考虑了地面与卫星两种不同类型的接入方式，地面移动通信将与GEO、MEO、LEO 卫星通信充分融合，实现全球无缝覆盖，使得任何人或物在任何地点和任何时间都可以接入到网络。

也正因此，6G 星地融合通信网络是一个多维复杂的“巨系统”，是多个异构接入网络的融合，具有多层立体、空间大尺度、动态时变的特点，在网络架构设计、传输效率提升、网络拓扑维护、移动性管理、以及服务质量与业务连续性保障等方面都面临巨大的挑战，这些都将在 6G 网络中予以充分考虑，并在网络初始设计中予以解决，实现星地网络充分融合。

可以预见，随着星地融合通信的不断渗透发展将使得卫星通信和地面移动通信在通信技术、元器件、通信设备、通信网络、通信系统、通信业务与应用方面得以深度融合，极大地降低成本，提升用户体验，促进整个产业的良性发展。