卫星通信技术为何在今天越发重要？我们离未来的泛在连接还有多远？

上一期，我们展望了5G-A和6G网络将为社会生产生活带来的变革，以及支撑新质生产力的发展。本期我们将聚焦业界热点技术之一——卫星通信。从传统卫星通信体制到5G NTN的出现，卫星通信技术为何在今天越发重要？我们离未来的泛在连接还有多远？本文将深度为你解答。

回望过去数十年，地面蜂窝通信系统和卫星通信系统各自取得长足发展，深刻地改变了人类社会的方方面面。

当移动通信走向万物互联，地面蜂窝通信系统与“更高覆盖效率”的卫星通信系统将逐渐从竞争走向互补，走向融合。5G-A时代，卫星通信让5G的触角扩展到更广泛的移动平台，5G NTN为代表的卫星通信体制逐渐凸显出其市场优势，加之卫星通信技术及产业链纵深发展所带来的爆发式需求，进一步加速了泛在通信智能连接的到来。

紫光展锐长期深耕NTN卫星通信及天地一体化研究，在推进IoT NTN技术创新和产品商用落地的同时，已针对旨在提供更高连接速率的NR NTN技术进行深入研究，进一步挖掘技术演进与应用的价值空间，以推动卫星通信系统商业化进展。

“通天盖地”：无止尽的连接需求

卫星通信是利用人造地球卫星作为通信节点的一种无线通信方式。相对于地面蜂窝通信系统，卫星通信具有不受地理环境限制、信号覆盖范围广、容易部署等优点。

卫星通信技术的起源可以追溯到20世纪60年代初期。最初的卫星通信系统以提供语音、低速数据、物联网等服务为主。但长期以来，由于卫星技术受限、通信标准不完备、运营成本高、资费高昂以及地面蜂窝通信的有力竞争等诸多原因的影响，卫星通信产业发展规模和业务普及率都不尽如人意，远远不能满足人们泛在连接的需求。

随着卫星通信网络建设和产业链上下游技术发展的日趋完善，卫星通信走入大众视野，逐渐应用于民用领域：可回收火箭发射技术和液氧甲烷火箭发动机技术的成熟大大降低了卫星发射成本，加快了卫星互联网建设速度；可折叠卫星天线技术、星载功放技术和多波束赋形等技术的创新极大地增强了卫星能力，能够提供更丰富的通信业务；终端天线技术、芯片技术的创新实现了卫星通信功能在智能手机中的融合，使得卫星通信功能在消费电子领域的应用持续升温。

目前，全球蜂窝移动网络仅覆盖了20%的陆地面积和5%的海洋面积，航空、远洋、渔业、石油、环境监测等更广大的特殊区域仍需依靠卫星通信满足。

行业进入传统与创新并存

自上世纪六十年代以来，卫星通信体制标准持续发展演进，主要分为传统卫星通信体制和3GPP NTN类卫星通信体制两大类技术路线。

不同技术路线对比

3GPP（第三代合作伙伴计划）作为引领全球通信领域的主导性标准化组织，针对卫星与5G新空口（New Radio, NR）技术一体化发起了一系列研究，并将该一体化技术命名为“非地面网络（Non-Terrestrial Network，NTN）”。2022年6月，3GPP R17版本正式发布5G NTN第一个标准规范，适应窄带、宽带卫星通信，2023年12月完成R18 NR NTN/IoT NTN功能冻结（3GPP NR NTN/IOT NTN技术演进见下图）。

窄带（IoT NTN）技术可以支持数Kbps的信息速率，可应用在低速手机直连卫星场景和卫星物联网场景。宽带（NR NTN）技术是在5G NR技术基础上发展起来的。相比IoT NTN的180KHz带宽，NR NTN的系统带宽可达数MHz，甚至数十MHz，可以提供数十Mbps的传输速率，可应用在更广泛的场景，包括手机直连卫星、卫星物联网、卫星车联网、卫星互联网等典型场景。NR NTN技术可适用于高、低轨卫星。由于NR NTN系统带宽较大，对卫星的功率资源要求更高，相比高轨卫星，低轨卫星传输距离近，传输损耗小，能更好的平衡功率资源和频率资源。

与地面蜂窝通信系统必须统一通信标准不同的是，卫星通信系统具有全球覆盖、易独立组网的特点，其通信标准也突破单一化，更趋多元融合性。当前，在大量存量的卫星通信系统和在建的卫星通信系统中，传统卫星通信技术路线和3GPP NTN标准技术路线仍正在被广泛沿用，而且将长期并存。相比而言，3GPP NTN技术基于地面蜂窝通信技术发展而来，可复用地面蜂窝通信产业，更快促进卫星通信走进千万家。

芯片之上，寰宇之下

终端芯片是NTN产业链的基石，研发进度和成熟度对产业规模应用的影响极大。

目前产业链各方已针对IoT NTN开展了较深入的工作，包括芯片研制、终端研制、网络设备研制、NTN网络运营探索。基于R17 IoT NTN技术，业界已对短消息、语音对讲等业务，从架构、协议、设备等各方面验证了技术落地能力。

NR NTN是通向未来空天地融合演进的重要技术，相关标准化工作与测试验证等创新实践在2023年陆续落地，为后续大规模应用提供了基础性的实测与论证依据。

紫光展锐推出首颗支持3GPP R17 IoT NTN标准的卫星通信SOC芯片V8821。围绕V8821，紫光展锐实现了多项从“0”到“1”的突破性创新。

创新性地采用动态时隙边界调整等软件技术，在量产芯片V8811上快速实现IoT NTN卫星通信技术；

在首版3GPP IoT NTN标准冻结之际，完成全球首个GEO卫星双向数据传输技术验证试验；

开创性地研发了基于精简IMS SIP信令集的NTN语音技术，使得V8821成为当前全球唯一支持IMS语音通话能力的IoT NTN芯片，并于2023年完成全球首次基于IoT NTN的双向语音通话端到端上星试验，通话质量符合预期；

突破标准演进限制，研发IoT NTN系统容量提升方案，包括系统广播资源压缩、SPS增强、EDT增强、HARQ关闭等，提升系统容量50%以上，为IoT NTN商用做好准备。

针对NR NTN，紫光展锐携手合作伙伴相继开展了高低轨端到端数据传输模拟验证，更好平衡功率资源和频率资源，以满足终端直连卫星的通信连接需求。

天地一体，未来已来

虽然当前全球在推动天地一体化网络的过程中取得了一些进展，但仍然面临规模测试难度大、卫星通信与地面通信体系互通难度大、业务管理和融合运营难度大等诸多挑战。

卫星通信在6G时代将承载更重要的角色。ITU-R的6G建议书将5G的三大应用场景扩展为6G的六大应用场景，催生出了全新的应用场景——感知通信一体化、AI通信一体化和泛在连接，以提升生产效率，提高生活品质。其中，天地一体化是实现泛在连接的支柱性技术之一，同时也是未来6G的基本网络形态，其最终目标是卫星与地面通信网络的业务融合、空口融合、网络架构融合、管理融合、频率融合、平台融合和终端融合，需要全产业链协同合作，推动融合通信加速到来。

万物互联已成为现实，卫星通信开启了新的连接想象，也为人们窥见未来6G与天地一体化打开了一扇窗，它将激发怎样的应用革新，值得拭目以待。

审核编辑：刘清