卫星通信与5G融合系统发展探究

卫星通信与 5G融合系统发展探究

吴小锐

新疆生产建设兵团广播电视台   830017

摘要：随着移动互联网的发展和智能终端设备的推广，人们对移动通信的速率提出了更大的要求，5G凭借其无线通信服务容量大、业务多和速率高等特点，可广泛应用于人口密集地区，但在人烟稀少或难以铺设地面网络的地区就很难发挥其优势。而反之，卫星通信系统主要具有覆盖范围广、地形影响小、等适应多种业务等不可比拟的优点，因而可以和5G形成良好的互补，以此来实现真正的全球覆盖。在这一前提下，文章分析了5G和卫星通信发展情况，以及融合场景与核心技术，表达了对未来发展的展望，为相关人员提供参考。

关键词：卫星通信；5G；融合场景

0引言

目前，5G系统已经成为最强大的数字管道和陆地通信基础设施。虽然通过射频手段，可以局部无线覆盖低空和近海，但是尚未包括高空和远海，没有实现全球覆盖。而卫星通信系统适合极地、荒漠、远洋、高空等特殊地区，具有三维广域覆盖的特点，因此，需要加快二者之间的融合。

一、卫星与5G融合场景假设分析

1.1中继到站

在中继到站的场景中，卫星的作用主要是中继，将微型接收站设置在小区内，确保各小区和地面运营商间，始终拥有通信渠道，对不满足通信基站建设条件的小区而言，以卫星为依托，对通信进行保持，具有重要意义。现阶段，在抗灾的过程中，该场景较为常见，以地震为例，多数地震都会破坏通信设备，卫星可使灾区人民与外界保持联系，救援及后续工作的开展自然会变得十分便利。

1.2混合多播

对混合多播而言，卫星所肩负的职责，通常与广播源相似，即运营商向卫星发送有广播需求的消息，再由卫星通过一对多的方式，确保消息被准确传递给不同区域，在保证通信质量的基础上，将通信成本降到最低。

1.3小区回传

在该场景中，微型接收站成为小区向卫星发送各类消息的平台，再经由卫星向运营商网络进行转发，确保信息得到实时交互。

1.4移动载体

以车辆和飞机为代表的移动载体，通常会长期处于运动状态下，通过对卫星平台进行实时跟踪的方式，使数据、语音和其他信息得到持续传递，无论是应急通信，还是多媒体通信所提出的需求，均可因此而得到满足。

1.1.5其他场景

首先，服务对象是普遍场景。对我国偏远地区而言，要想建设通信设备，既要投入极高成本，又无法获得相应收益。此时以卫星网络为依托，对5G服务进行访问，确保物联网节点能够有效接入的诉求。

其次，服务对象是连续场景。该场景可使用户无缝切换5G与卫星的设想成为现实，无论是机载平台、海事平台，还是陆地移动平台，均可提供接入服务，这样可保证用户即便身处海洋、高山等特殊区域，仍然能够享受到所需的服务。

最
后，服务对象是可扩展场景。卫星网络和地面网络的差别，主要体现在覆盖范围上，卫星网络的覆盖范围更加广阔，在确保通信成本不会出现大幅增加的前提下，直接作用于相应设备。

图1Sat5G给出的卫星5G应用场景

二、核心技术分析

2．1体系架构

目前关于星地融合网络主要有三种架构。

（1）星地互补网络。在这种架构下，5G系统和卫星系统共用网管中心，但是各自的接入网、核心网保持独立性。接入网和部分核心网功能由卫星信关站提供，蜂窝和卫星中的任意一种或两种接入模式由终端进行支持。

（2）星地混合网络。在这种架构下，地面系统和卫星系统共用网管中心，同时空口部分也尽量统一，保持各自核心网和所用频段的独立性。终端可以支持地面和卫星两种接入模式。

（3）星地一体网络。其主要特征是:整个系统的接入点(AP)、频率、接入网、核心网完全统一规划和设计。需要指出的是，星地一体网络是星地融合通信系统的最高阶段，面临着巨大的技术挑战。

2．2波束覆盖

目前卫星通信的数字波束成形技术主要有地面DBF、星载DBF和混合DBF三种形式，其中混合数字波束成形在性能和复杂度之间有很好的折中并得到了广泛的研究。

当采用混合DBF时，地面网络控制中心根据波束调整需求和相应的策略，计算出优化后的波束成形矩阵，然后通过馈电链路将波束成形矩阵的参数发送到卫星，通过在星上进行多波束天线的重构，动态调整对地的波束覆盖。

由卫星或者终端移动带来的切换主要有两种:一种是卫星系统内部的切换。对于低轨卫星而言，其相对地面位置快速变化，使得终端被同一颗卫星连续覆盖的时间只有十几分钟。因此为了防止切换过程中数据丢失，卫星间或波束间切换必须提前做好准备，并且快速执行。

另一种是终端在地面5G网络与卫星网络之间的切换。这种切换需要考虑支持星上处理和弯管透明转发架构、时间同步、测量和信息协调等因素。当蜂窝网信号非常弱的情况下，终端才会由蜂窝网切换到卫星网络，否则就维持在地面网络的接入。

2.2.2空中接口

第一，4G所用多载波技术，主要是OFDM，该技术对宽带应用有理想的扩展效果，兼具低复杂性与高频谱效率。由此可见，对5G技术而言，该技术仍然作为首选波形而存在，但业务多元的5G，又对其提出了全新要求，即以新型技术为依托，对遮挡、多径等问题加以解决。

第二，5G适用编码方案，主要由控制信道方案与数据信道方案构成，其中，前者对应Polar码，后者对应LDPC码。

星地融合业务均有较为突出的复杂性，在条件允许的情况下，有关人员可对上文提到的两种方案进行综合运用。

2.2.3网路虚拟部署

通过SDN和NFV技术实现了端到端的网络切片是5G系统中网络控制云最大的特征。SDN和NFV技术分别实现了网络承载和控制的分离和核心网网元的软件化，它们为实现网络切片提供了坚实的基础。本文研究的SDN与NFV的互补性极强，这并不代表二者互相依赖，从某个层面来说，二者的适用领域不同，因此，在条件允许的情况下，有关人员可以对二者进行结合，确保网络架构拥有更为理想的性能，在简化互操作性的基础上，使运营及维护负担得到有效减轻。

3结语

卫星通信和地面蜂窝通信系统经历了近三十年的发展，都取得了辉煌的成绩。但由于其各自固有的局限，难以满足人们日益增长的移动通信和海量数据互联需求。近几年来，通过卫星通信和地面蜂窝通信的融合发展，实现优势互补，开辟新的卫星业务与市场，分享终端用户数与巨量移动业务市场。

参考文献

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