過去數十年內，在人們不斷地追求“更高頻譜效率”和“更高傳輸速率”的過程中，移動通信系統被優化成為一個越來越適于“地面通信信道模型和業務模型”的“地面”通信系統，為個人移動用戶和物聯網用戶提供移動通信服務。

  如今，隨著3GPP R17版本中正式發布5G NTN第一個標準規范，衛星通信系統正式進入公眾視野。

  那么，在技術儲備日益完善，關鍵場景逐步清晰、產業鏈布局積極拓展的當下，5G NTN如何加速星地融合駛入快車道？

  5G NTN打通星地融合“第一步”

  從1G到5G，移動通信系統主要由地面移動通信組成，覆蓋范圍只占陸地面積20%、地球表面積6%。隨著人類活動空間的拓展，沙漠、海洋、森林等偏遠地區對移動通信有著強盛的需求，以手機為中心的個人移動通信業務與應用越來越需要“手機直連衛星”，以避免專用衛星通信終端引起的各種問題與不便，而衛星通信對這些地區具有天然的覆蓋優勢。

  面向場景，以信息傳遞和應用處理為中心的萬物智聯不僅需要低成本局域物聯網連接，也需要經濟的廣域物聯網連接，以支持信息的快速交互與共享，實現融合的業務與應用。衛星通信為地面偏遠地區、中高空域和臨近空間的萬物智聯提供了更加便捷和經濟的技術手段。

  作為地面互聯網的重要技術和產業延伸，以及繼固定通信網、移動通信網絡之后新興的國家信息通信基礎設施，衛星互聯網成為全球信息通信網絡未來發展的重點方向，然而卻一直進展較為緩慢。

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  究其原因，地面移動通信擁有數十億的用戶、強大的技術隊伍和完備的產業鏈，但衛星通信目前只有百萬級的用戶量，并且其參與人員與產業規模也遠遠低于地面移動通信，這也造成了衛星通信設備和運營成本高、技術更新慢。

  因此，如何充分利用地面移動通信的產業鏈，如何把普通移動通信用戶發展為衛星通信用戶，這不僅是運營商面臨的重要問題，也是無數深耕與衛星通信產業鏈持續思索的部分，而以5G NTN為代表的關鍵技術所構成的“星地融合通信”則成為了關鍵。

  NTN(non-terrestrial network，非地面網絡)是3GPP在R17階段制定的基于新空口技術的終端與衛星直接通信技術。在該版本中重點規劃了在原有5G地面蜂窩標準規范基礎上，5G NTN根據衛星通信的需求和技術特點，設計和制定可用于手機與高低軌衛星直接連接通信的技術規范，通過對5G地面蜂窩網絡和終端協議增添與優化，使其滿足衛星通信要求，并保持與5G地面蜂窩通信標準兼容，5G NTN支持衛星通信網絡單獨組網，或與地面蜂窩通信系統聯合組網，實現星地融合通信。

  與此同時，NTN是地面蜂窩通信技術的重要補充，是手機直連衛星的技術方向之一。利用衛星通信網絡與地面5G網絡的融合，可以不受地形地貌的限制提供無處不在的覆蓋能力，連通空、天、地、海多維空間，形成一體化的泛在接入網，使能全場景隨需接入。

  目前，國內外已經從標準等多方面開始推動星地融合通信的實現。其中，2023年5月，中國移動率先完成國內首款5G IoT NTN手機直連衛星實驗室驗證，支持雙向語音對講和文字消息，同時開展二期驗證優化，全面提升高軌手機直連衛星落地能力。

  需要指出的是，在當前5G階段，星地融合通信的目標是“體制兼容”，即在已有地面5G標準的整體技術框架下通過優化的方式實現星地融合通信，因此，在技術方面還存在諸多挑戰。

  滿足關鍵技術指標：助推重點場景落地

  星地融合通信網絡，是一個星地立體通信網絡，由地面網絡、臨近空間網絡和天基網絡組成。其中，地面網絡主要包括地面蜂窩基站、衛星信關站和核心網；臨近空間網絡包括無人機和臨空接入平臺；天基網絡主要包括高中低軌衛星通信載荷與平臺。

  從技術架構看，星地融合通信網絡使用統一的網絡架構和標準體制，使用一體化的無線接入、傳輸和網絡技術，使用一體化的星地協同無線資源分配與業務管理，為多種通信設備提供寬帶或窄帶接入服務，滿足天基、空基、海基和陸基用戶隨時隨地通信需要。

  也正因此，基于用戶與業務的需要，結合典型的衛星星座、頻率資源和載荷配置，并考慮到衛星通信技術、器件和組件發展水平，星地融合通信系統中衛星通信也需要滿足如峰值速率、空口時延、多普勒頻移、終端移動速度、頻譜效率、頻段與頻率復用、鏈路可用度、單波束服務的用戶數、小區半徑等諸多技術指標。

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  其中，在峰值速率上，未來星地融合通信系統的衛星應具有部分或全部基站功能，每顆衛星支持數十至數百個波束，每顆衛星的容量可設定在10～100Gbps之間；空口時延上，空口時延包括傳播時延、處理時延、跳波束調度時延和重傳引入的時延，它與“接入網-核心網”間的時延、核心網內時延之和應滿足所支持的通信業務的包時延預算的要求；多普勒頻移上，多普勒頻移由信號頻率、衛星與終端、信關站之間的相對徑向速度決定，因此，多普勒頻移對同步、隨機接入、信號檢測等有明顯的影響，星地融合通信系統應具有容忍大多普勒頻移的特性。

  迎接6G：邁向全面系統融合生態

  事實上，5G在設計之初并沒有考慮衛星通信，而R15作為5G第一個商用版本，3GPP才正式開啟了對衛星通信的研究，在R17完成第一個版本的標準規范制定，主要在定時關系、時間和頻率的補償、混合自動重傳請求（HARQ）機制、移動性管理與切換等方面做了技術優化，以適應衛星通信場景，這就決定了星地融合通信在5G階段是體制兼容，5G NTN使得衛星通信能夠利用并分享5G的產業鏈和規模經濟效應。

  目前，我國在5G的技術、產業和運營方面已實現全球引領，采用5G兼容的衛星互聯網模式可以借助5G的產業鏈和規模經濟優勢，實現跨越式發展。

  面向產業，通過蜂窩通信和衛星通信兩大產業鏈的深度融合，讓接入衛星的物聯終端形態向低成本、小型化、低功耗等易用性方向發展，讓智能手機具備直連衛星能力，形成規模效應，推動衛星連接價格下降。

  面向運營商，提供低成本的廣覆蓋方案，在用戶稀疏的偏遠地區、海面等區域無需建設和維護蜂窩基站，可顯著降低基站數量并進行集中部署，進而降低運營商的網絡建設和運維成本。

  與此同時，NTN作為3GPP R17版本的重要功能，還將在5G-Advanced中持續演進，并成為3GPP R18工作計劃的重要部分。

  據悉，NTN包括IoTNTN和NR NTN兩個研究課題，IoT NTN側重支持低復雜度eMTC和NB-IoT終端的衛星物聯業務，NR NTN采用5G NR框架來實現智能手機直連衛星，提供低速率數據服務和語音服務。借助衛星網絡實現5G全域覆蓋，讓成熟的5G智能終端和物聯網終端可以在地表的每一處連接入網，而基于5G NTN的手機直連衛星方案，既契合手機更迭周期短的特點，又能滿足行業應用需求，也為6G星地融合通信奠定了堅實的基礎。

  6G時代，從標準制定之初，就充分考慮了地面與衛星兩種不同類型的接入方式，地面移動通信將與GEO、MEO、LEO衛星通信充分融合，實現全球無縫覆蓋，使得任何人或物在任何地點和任何時間都可以接入到網絡。

  也正因此，6G星地融合通信網絡是一個多維復雜的“巨系統”，是多個異構接入網絡的融合，具有多層立體、空間大尺度、動態時變的特點，在網絡架構設計、傳輸效率提升、網絡拓撲維護、移動性管理、以及服務質量與業務連續性保障等方面都面臨巨大的挑戰，這些都將在6G網絡中予以充分考慮，并在網絡初始設計中予以解決，實現星地網絡充分融合。

  可以預見，隨著星地融合通信的不斷滲透發展將使得衛星通信和地面移動通信在通信技術、元器件、通信設備、通信網絡、通信系統、通信業務與應用方面得以深度融合，極大地降低成本，提升用戶體驗，促進整個產業的良性發展。