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抗洪抢险警示：卫星通信不能“少”

来源：晰数塔互联网快讯时间：2023年08月09日 13:58

在地面通信设施退服的情况下，什么还能担当起应急通信重任？

近日，受第五号台风“杜苏芮”残余环流北上影响，北京地区持续迎来局部地区的大到暴雨，造成了一定的灾害，目前汛情还在河北、黑龙江、吉林等局部地区肆虐。持续的强降雨不仅严重阻碍了人民的正常生产生活，也让严重受灾地区通信设备难以正常运行，而就在这样的极端天气下，卫星通信这一被业界广泛关注的技术在救灾指挥中发挥着至关重要的作用。

在各地与汛情洪灾搏斗同时，卫星通信的紧急运用给一线的抗洪抢险带来力量。此前，在8月2日，中国移动发布了轻便一体式卫星基站采购项目结果，中国移动斥资4800万采购共计200套“轻便一体式卫星基站”的设备，也受到人们关注。业界专家认为，其目的这是用于应急通信，帮助现场快速恢复网络连接，提升救灾效率。

那么，究竟什么是卫星基站？如何重新认识卫星通信？

摆脱空间束缚：卫星通信拓宽网络覆盖边界

卫星通信技术是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个终端之间的通信。这一理念最早可以溯源到阿瑟·克拉克(Arthur C.Clarke)于1945年提出的静止卫星通信的设想。此后以前苏联和美国为主导，全球卫星通信进入了密集试验阶段。直至1965年，美国成功发射了用于欧美间的商用通信的静止卫星“晨鸟”（“Early Bird”），标志着人类历史上卫星通信进入到了实用阶段。

目前，移动通信卫星可分为三类，即低轨通信卫星(LEO)、中轨通信卫星(MEO)和高轨地球同步通信卫星(GEO)。高轨卫星的轨道距离地面约3.6万公里，也叫作对地静止轨道。尽管都在高速运动，但该轨道上的卫星轨道周期和地球自转周期严格一致，相对地面保持“静止”，因此建立通信服务比较容易，但也对实时性要求高的应用则无法满足需求，并且地面接收高轨卫星信号的终端必须做得比较大，才能良好接收如此远距离的信号。

因此，人们把目光投向了400—2000公里范围内的近地轨道，也将这一轨道位置的卫星视为低轨卫星，区间范围内从低到高分列为C频段、Ku频段、Ka频段与V频段，频段越高，意味着卫星的位势高，带宽越大，可以覆盖的面积就越广。

在本次中国移动采购的“轻便一体式卫星基站”中，本次轻便一体式卫星基站使用的是亚太6D卫星，作为国内研制的首颗Ku频段全球高通量宽带商业卫星，亚太6D发射于2020年，也是目前商用化程度最高的卫星之一，与此同时，在在卫星连接速率上，标书要求，在晴天条件下，单站与关口站之间卫星传输速率不小于上行8Mbps，下行24Mbps。

可见，轻便一体式卫星基站其本质仍是基站，只是和传统基站之间，不在采用传统的光纤光缆或网线、微波，而是卫星。其摆脱了空间束缚，减少了对地面传输网络的依赖，适用于光纤光缆无法到达的场景，以及发生地质灾害、地面传输网络出现损坏的场景。

从应急出发：打通场景与商业价值

事实上，在过去的50多年时间里，卫星通信主要作为地面通信网络的补充、备份和延伸，其凭借着覆盖范围广、通信系统容量大、灾难容忍性强、灵活度高等独特优势，在偏远地区网络覆盖以及航海通信、应急通信、军用通信、应急通信、科考勘探等应用领域中发挥着不可替代的重要作用。

以此次抗洪救灾通信保障为例，7月30日15时，持续的暴雨导致房山区部分区域沟道涨水明显，发生山洪，坡面汇水沿乡村公路下泄。北京电信第一时间奔赴现场，在中国电信卫星公司强有力的支撑下，在当晚22时紧急送达第一批50部天通卫星电话。次日15时，在17小时内完成全部180部卫星电话号码开通与调测。与此同时，北京电信还为门头沟区紧急开通卫星电话通讯服务，以小时级响应能力完成业务上线。

按防汛相关要求，7月28日起，中国电信10000号已向北京地区全网用户推送防汛提醒公益短信，共计近2500万条，最大限度保障公益提醒短信第一时间送达到用户。

《通信产业报》全媒体记者了解到，天通卫星民用系统是我国首个自主研制的卫星移动电话系统，由中国电信独家负责系统的建设运营，已多次在抢险救灾行动中“上场”，为应急通信调度搭建起了稳定、顺畅的通道。

面对公众客户，作为天通卫星通信唯一运营服务商，中国电信在2022年5月发布了天地翼卡产品。用户开通天地翼卡功能后，不换卡、不换号即可随需接入地面4G、5G网络或天通一号卫星移动通信系统。

据中国电信相关负责人介绍，天通卫星系统由3颗高轨卫星组成。天通一号01星实现了对我国领土、领海的全面覆盖，随着在2020年底、2021年初天通一号02星、天通一号03星成功发射，共同组网构成卫星移动通信系统，进一步提升我国卫星移动通信服务容量、系统可靠性和区域覆盖能力，为我国领土领海全域、“一带一路”沿线地区以及太平洋、印度洋大部分海域的用户提供全天候、全天时、稳定可靠的移动通信服务，支持话音、短信息和数据业务，经过近五年的商业运营，天通卫星业务已服务武警公安、应急保障、海渔运输、林业水利、科研探测、户外探险等诸多领域。

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，目前，卫星通信的商业价值正在不断显现，而随着5G NTN标准规范的落地，卫星通信也正迈向全域覆盖新征程。

充分利用地面资源：5G NTN开启全域覆盖新征程

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，这也是卫星通信设备和运营成本高、技术更新慢的一个重要原因。

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，是运营商面临的两个重要问题，而5G NTN则为这两个问题的解决提供了技术路径。

具体来看，5G NTN标准规范是国际标准化组织3GPP制定的基于5G的卫星透明转发通信标准协议，于2022年6月在3GPP R17版本中正式发布5G NTN第一个标准规范。

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。

从场景来看，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。

对此，3GPP协议38.811比较全面地介绍了NTN的应用前景，得益于广泛的服务覆盖能力，以及空间、飞行器可以降低物理攻击和自然灾害的伤害，NTN有望促进在地面5G网络无法覆盖的地区推出5G完备的高性能服务；通过为M2M/IoT设备或移动平台上的乘客提供服务连续性，或确保任何地方的服务可用性，特别是关键通信未来铁路/海上/航空通信，以及通过为向网络边缘的用户终端传输数据提供高效的多播/广播资源，从而实现5G网络的可扩展性；它们将影响覆盖范围、用户带宽、系统容量、服务可用性和可靠性、能源消耗、连接密度等等。预计5G NTN将在以下垂直领域发挥重要作用：交通、公共安全、媒体和娱乐、电子健康、能源、农业、金融、汽车等。

但需要指出的是，NTN网络部署在卫星上时，虽然能够很方便地覆盖偏远地区，实现全球连接，但由于卫星距离远、速度快，也不可避免的带来了诸多挑战。

如Gateway或者UE与卫星之间的距离很远。因此，无线电波到达Gateway或者UE需要相当长的时间；另外，虽然NTN部署在LEO上时，某些情况下的延迟可以比地面的WIFI还要短，但这样的方案，覆盖的成本将是巨大的。

与此同时，NTN核心网络仍然在地面上，因此卫星或空中平台与地面站的连接将是一个巨大的挑战，因为卫星到达地面站的距离是有一定限制的，如果我们想要覆盖更大的区域，就需要大量的地面站和卫星。此外，射频处理和天线技术将是NTN网络的关键。巨大的路径损耗，将导致链路预算非常有限，因此功率的放大，射频性能的要求将会更加严苛。另外天线的尺寸，如何使天线实时地指向卫星的辐射方向，数字波束相控阵的成本降低等都将获得进一步发展。

无疑，星地融合通信是地面移动通信和卫星通信发展的必然趋势，从5GNTN到6G，星地融合通信将完成从“卫星通信和地面移动通信的标准体制兼容”到“卫星通信和地面移动通信的系统全面融合”的演进并将成为6G区别于以往地面移动通信系统的最重要特征，为了实现星地融合通信，不仅需要无线空口、网络和移动性管理等方面的技术优化与改进，更需要星载相控阵天线、空间路由等方面的技术突破。

采写：博文

发布于：北京