浅谈卫星通信与5G的融合途径

1、    浅谈卫星通信与5g的融合途径    陈超摘 要：现如今，5g即将进入商用时代。在这一背景下，应当加大卫星通信、5g的融合研究，充分利用5g的优势促进卫星通信技术的发展。文章就此展开了论述，先是简述了5g及星地融合通信的发展历史，接下来，分析了卫星通信与5g的融合途径，最后简述了其融合技术。关键词：卫星通信;5g;融合途径doi：10.16640/ki.37-1222/t.2019.24.061随着我国5g的产生与应用，卫星通信与5g的融合已成为社会研究热点。相比于4g来说，5g采用了许多先进技术，且具备了新特征，为卫星网络、地面网络的融合奠定了基

2、础。所以，为了迎接即将到来的5g时代，应进一步加大5g与卫星通信的融合研究。1 5g的优势5g的主要优点体现在以下几个方面：第一，5g能够满足更加丰富的业务需求。在5g时代，人与物、物与物都可以相连，最终实现万物相连。itu曾经将5g的三大应用场景定义为：增强的移动宽带、大规模机器通信、高可靠低延迟通信。第二，5g支持的工作频段非常广泛。在5g网络中，核心网被弱化，网络功能下沉到网络边缘。这时通过利用软件就可以重新定义网络、网络功能虚拟化等技术，提高网络资源的分配与管控能力。第三，传输更加稳定。5g的传输速度、传输稳定性都有了明显提高。这进一步拓宽了5g的应用范围。2 星地融合通信的发展历史有

3、关星地融合通信的研究主要起源于上世纪90年代。虽然地面通讯为人们提供了便捷的通信服务，但是某些地形复杂的地区难以架设基站。而卫星通信正能弥补这一不足之处，与地面通信充分融合，为人们提供通信服务。我国对卫星移动通信技术的研究主要是从2010年开始，随后在2012年提交了卫星通信lte标准草案。2016年发射了天通一号卫星。如今，多是采用基于统一的ip交换技术，实现互联网卫星与地面互联网的融合。而在5g的出現，给星地融合发展提供了新的发展方向，使得星地网络逐渐走向合作。3 卫星通信与5g的融合途径3.1 融合架构结合我国空间信息网络规划及有关研究，能够预测到未来卫星通信系统将会以高、低轨卫星混合轨

4、道设计为核心，并利用高频段、低频段多波束天线，在地面形成蜂窝覆盖，从而实现低速、宽带传输服务功能。这样终端用户在使用中就可以在不同的蜂窝热点区域间随意切换。而利用5g可以使频谱配置、干扰管理等工作更加协调。具体来说，卫星系统的融合主要体现在以下五个方面：覆盖融合。卫星网络补充地面网络。但是两者仍相互独立，且提供不同的业务，使用不同的技术。业务融合。卫星网络、地面网络仍独立存在，但是它们可提供相同的业务质量，且部分服务qos指标达到一致。用户融合。也就是说，用户通过使用唯一的身份可以依据需求选择卫星网络或是地面网络。两者的计费方式是相同的。体制融合。两者采用同样的构架、传输、交换技术，其中用户终

5、端、关口站可采用地面网络技术。系统融合。两者构成一个整体，给用户提供一致的服务，并实现两者的资源的协调调用，实现两者能提供相同的服务及质量，从而让用户感受到卫星网络、地面网络的无缝切换使用。3.2 仍以两者互通为主在一段时期内，卫星网络的主要业务发展方向仍是以地面互通为主。在5g背景下，其架构体系的研究方向也应是卫星转发业务。同时，在研究中还应着力于解决一下问题：第一，科学分割卫星及地面、卫星及卫星。第二，如何实现卫星不落地的交换、呼叫等。3.3 重新设计空中接口在早期，我国天通一号主要是以3gpp-r4/r6为参考。但是在5g背景下，可采用与地面5g相同的设计方案。但是在这一过程中应注意：第

6、一，若是采用双工模式，则应注意卫星、波光的不断运动会增加定时难度，mimo在卫星中的使用会受到限制。第二，在波形设计中，要切实考虑信道模型的特性适配、封峰均比。第三，在复用中，应注意即便是采用cp-ofdm，也可参考5g的时、频、空域的资源划分方式。第四，在定时方面，可采用基于位置进行延时补偿的思路，缩短波束中心、波束边缘的用户延时差。4 卫星通信与5g的融合技术4.1 大多普勒频移下的多载波传输技术其实，制约5g传输体系在卫星系统中应用的关键因素就是大多普勒频移。但是考虑到大多普勒频移与卫星轨道高度卫星覆盖区存在联系。况且，5g系统的基础传输体制对频率偏移非常敏感。即便是较小的偏移也会造成载

7、波间的干扰。所以，可选择与可变子载波宽带的设计方案。比如对于l频段，可采用在15khz以下的子载波;对于ka频段，可采用较大的频段。如大于2.4mhz的子载波。需要注意的是5g的最大子载波宽度只能达到480khz。但是这并不能完全满足通信需求。所以，还可尝试应用星历进行预先补偿。4.2 短突发传输技术物联网也是5g的重要应用场景。但在卫星通信物联网中，系统带宽更窄。加之，卫星传输的功率受限，其传输延时性会更加明显。所以，需进一步改进适配卫星的适应性。对此，可从降低频域rbe颗粒度、构建短突发信号波形等方面入手。4.3 面向长延时的ahrq优化技术直射信号对卫星移动通信质量的影响非常大。依据直射

8、信号状态可以将移动通信建立成不同的状态模型。即good、bad状态模型。在bad状态模型下，卫星信道的长延时会导致链路出现各种突发误码。对此，可尝试采用harq、交织技术进行解决。一方面可采用交织、fec编码技术，并设置合理的交织深度、编码码率。另一方面，可直接优化harq机制。4.4 波束覆盖级切换技术从上文中能够了解到卫星网络在地面上是蜂窝状覆盖。每个波束对应了一个小区。那么，波束在地面上就会呈现出两种覆盖方式。即卫星覆盖、地面覆盖。其切换方式包括同步、异步两种。其中异步切换的优点是风险小、星上载荷设计简单。同步切换的优点是能实现无损切换、管理简单，且能有效解决业务不均匀、建筑物遮蔽等问题。对此，可应用卫星覆盖方式。但这会带来漫游难题。所以，可尝试提前预测需切换的波束、卫星，并提前做好信道资源分配。这样就能迅速缩短切换过程。综上所述，在现代化背景下，若要加快5g与卫星通信的融合，就应充分了解5g、卫星通信的特点，并结合现代通信发展寻找最佳5g与卫星通信的最佳融合途径及技术