紫光展锐先进技术科普系列 | 卫星通信，未来已来
卫星通信技术作为通信领域的重要组成部分，正在引领着智慧连接时代的到来。随着科技的不断发展，卫星通信技术不仅实现了高速数据传输和泛在连接，还在全球范围内推动着智能化和数字化进程。
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。
卫星通信技术的发展历程可以追溯到20世纪60年代初期。最初的卫星通信系统主要是利用地球同步轨道卫星（GEO）提供基础的语音和低速数据传输服务。然而，由于当时卫星技术的限制以及通信标准的不完善，卫星通信的应用受到了很大的限制。随着技术的不断进步和卫星通信标准的逐步完善，卫星通信技术迎来了快速发展的时期。
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。卫星通信系统不仅实现了高速数据传输，还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。随着5G时代的到来，卫星通信技术进入了新的阶段。5G NTN技术的出现使得卫星通信与地面蜂窝通信系统实现了更紧密的融合，为卫星通信的发展和应用打开了新的大门。
卫星通信新时代-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。
传统卫星通信体制主要包括一些成熟的卫星通信系统和技术，如地球同步轨道卫星系统（GEO）和低轨道卫星系统（LEO）。这些传统卫星通信系统在一定范围内仍然发挥着重要作用，但由于其带宽和频率资源有限，无法满足高速数据传输和大规模通信需求。
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）”。该技术将卫星通信与5G新空口技术相结合，实现了卫星与地面蜂窝通信系统的一体化，为卫星通信的快速发展和应用提供了新的机遇。通过3GPP NTN技术，卫星通信系统不仅可以提供更高速率的数据传输，还可以支持更多的移动平台，实现更广泛的通信覆盖。
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，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。
NTN产业链的基石-终端芯片
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。
作为通信芯片领域的领先企业之一，紫光展锐在卫星通信领域发挥着重要作用。紫光展锐长期致力于卫星通信技术的研究和开发工作，在NTN卫星通信和天地一体化研究方面取得了一系列重要进展。
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，为卫星通信技术的商业化进程提供了有力支持，该芯片荣获第十八届“中国芯”大奖，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
在未来6G时代，卫星通信在6G时代将承载更重要的角，成为实现泛在连接的关键技术之一。天地一体化网络的建设将是未来的发展趋势，需要全产业链的共同努力来推动其发展。随着技术的不断进步和标准的不断完善，卫星通信技术将继续为人类社会的智能化和数字化进程提供有力支持。
未来，随着5G和6G技术的不断演进，卫星通信技术将进一步发展和完善。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。
万物互联的时代已经到来，而卫星通信作为连接世界的关键技术之一，正在开启着人们对未来6G与天地一体化的无限想象。
发布于：上海
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