从2017年到2022年,ITU、3GPP和ETSI大力开展并推动基于5G体制的卫星通信探索,3GPP
开始将卫星网络划入非地面网络(NTN)开展研究与标准化,针对星地融合的上述技术挑战,开展了包括定时关系增强、时间和频率的补偿、针对大无线环回时延(RTT)的HARQ改进机制、移动性管理与切换增强等技术优化,这些举措拉开了卫星通信体制与地面蜂窝通信体制走向融合的序幕。陈山枝指出,5G在设计之初并没有考虑卫星通信,3GPP R15版本是5G第一个商用版本。随着技术和需求的演进,卫星通信的研究与标准化在R17
NTN才开始启动,这就决定了星地融合在5G是体制兼容,即在已有5G标准的技术框架下实现星地融合的优化。但5G具有技术先进且成熟、产业链完整、规模经济等优势,低轨卫星通信与5G兼容,能够利用和分享5G的产业链和规模经济效应。并且,5G
NTN星地融合方案应该比现有存量5G普通手机直连接入卫星的技术方案要优化,实现复杂度要低、建设和运维成本也要低,系统容量要大,更具有先进性。因此,陈山枝早在2020年就建议当前我国应该建设和发展与5G兼容的卫星互联网(具体可查阅陈山枝在2020年第六期《电信科学》上发表的论文《关于低轨卫星通信的分析及我国的发展建议》),5G
NTN支持GEO/MEO/LEO场景,支持Ka/Ku/S等各种可用频段,终端类型包括VSAT终端和普通手机终端,实现全球无缝移动通信。一方面,契合手机更迭周期短的特点,人们更换新手机就可实现,又能满足行业应用需求;另一方面,该方案将为我国引领6G星地融合奠定坚实的基础。陈山枝指出,6G在设计之初就考虑星地融合,能在系统级上实现星地融合的优化,因此6G星地融合将是系统融合。在6G时代,陆地移动通信跟高、中、低轨卫星的有机融合,实现任何人、任何地点、在任何时间无缝全球覆盖和接入。需要对卫星、升空平台、无人机、地面蜂窝等组成异构接入,设计包含统一空口传输、统一接入控制、统一认证和统一组网协议,以用户为中心的智能网络架构,支持终端在星地间无缝切换,满足不同部署场景和多样化的业务需求。陈山枝早在2020年就发表相关论文,“Vision, Requirements, and Technology Trend of 6G: How to
Tackle the Challenges of System Coverage, Capacity, User Data-Rate and Movement
Speed”(IEEE Wireless Comm., April 2020)提出了星地融合是6G的重要方向,已是ESI高被引论文。System
Integration of Terrestrial mobile communication and Satellite communication ----
the trends, challenges and key technologies in B5G and 6G (China Communications,
Dec. 2020)进一步提出了“5G兼容”走向“6G融合”的星地融合移动通信演进路径和关键技术。陈山枝进一步指出,6G“星地融合”移动通信网络是一个多维复杂的“巨系统”,是多个异构接入网络融合,具有多层立体、动态时变的特点。多层复杂跨域组网导致网络架构设计困难,大尺度空间传播环境导致传输效率低,卫星的高速运动会导致网络拓扑高动态变化和移动性管理挑战,进而导致业务质量和通信连续性难以保障。对于6G星地融合组网所面临的巨大挑战,陈山枝提出关键技术突破的四个方向:在6G星地融合的网络架构方面,需研究卫星与地面蜂窝通信架构的统一设计。一是通过设计弹性可重构的灵活网络架构,实现星地网络节点间网络功能的柔性分割;二是通过设计高效的多域多维度网络管理架构,提高星地融合网络中的资源管理效率。在6G星地融合的空口传输方面,需研究卫星与地面蜂窝通信的统一无线空口设计方案,支持多种业务传输,让终端可以极致简单地接入最合适的星地网络节点。在6G星地融合的组网技术方面,需主要研究小区间频率规划、多层网络间自适应路由和星地星间无缝切换、星地一体多级边缘计算任务迁移等。在6G星地融合的频率管理方面,需研究基于统一管理的网络频谱资源、星地间频谱的协调管理机制。通过频谱共享和干扰管理方案,提高频谱资源利用率。陈山枝介绍,中国信科及其无线移动通信国家重点实验室是星地融合移动通信的重要技术贡献者,也是5G卫星移动通信技术的引领者、6G星地融合关键技术的储备者。中国信科在我国卫星互联网新基建中正发挥着重要作用,积极开展透明转发和星上处理卫星互联网关键技术研究,带领业界率先完成了业界首套5G融合体制的卫星互联网系统标准体系和关键设备研制,为国家卫星移动通信重大工程的建设提供技术支撑。在2020年和2021年连续两年向业界发布了“全域覆盖、场景智联”的6G白皮书;承担了多项重点研发计划课题,联合业界积极开展6G愿景与需求的研究、6G关键技术的研究与验证,为后续的6G标准化工作做好前期储备工作。