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揭秘卫星互联网:6G关键技术,国内行业雏形初现

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原标题:揭秘卫星互联网:6G关键技术,国内行业雏形初现

文|开源证券  赵良毕  戴晶晶

编辑|智东西内参

5G的已经全面展开商用,人类的通信技术再一次走上了快速发展期。未来,随着火箭回收、低轨卫星和6G技术的发展,科幻式的通信方式似乎离我们也不远了。2019 年工信部成立了 6G 研究组,推动 6G 相关工作。同年 4 月,奥卢大学举办了世界首个 6G 峰会。6G 有望达成更进一步的技术指标:空口延迟低于 0.1ms,网络深度覆盖率达到 100%,毫米级感知定位,单位功耗大幅度降低,传输带宽将达到 TB 级,连接设备密度达到每立方米数百个。2020 年 4 月 20 日,国家发改委首次明确“新基建”范围,并将卫星互联网纳入通信网络基础设施范畴。目前,国内多家企业已经开始积极布局卫星互联网产业。

本期的智能内参,我们推荐开源证券的报告《5G+ 时代,星链计划和6G齐闪耀 》,揭秘6G和卫星互联网的布局与发展。

01.通信技术——每十年一次的巨变

移动通信技术推动着信息技术产业的快速发展,改善了人们的生活水平,促进了社会的发展和繁荣。从上世纪80年代开始,移动通信技术每近十年就会出现一次新的变革。

02.卫星互联网,5G中后期新技术

卫星互联网是一种 基于卫星通信的互联网 ,可实现多地球站间通信。卫星互联网是指基于卫星通信技术,通过发射特定数量卫星形成规模组网,向地面和空中终端提供宽带互联网接入等通信服务的新型网络。

卫星互联网的发展存在三个阶段:

1、与地面通信网络竞争阶段,提供语音、低速数据、物联网等服务。随着地面通信系统的快速发展,卫星通信系统在通信质量和资费价格等方面渐渐处于劣势,在竞争中落败。

2、对地面通信网络补充阶段,以新铱星、全球星和轨道通信公司为代表,对地面通信系统进行补充和延伸。

3、与地面通信网络融合阶段,以 OneWeb、SpaceX 等为代表的公司正在主导新型卫星互联网星座建设,卫星工作频段逐渐提高,卫星互联网建设逐渐步入宽带互联网时期。

具体来说,低轨卫星系统有以下两大优势:

1、可实现全球互联网无缝链接服务。传统高轨同步轨道卫星建设成本高,存在通信盲区,时延长且带宽有限,已无法满足全球海量互联的容量需求。相比之下,低轨卫星系统传输时延更低,可靠性更高,损耗较高轨低 29.5dB,能够实现全球互联网无缝链接服务。

03.星链计划

星链(Starlink )计划是 SpaceX 于 2015 年推出的为全球用户提供高速快捷卫星网络通信的计划,目前已发射 1205 颗“星链”卫星。2015 年,SpaceX 公司提出StarLink 计划,利用大量低轨高通量卫星组成星座,为全球用户提供高速快捷的网络通信。根据 SpaceX 官网信息,美国东部时间 2021 年 3 月 4 日上午,SpaceX 将新一批 60 颗 Starlink 互联网卫星送入轨道,这次发射使已发射 Starlink 卫星总数达到 1205颗。

▲Starlink 具有低延时、易于设置和兼顾偏远地区三大优势

Starlink 分三步实现全球组网,共发射约 1.2 。万颗卫星。StarLink 计划分为三步:

1、发射 1600 颗低轨近地卫星实现初步覆盖,分布 32 条轨道,每条轨道 50 颗卫星;

2、分四组共发射 2825 颗卫星实现全球组网,每组轨道数和轨道倾角有所不同;

3、发射 7518 颗卫星组成低轨星座。其中,前两步卫星工作频率在传统的 Ka、Ku 波段,第三步在频率 40GHz 到 75GHz 的 V 波段。

作为马斯克旗下的一部分,星链计划和 Tesla 自动驾驶汽车可形成协同作用。车辆的车载设备通过无线通信技术,在车辆运行时不仅能够为车与车之间的距离提供保障,还可以帮助车主实时导航,提高交通运行效率。Tesla 使用 Starlink 服务,一方面可将卫星接收器添加到Tesla 车辆中,使每种 Tesla 车型都可直接连接到 Starlink 网络,另一方面 Tesla 可通过 Starlink,将无线软件更新推送到其所有车辆。

星链计划应用于远程医疗,帮助土著部落成员进行医疗保健服务。远程医疗是指依托计算机技术和遥感、遥测、遥控技术,发挥大医院或专科医疗中心的医疗技术和医疗设备优势,对医疗条件较差的偏远地区、海岛或舰船上的伤病员进行远距离诊断、治疗和咨询,不仅可以降低运送病人的时间和成本,还可以使医生突破地理范围的限制,共享病人病历,诊断照片。2020 年 12 月,SpaceX 与加拿大 FSET 信息技术公司合作,将 Starlink 互联网服务带入土著部落。目前,其 3000 名成员已经能够享受医疗保健服务等各项内容。

星链计划助力 VR 。高清直播。VR 是一种能够创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,它利用计算机生成模拟环境,使用户沉浸其中,具有沉浸性、交互性、和自主性等特性。2018 年 9 月,SpaceX 宣布日本亿万富翁企业家前泽友作成为 SpaceX 绕月飞行任务的第一位付费乘客。该计划预计于 2023 年实施,旅程将进行高清 VR 直播,SpaceX 会使用星链计划的中继卫星来处理月球远端的通信死角。

星链计划可将云计算推向太空。云计算是基于互联网,将共享的软硬件资源和信息按需提供给计算机和其他设备的计算方式。其中,提供资源的网络被称为“云”。2020 年 10 月,微软宣布推出 Azure Space 云计算平台,该平台与 Starlink 合作,将为 Azure 模块化数据中心提供高速、低延时的卫星宽带。灵活的卫星通信加上 Azure提供的高性能计算、机器学习和数据分析能力,有助于进一步满足客户需求。

04.6G时代空天一体化

随着大数据社会的持续演进和广泛化 ,频谱资源在不断的减少,然而数据容量要求被不断的提高 , 更加先进的通信技术正在逐步的被提上日程。2019 年工信部成立了 6G 研究组,名叫 IMT-2030 推进组,推动 6G 相关工作。同年 4 月,奥卢大学举办了世界首个 6G 峰会,主题为“为 6G 的到来铺平道路”。峰会中各方集体展望未来,更有媒体声称美国将跳过 5G 与中国在 6G 上展开竞争。6G 的综合性能也预期将是 5G 的 10-100 倍,各类技术指标也将进一步提高:空口延迟低于 0.1ms、 网络深度到覆盖率达到 100%、 毫米级感知定位 、 功耗大幅度降低 、传输带宽将达到千G级 、 连接设备密度达到每立方米数百个。

6G 的应用场景基于 5G 但是更加广阔:空中高速上网(超越 5G 的广覆盖,实现 100%深度覆盖,空天地皆可上网)、 全息通讯(以更加逼真的视觉、触觉和嗅觉等多维感官数据还原和赋能虚拟世界的真三维显示能力)、 进阶智能工业(实现毫米级定位,深度参与工业制造中,实现工业互联网更先进的解决方案)、 人体智能孪生(通过无数的人体传感器对人体重要器官和各系统实现实时监控,实现人体数据在虚拟世界的孪生)、 智能移动载人平台(智能车联网的进阶,将汽车,各类飞行器,巡舰等各类载人工具组网)等方面,目前 6G 技术的趋势在于超维度天线技术、天地大融合技术和太赫兹波段等方面。

天地大融合技术通过建立弹性可重构的网络架构、高效的天基计算、空天地统一的资源管控机制、高效灵活的移动性管理与路由机制,进行天地的智能频谱共享、极简极智接入、多波束协同传输和统一的波形、多址、编码等设计。未来用户只需携带一部终端,便能实现全球无缝漫游和无感知切换。

空天地一体化网络建设对我国具有重大意义。空天地一体化网络通过提供全时空信息连续支撑能力,实现“一带一路”周边区域覆盖以及“四海两边两洋”覆盖,满足陆上重要经济带、海外热点区域等信息服务的需求。快速发展空天地一体化网络技术,形成完善网络体系,有利于占领空天技术制高点,抢占资源和技术的先机。目前,发展空天地一体化信息网络已成为 6G 共识,并认为技术融合需要在 5G 时代起步实践,在 6G 时代全面实现。

空天地一体化网络可在多种业务场景发挥重要作用。对于环境监测、森林防火、无人机巡检、远洋集装箱信息收集等具有海量连接的通信业务场景,空天地一体化网络可有效扩大覆盖范围,满足更大连接和更低功耗的需求。针对探险活动中人员发生身体异常,通过广覆盖的空天地一体化网络可以通知就近医疗护理人员,将大量人体数字孪生数据同步给远程会诊的高级医疗人员。另外,车联网业务要求在较大范围内实现高可靠、低时延通信,利用空天地网络的广域覆盖性可满足百千米范围内车辆和路测系统的信息传输需求和实时通信。

智东西认为,从1G到5G,移动通信技术历经约40年的发展,终于从服务于人走向服务于行业,赋能经济社会数字化转型。与此同时,卫星通信再次成为关注的重点,特别是马斯克提出的“星链计划。作为一个航天强国,我国对于卫星通信有着很强的技术储备。下一代6G通信技术将是一种空、天、地、海泛在的移动通信网络,而卫星通信在其中扮演着重要角色。在5G刚刚商用、方兴未艾之际,开启6G研究适逢其时。

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