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衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng):NTN技術商用化,還需邁過理想與現(xiàn)實的“GAP”

2024年8月5日 11:28  天翼智庫  

2024年6月18日,3GPP正式宣布R18標準凍結,將進一步推動NTN(Non-Terrestrial Network,非地面網(wǎng)絡)發(fā)展。NTN標準較傳統(tǒng)衛(wèi)星通信體制標準存在顯著優(yōu)勢,但仍面臨產(chǎn)業(yè)、市場、技術三方面挑戰(zhàn)。

01 全球衛(wèi)星通信體制標準持續(xù)演進,行業(yè)已進入傳統(tǒng)與創(chuàng)新并存

1.衛(wèi)星技術體制以DVB、GMR為主,但在產(chǎn)業(yè)與技術方面均存在一定局限性

傳統(tǒng)衛(wèi)星通信標體制如DVB和GMR已演進多年,是衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的主流標準。DVB(Digital Video Broadcasting)是目前應用最廣泛的寬帶衛(wèi)星通信空口體制。當前大部分衛(wèi)星通信公司均采用DVB標準,包括SpaceX,中國衛(wèi)通等。最新一代演進的DVB-S2/S2X和DVB-RCS2于2014年發(fā)布,支持部分海事、航空以及應急通信場景。GMR(Geostationary Mobile Radio)由歐洲電信標準學會(ETSI)提出,通過GEO衛(wèi)星實現(xiàn)移動衛(wèi)星業(yè)務。該標準源于地面GSM標準,支持接入GSM核心網(wǎng),可以實現(xiàn)話音及低碼率數(shù)據(jù)業(yè)務的通信。

衛(wèi)星通信體制定制化特征明顯,限制產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展。Starlink采用寬帶星常用的DVB制式,Inmarsat-P/ICO五代星采用基于DVB-S2的技術體制。銥星Iridium,海事衛(wèi)星Inmarsat、中國“天通一號”等,分別采用GMR-1、GMR-2和類GMR技術體制,提供窄帶或低數(shù)據(jù)衛(wèi)星通信服務。此外還有諸多衛(wèi)星不對外披露技術體制,可見衛(wèi)星通信體制往往具有一定程度的定制化,缺乏統(tǒng)一標準。

傳統(tǒng)衛(wèi)星通信技術存在系統(tǒng)性問題,無法滿足當前衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)需求。DVB為單載波系統(tǒng),技術靈活性不足,難以支持海量終端接入的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務,且無法兼容地面網(wǎng)絡。GMR雖支持接入地面GSM網(wǎng)絡,但最新一代只演進到3G版本,尚不支持接入地面4G、5G網(wǎng)絡,并且其加密算法的脆弱性導致安全性能較差。兩名中國安全研究人員曾利用GMR-2密碼的漏洞在幾秒內(nèi)成功解密衛(wèi)星通信內(nèi)容。

2.NTN具有產(chǎn)業(yè)與技術優(yōu)勢,潛在市場空間廣闊

為促進衛(wèi)星通信與5G技術的深度融合,3GPP國際標準組織推出NTN技術標準,為5G網(wǎng)絡的衛(wèi)星接入提供了全球統(tǒng)一的規(guī)范框架。產(chǎn)業(yè)方面,NTN體制與5G地面蜂窩通信標準兼容,能夠充分復用 5G 移動通信產(chǎn)業(yè)鏈,通過蜂窩設備生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)模效應拉動衛(wèi)星行業(yè)發(fā)展,為未來的產(chǎn)業(yè)規(guī)模提供保障。技術方面,相較DVB和GMR,NTN技術一方面延續(xù)了3GPP地面協(xié)議的優(yōu)勢,可支持海量終端接入,另一方面通過引入時延補償、頻率補償,顯著提升了頻譜效率,支持的下行峰值速率達15Mbps。

NTN融合DVB、GMR優(yōu)勢,應用場景廣泛,潛在市場空間遼闊。傳統(tǒng)衛(wèi)星通信標準DVB與GMR所適用的應用場景不同,限制了其市場空間的擴展。DVB面向寬帶通信業(yè)務,主要應用于電視廣播、船載通信、機載通信、車聯(lián)網(wǎng)等場景。GMR側重于語音和短信等窄帶通信業(yè)務,主要應用于手機直連衛(wèi)星、物聯(lián)網(wǎng)等場景。而NTN系統(tǒng)帶寬大,可全面覆蓋衛(wèi)星寬帶業(yè)務和窄帶業(yè)務,有望替代傳統(tǒng)衛(wèi)星通信體制。據(jù)BISResearch和Markets&Markets預測,2028年GMR和DVB(不含廣播)市場規(guī)模分別在70億和120億美元左右,復合增長率為28%,而5G NTN市場有望達到235億美元,復合增長率高達41%。

圖1:2028年全球衛(wèi)星通信市場規(guī)模

來源:BISResearch,Markets&Markets

02 NTN發(fā)展面臨三大挑戰(zhàn)

實際產(chǎn)業(yè)應用中,技術性能并非唯一決定性因素,產(chǎn)業(yè)接受度、技術部署周期等均有可能在一定程度上限制NTN的規(guī)模發(fā)展。

1.產(chǎn)業(yè):衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)技術體制較為封閉,對標準化的NTN接受度有限,或影響其產(chǎn)業(yè)鏈有效整合和場景覆蓋

與全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)趨勢一致,我國傳統(tǒng)衛(wèi)星龍頭企業(yè),如中國星網(wǎng),未來也計劃采用“類NTN體制”,而非NTN標準化路線,可見衛(wèi)星行業(yè)龍頭企業(yè)也對采納NTN等新技術持謹慎態(tài)度,當前全球衛(wèi)星運營商聯(lián)盟(GSOA)中宣布加入3GPP NTN衛(wèi)星網(wǎng)絡發(fā)展計劃的成員占比不足30%。航天產(chǎn)業(yè)領軍企業(yè)如中國航天科工集團、中國航天科技集團等均未明確表態(tài)支持NTN發(fā)展。此外,廣播電視作為衛(wèi)星收入的最大細分賽道,也未作出支持NTN路線的明確表態(tài)。航天系與廣電系的技術選擇,可能會限制NTN技術在國內(nèi)市場的規(guī);l(fā)展,如仍維持原本的分散體制,將不利于資源整合,提升產(chǎn)業(yè)應用成本。

2.市場:NTN規(guī)模商用周期長,存在被其他技術制式擠壓市場空間的風險

結合3GPP R18標準凍結時間和全球智能手機的換機周期(51個月),我們預計NTN 將在2028年前后實現(xiàn)規(guī)模商用,產(chǎn)業(yè)落地周期較長。綜合全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況,不排除DVB等其他技術將率先搶占市場,形成事實標準。全球規(guī)模最大的低軌衛(wèi)星星座Starlink(采用DVB制式)預計將在2027年完成部署,有望提前搶占衛(wèi)星通信市場。據(jù)摩根斯坦利預計1,2030年Starlink總用戶規(guī)模將達到3071.6萬,結合2030年全球衛(wèi)星用戶總數(shù)約為6000萬2,屆時Satrlink將占據(jù)全球過半的衛(wèi)星通信市場。

3.技術:衛(wèi)星通信中的多普勒頻移、傳輸時延等問題對NTN的協(xié)議設計與體制優(yōu)化提出了挑戰(zhàn)

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)正向著高低軌協(xié)同的方向發(fā)展,對于低軌衛(wèi)星而言,相對地球表面做高速運動的衛(wèi)星會使通信產(chǎn)生較大的多普勒頻移,在給定 2 GHz 載波頻率的情況下,與運行在距地面 600 公里的 LEO 衛(wèi)星進行通信的用戶可能會遇到高達 48 kHz 的多普勒頻移,對頻率同步及設備性能產(chǎn)生嚴重影響。同時,由于低軌衛(wèi)星的相對速度較高,UE駐留在單個小區(qū)(或點波束)內(nèi)的時間窗口非常短,波束的快速移動、頻繁切換為NTN終端的移動性管理帶來一定挑戰(zhàn)。

03 啟示與展望

為推動衛(wèi)星通信行業(yè)與地面通信行業(yè)融合,最大效率發(fā)揮天地一體優(yōu)勢,產(chǎn)業(yè)方面,需要通信運營商、衛(wèi)星運營商、廣播電視運營商盡早合作,制定存量業(yè)務演進方案,推動星上載荷處理采用NTN的方式,發(fā)揮規(guī)模優(yōu)勢,打造低成本產(chǎn)業(yè)鏈,進而推動產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。應用方面,建議重點關注手機直連、車聯(lián)網(wǎng)兩大場景,發(fā)揮NTN體制兼容語音、數(shù)據(jù)的能力,帶動消費級衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)應用上量,推動衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)變現(xiàn)。

注釋

1.Morgan Stanley預計,如果只考慮前四大場景(衛(wèi)星固定業(yè)務),Starlink總用戶規(guī)模將從24年底的380萬增長到2040年的3200萬。如果將第五類場景包含在內(nèi)(手機直連衛(wèi)星業(yè)務),Starlink的用戶規(guī)模有望在2040年達到10億。

2.按照國際咨詢公司的測算方式, 衛(wèi)星移動通信用戶數(shù)一般取地面移動通信系統(tǒng)用戶數(shù)總量的 0.2-1%,取上限計算,全球衛(wèi)星移動通信市場的潛在用戶數(shù)將達到 6000 萬戶。

本文作者

鄒昭

戰(zhàn)略發(fā)展研究所

二級分析師

碩士,就職于中國電信研究院,從事通信行業(yè)研究,專注于人工智能及安全戰(zhàn)略研究。

謝林翰

戰(zhàn)略發(fā)展研究所

助理分析師

碩士,主要從事天地一體相關領域研究。

韓琳

戰(zhàn)略發(fā)展研究所

副主任分析師

碩士,就職于中國電信研究院,長期從事天地一體、云網(wǎng)融合相關技術及行業(yè)研究,包括網(wǎng)絡云化、網(wǎng)絡開放等。

編 輯:章芳
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