一、前言

近年来，我国信息通信技术领域正处于全面变革的关键时期。地面移动通信向着具有高速率、低延时和大规模接入等特征的5G时代大步迈进，目前技术已趋于成熟。与此同时，以低轨宽带星座系统为代表的新兴卫星互联网空间信息技术，也以其全球、全程、泛在的宽带数据接入能力，成为重要发展方向之一。5G与卫星互联网，成为通信领域“万物互联”和“泛在互联”两个发展方向的代表性技术。因此，卫星互联网与地面5G的天地融合通信可以在不受地理条件限制的万物泛在互联中发挥不可替代的作用，并加速卫星互联网与信息产业融合，衍生出全新的天地融合通信应用场景。

我国目前正处于由高速信息网络助推社会经济快速发展的时代，但是我国幅员辽阔，特别是部分西部地区受地理和历史条件限制，信息基础设施相对滞后，政企信息化水平和人民获取网络信息能力相对较弱。特别是随着我国5G开始商用，东西部的信息数字鸿沟加剧，亟需便捷的网络信息获取和沟通手段，加速商品信息沟通、同步现代化信息社会生活和文化，扶智扶志精准扶贫，促进政府治理效率和人民生活水平提升，为人民过上更加美好的生活提供信息设施保障。同时，“一带一路”作为我国“走出去”的重要倡议，沿线国家具有广阔的市场前景。但这些国家大多是发展中国家，通信保障设施相对不完备，影响到本国经济建设速度和社会发展水平，迫切需要改变现状，中国企业的境外项目和国家海外资产也亟需可靠的信息服务手段帮助维护利益。

二、低轨卫星通信与5G融合的技术优势

低轨卫星通信基于天基通信卫星星座，面向大分散、小集中用户场景，低轨卫星通信宽带数据传输和高速通信优势明显，特别是在西部偏远地区、“一带一路”沿线等通信接入点较为分散时具有低成本宽带覆盖的优势。同时，现有5G网络是基于完备的地面光纤承载网提供万物互联通信服务，由于地面光纤网难以抵达以及建设成本高昂，现有5G网络难以满足西部偏远地区、“一带一路”海外安全通信等行业实际需求。而低轨卫星通信可低成本高效解决偏远地区以及基础设施不发达地区信号难以覆盖的问题，基于天基通信卫星星座为西部偏远工矿、海外重点工程现场、“一带一路”海外安全通信，提供低成本广域宽带互联的高效解决方案。因此，卫星互联网和地面网络如5G网络将是互补关系，能够满足信息基础设施差区域的通信需求，填补信息鸿沟，使网络连接变得可能和便利，具有广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点。目前卫星互联网与地面通信系统互补合作、融合发展，已经逐渐步入星地宽带互联时期——低轨卫星互联网与5G的融合可进一步发挥双方优势，形成面向西部偏远地区和“一带一路”沿线国家的可快速搭建、轻量化部署星地一体通信服务体系架构，并伴随我国西部地区开发与“一带一路”倡议深入，结合数字经济赋能行业跨越发展趋势，为弥合我国中西部数字鸿沟、打通“一带一路”信息通信走廊提供可行的解决方案，同时为区域内地震、海啸以及其他灾害处置救援宽带信息保障。

低轨卫星通信与5G融合的技术优势可归纳如下：广域宽带互联；大容量终端与数据接入；支持时延敏感应用；系统数据高可靠性；服务能力灵活可定制。

三、低轨宽带星座5G专网应用架构

低轨宽带星座5G专网，主要由低轨星座地面网络系统和本地5G专网组成，低轨星座地面网络系统主要负责本地数据通信与外部网络的互联网互通。本地5G专网负责提供本地数据通信网络服务，为人员、设备提供万物无线互联。低轨星座5G专网系统框架如图1所示。

图1 低轨星座5G专网系统框架

基于低轨卫星星座的5G专网，即在用户一线根据实时使用需求建设定制化的5G本地专用网络，服务于本地人员、设备的高速宽带互联，同时在本地核心网侧部署低轨卫星互联网通信设备，负责将本地需要与外部网络或公网交互的数据通过低轨卫星链路完成传输。因此，可充分发挥低轨广域互联与5G专网赋能行业用户数字化转型的优势，能够针对性解决信息基础设施较差或不具备通信覆盖条件地区，如西部偏远地区与“一带一路”沿线国家的行业用户通信网络需求。低轨卫星5G专网用户能够无需当地的通信基础设施，快速部署低轨专网基站，也无需单独采购专用终端，网络建设快，成本低。在需要时可与地面公网互联互通，同时也具备专网数据安全的特性。此外，低轨5G专网在各种地域环境下快速部署展开、支持大量用户高速、低时延、全球接入的特性，对未来军事和特种通信应用也具有重大意义。

四、低轨宽带星座5G专网功能特征

1.业务需求不依靠地面网络的泛在广域可靠连接

低轨卫星5G专网采用天基覆盖手段，解决偏远地区、“一带一路”沿线与外部互联网宽带连接的问题，利用低轨卫星超大带宽通信能力，完成偏远地区信息化数据、生产数据与互联网实时同步。

2.百兆级、低时延卫星数据天基通信服务

低轨卫星通信采用更低轨道和高通量卫星技术，可为单终端提供百兆级以上宽带通信接入服务，面向偏远地区提供快速、泛在网络通信。

3.自主可控的本地无线专网，高数据安全及高可靠性

在偏远地区建设专用5G专网，灵活部署轻量化核心网与基站，形成可适应现场随时搬迁、扩展的本地专用网络，支持本地人员实时宽带通信、视频监控、设备物联网等数据采集存储及管理。

4.专用网络设备与组网架构，设备部署与扩容灵活满足搬迁与扩张

低轨5G专网建设对基础设施依赖度较小，可根据施工工况和业务拓展，灵活进行网络搬迁和扩容建设。

5.工业级的本地海量数据存储、处理、管理与智能延时转发

依托本地5G专网建设本地信息化系统，针对不同工业应用进行智能应用分层，将大流量数据和实时关键数据进行分级存储与处理，根据低轨卫星通信链路状态智能延时转发，为用户提供高性价比的综合卫星通信服务。

6.兼容多种类型的数据协议，灵活适应行业信息化服务

利用低轨超强双向通信和5G末端数据链接能力，支持大流量数据同步，物联网、高清视频监控以及实时MR/VR检修等多种业务场景。

五、低轨5G专网行业应用场景分析

低轨卫星通信与5G专网融合应用将低轨卫星通信与5G专网关键技术应用需求相结合，面向广域泛在万物互联的具体行业应用场景参与行业数字化升级，涉及物联网、移动通信、毫米波通信、卫星通信及大数据通信等领域。现将典型行业应用场景进行分析。

1.广域海量终端接入和大流量数据传输场景

在偏远地区的工业信息化以及智慧行业应用场景下，需要海量的物联网数据采集终端接入以及大量的基础性大数据采集与传输支撑后端的信息化与大数据应用。利用本地5G专网可用频率范围大，带宽资源丰富，可在一定区域室内与室外、视距与非视距等场景中提供万物高速互联服务能力，并基于5G虚拟化网络架构和低轨卫星互联网天基通道，可以构建星地一体，云边端协同的一体化应用网络架构，实现与感知、通信、计算广域通信覆盖背景下的综合应用，并允许行业用户直接实现本地可灵活扩容的端到端通信，本地部分数据可在内部完成应用闭环，在必要时可按策略通过低轨星座实现数据与互联网共享。

2.高可靠性保障与时延敏感应用场景

主要面向工程智能化与自动化升级需求的工业控制和自动驾驶等业务场景，包括大型打印机、数控机床、包装设备和工业园区的室外工程车等。需要在5G专网与低轨卫星互联网协同工作下，实现低时延远程操控作业。通过低轨卫星网络切片技术与5G专网的帧结构优化降低星地通信的端到端时延，并进一步提高数据传输可靠性并具备抗干扰、抗截获等能力，确保在复杂对抗环境下重要业务的不间断通信和可信可靠服务。低轨卫星互联网的端到端的网络切片技术，包括时频资源的切分，卫星、信关站和核心网的网络切片，针对低时延的单跳落地等，以满足不同时敏业务对带宽、低时延、高可靠、大连接的需求差异，并允许行业用户可以根据业务对速率和时延的实际需求进行所辖星地资源的统筹调度。

3.行业一线大数据应用场景

主要面向行业用户偏远地区大数据应用场景，包括生产调度、安全生产监控、一线智能运维等。需要在低轨卫星5G专网具备大容量终端接入、海量数据传输的同时，在一线实现业务数据在远端侧大数据综合应用，并基于低轨卫星通信链路实现与外部资源的互联互通与数据交互。在一线现场同步部署大数据应用设备和服务应用系统，在本地实现数据的采集、清洗及处理，根据大数据应用能力首先在本地实现行业智慧应用，并根据云边协同体系架构，基于星地一体设计和上一级大数据应用节点完成大数据应用功能，整体应用系统可感知用户业务场景的需求和用户业务的特征，并实现网络大数据应用的按需可定制。

六、结语

低轨卫星星座5G专网可充分发挥低轨卫星通信泛在通信与5G万物互联优势，能够针对性解决信息基础设施较差或不具备通信覆盖条件地区行业用户的通信网络需求，适用范围广泛，也符合国家“一带一路”倡议。专网用户能够无需当地的通信基础设施，两者的融合应用不仅扩展通信网络的覆盖范围，为用户提供覆盖更广、速率更快的通信网络接入服务，全方位提高卫星和地面通信服务水平，实现天地一体化的通信服务保障，有效满足未来各种应用场景的需求。同时，将使得5G与卫星互联网在产业链整合、网络融合运营、用户群体共享等方面，激发5G与卫星互联网“新基建”之间的协同集群作用，将有助于提升我国空天地通信产业竞争力，抢占未来6G技术制高点，推动我国空天地一体化通信信息网络的高质量发展。

来源：《卫星应用》2022年第8期

作者：杨波 银河航天（北京）科技有限公司

编辑：陈飚

责编：杨璐茜

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