非常荣幸能够到南京来，在这个未来网络这样一个科研圣地和大家一起交流一下我们西电在5G和未来网络融合方面的想法和思考，也非常感谢承办方五院丁总邀请我们来进行分享。

可以看到我今天给大家汇报的题目是5G和卫星网络星地融合关键技术挑战。我们到底要用什么样的视角去看5G和现在非常热门的卫星网络，尤其是低轨星，尤其是商业航天现在这么火全球的氛围下，怎么从技术上有所突破。

大家觉得我们前一段时间还在说5G的时候，觉得那么遥不可及，5G到2020年的时候就要商用了，主会场电梯里面专门贴了一个，我们5G网络已经布到了主会场，我当时把我手机拿出来看一看，通信每隔10年是一代，我们现在2020年很快就到了，我们的5G应该是遍及千家万户。现在要考量从学术界考量，我们到底5G或者6G，包括在上海ACC里面，我们都听到有7G的概念了，从这个角度我们到底要做什么呢？

首先我还是想从需求牵引这个维度跟大家一起分享一下我的观点。我们有很多很多种网络，3Gpp里面，传统的地面网络和我们的非地面网络，所谓地面网络是以地面网络为主，也包括无人机空域的平台。实际上我们的目标，很早就提到，我们希望在任何时间，任何地方，任何人实现可靠的通信，这是我们做通信人的愿景。实际上我们的需求可以分为几大类，第一个是我们希望我们是这种连续性的，或者连续性接入的服务，换句话说，不管你是简单的步行还是车载，或者是在飞机上，都希望可以满足我们服务的不间断性，服务连续性，这是很重要服务的需求。我们可以看到画了几幅图，电梯上有个别VIP用户可以享受网络的接入，未来可能大家都是可以的。包括在高铁上面高铁速度越来越快，如何满足服务的连续性，是一大类的业务需求。更多是希望大量的比如说更多是物与物之间通信系统的体现。

第三个是可扩展性服务，所谓可扩展性服务，在3GPP里面描述得非常清楚，希望通过卫星的广播特征，然后来实现这样大范围用户的服务的类型。同时，也希望通过卫星和地面网络的融合，可以实现多路并长的情况。现在在我们地面网络时候我们研究通常会说蜂窝网络和无线局域网如何做共传。前三种是3gpp给出来典型三种的服务类型，包括连续性接入服务，泛载性接入服务和可扩展接入服务，有没有其他的类型没有考虑在里面，给出来两种跟大家交流一下。

我们认为还有可提供性服务，尤其是现在这种用户产生的内容的类型，这样的一些服务类型的出现，当然我们知道现在，比如说用户不仅仅是数据的消费者，更多是产生者，这种形态的业务出现，对我们未来的网络，尤其是我们要卫星会给未来网络带来什么样的挑战，因为我们可能会改变传统大家认为做通信就是做网络，我们不会在中间对信息进行任何的加工。随着这样的演进，我们也许不再是简单的数据传输，如果在安全的前提下可能会对信息做加工，这个会对未来的网络结构会有很大的冲击。

还有应急性服务需求也是非常重要的，尤其是卫星网络很重要的用途，就是我们在基础架构，基础设施受到损毁的情况下，还有最基本的通信手段。我们希望从这样五种服务性需求的角度来看，我们就需要通过网络融合，单一网络都有各自的特点，希望把这些网络的特点都能够融合到一起，都可以满足我们的服务需求，所以通过网络融合来增强网络的服务能力，这应该始终是我们想要做的事情，最终的目标还是想要用户的体验，当然这个用户单纯意义上是我们普通的，我们本身也强调机器到机器，其实星地融合实现就是对于用户能力的增强和互补，这一点是很重要，增强和互补，没有说一定把哪一项技术排除在外，而是希望他们能够互补性，进行更友好的体验。融合的目的是从用户无感知的体验的角度，从用户的角度，根本不用在意，到底是哪一张网络给我提供的服务，而是说我希望的对我来说是有感知的。

既然是这样的话，我们从两个维度来理解，第一个，如果想要融合的话，物理空间的角度，我们说星地融合是实现信息流，是从全领域的，网络一方面先给大家汇报过的，5G未来是地面网络是密集化发展的，而同时还要有立体化发展，朝空间这个维度，而信息应该是在全维度里面是可以自由流转的，可以真正保障我们端到端。从真正的网络空间，实际上就要从网络体系的统一，数据传输的衔接来保障我们有效的融合。真正融合内涵，从体验的角度延伸出来物理空间和网络空间我们要怎么做。

大家可以看到，通过这几页的汇报，我们知道5G最早提的时候，是低时延高可靠大容量，再加一个广覆盖，这是非常重要的互补。

有了星地融合的内涵和业务驱动的理解之后，我们大家来看一看，我们到底有什么样的挑战。刚才张教授已经从卫星互联网的角度给大家进行了介绍，我们简单地给出来了几个维度，并不全面。大家可以看到，首先肯定是我们要融合得好，机制体制一定要跟得上，技术体制包括什么呢？从网络架构，到网络协议到控制，都应该能够一体化跟上，所以我们大家知道一个网络架构是什么，决定了你目前提供 样的服务，协议是保证了网络的性能，控制就包括现在大家都知道，我们星地一体，资源数据化怎么用，还有移动性管理等等。网络资源的角度，大家看到了，我们卫星网络和5G网络有一个很重要的，就是将来频率资源是非常受限的；我们有一个很重要的技术，就是要解决星地之间相互干扰的问题，物理资源受限的情况下，还有经济成本，这些实际上是我们一个传统的，和商用民用网络并行线，到变成一个相互互补融合的线，我们是要站在可运营的角度来看这张星地融合网络。

下面我就简单说一下，如果要融合，从网络架构这方面的一些思考。大家可以看到，现在关于网络架构研究也是非常多的，实际上网络架构是网络融合的基石，在ITO，和5G，都给出来了5G和5G融合的4种场景。从宽带传输的中继，第一种就是把卫星网络结合进来之后，是做中继宽带传输。第二种是做宽带移动通信业务。第三个是数据回传及业务分发，主要是运用卫星广覆盖的特征，第四个就是混合多媒体业务，未来大容量业务，以及背景业务怎么样来做。这是需要考量的。

所以我们从场景对应到了业务，这是他们建议的几种场景，实际上从业务的角度大家可以看到，同样还是涉及到我们这个可扩展性服务，这个其实就是我们关注的，网络能不能支持大容量业务，连续性服务，其实说的更直接一些，就是用户的QOS的保证。第三个泛载性服务，就是覆盖的问题。第四个是可再生性服务，当然也有应急性服务，整体上大家可以看到，给出来的应用场景还是面向我们这些服务需求的，最新的，我们知道就是前几天正在5G标准组，他们实际上联合了几所大学做了一个用5G回传的试验，这个试验的结果是说往返试验是18到40毫秒，同时测试了8K的流媒体传输和互联网对话，用5G做回传，这个试验已经做了。

大家仔细看这些应用场景会发现什么，还是前面说的这几大类服务需求，比如说我举个简单的例子，根据需求自适应选择接入类型，这里面这句话的背后，如果我们将来任意一个终端都可以自适应地去选择接入网络，意味着什么呢？意味着我们的用户是不知道，是一个卫星在给你提供服务，这里头背后就是什么？背后其实就是我们标准的统一。也是给出来了这十种应用场景，大家可以体会一下，简单来说大家就可以理解到，最终的目标就是卫星到底是简单的中继，还是将来基站可以上天，还是部分可以上天，就是我这边列的三点，到底只是简单的中继信号，还是说我们将来卫星就是一个空中的基站，还是有部分基站在天上，有一部分在地上，后面两种就是星间具有组网能力了，可以看到其实我们刚才张教授给大家介绍这么多低轨互联网星座的项目，里面都是肯定要有星间链路，将来有星间链路方式之后方式可以更灵活，不管怎么样，无外乎就是卫星的能力到底怎么定义的问题。

所以我们也是在思考这个问题，简单地来说呢，我个人认为，我们整个5G和卫星网络融合会经过两个阶段，第一个所谓的就是松耦合，是一个短期融合的问题。这里面可能只是从服务层面上把你融合到一起，但是技术体制还是相对独立设计的，比如说我们空口相对独立，并不需要说用户终端就一定是直接上星，我可能会中间经过某一个中继这种情况。用户可能通过特定的中继接入卫星。未来的紧耦合目标，就是长期融合的目标，真正做到5G和卫星网络融合，就是说我们的空口可以采用3gpp统一的空口，就是现在的NR的空口，用户可以直接接入卫星，而不需要通过卫星地面的中继。换句话说，我刚刚举的例子，我们到时候手机终端的用户，是不知道是一个卫星在给他提供服务，还是一个地面基站，对吧？这些都是我们觉得，应该是松耦合和紧耦合，这样两个同时在发展，目标必然是这样一个长期耦合紧耦合方式。

如果是这样的话，大家可以看到，我们可以进一步来思考，如果说我们从空口这个维度去看，我们怎么可以做到融合呢？从松耦合的角度，现在地面通信的终端有专门的卫星终端可以直接上星，用的肯定不是5G的空口。如果是松耦合的，这个时候可以是一种融合体制，但是空口各是各的，上星的是上星的空口，地面还可以用5G的空口，这就是我们中间可以通过中转的方式来实现这样一个融合。

紧耦合实际上就是说，我的用户终端上星的空口，也是用的5G的标准，我们来做这样的一种体制，这个是我刚刚说才能实现我用户终端上面直接上星，而不需要中转，这是从空口。我们从接入的角度是一样的，也就是说我们到底是从松耦合，用户终端必须通过特定的地面才能上得去，紧耦合就是用户灵活选择接入方式，移动的过程中，我是随意接入，碰到是地面基站就接地面基站，碰到空中基站就接空中基站。刚才说的是接入方式，接入方式和空口方式可以组合的，你可以是紧耦合的空口，但是是松耦合的接入，都是有可能的。所以这些随着我们技术的演进再来进一步讨论和发展。同样是在3gpp里面，关于透明传输的机制基本上已经要关闭了。3gpp里面关于卫星上面更关注的是，卫星上面具有再生能力，中继模式现在可能慢慢就会被，基本上就是认为到此了，后续更关心的是在星上是具备处理能力的。

刚才我们对空口的架构的考虑，下面我们想看一看，我们还是做技术，我们想从空口的角度，现在有很多的演示系统已经上了，我们到底能不能把5G空口直接拿过来用呢？我们简单来看一下。大家看一下分为几个维度，不全面，3Gpp也有研究，首先我们知道卫星过轨的时间，取决于卫星的高度，还有仰角的参数，我们简单给了一些结果，如果我们用户对不同卫星仰角不同有什么变化，比如我们用一星的轨道高度700多公里，如果仰角达到30度的时候，会缩短到350秒，大概就是10到20分钟会有这样的一个情况。

用户看到卫星的时间是过去，这样的一个情况。同时我们也会发现，做一些分析你可以看到，用户与不同卫星高度的变化，也就是说我们站在卫星下面，正下方和卫星覆盖边缘效果不一样，差了很远，我们还是以780公里卫星为例，星下点变化范围是0—300公里，不同用户属于不同的星的等待区，这个时候是同步进入是完全不一样的，大的距离导致我们传播时延肯定跟地面是不一样的，我们也是举了一个例子，780公里的时候，星地传播时延4个毫秒左右，如果到3000公里的时候最小就是10个毫秒。在同一颗卫星下星下点到边缘用户时延差，比如说50公里、400公里，时延差又是不一样的，这个是不能忽略的，这些问题在我们传统移动通信系统里面可能没有那么严重。星地星道传播时间长，导致我们不能直接搬过来。

还有一个多普勒效应，是非常明确的。我们还是看不同的高度和不同的边缘的差别，这个我们大概做的以20G来看，不同的高度，不同区域么的用户多普勒覆盖效应也非常明显。卫星的高速移动，导致的多铺盖效应明显低于地面，调整的也很少。这是非常直观的感受。

下面再看一下，从接入，从随机接入信道的设计。在5G的随机接入结构里面，信道竞争定时器是15毫秒，传播时延更大。实际上这些15个毫秒显然是不够用的，怎么把这些问题要修正，用到我们的，直接把5G空口协议拿过来再用。我们5G里面用的是16个信道的HARQ，我们要用5G的协议，我们这儿给了一些简单的信息，根据高速运动，高度、信道传播特性，有效窄扩性能，会影响覆盖区域、时延、多普勒、损耗，噪声、回退等等。对应我们将来要修订我们协议的时候，要有哪些方面，比如说定时提前的问题，还有并行的怎么设计，还有ACM的调整等等，这些问题都要做相应的适合我们的链路的特点。希望后续可以共同发力，可以把这个尽快解决。

刚才是信道的特点对整个5G标准是不是可以直接用，也是提出了一些建议和思考，下面是大家再看一下，我们移动性的。因为我们知道卫星引入之后，不仅仅是星地融合，移动性管理是很重要的挑战。我们认为会带来新的切换模式，新的切换模式包括大的，一个是星到地切换，一个是地到星的切换。比如说地到星的切换，用户提出地面覆盖范围之后，用信或者地面配合，这是大家现在研究的问题，这是地往星，这些典型的切换模式，带来了需要新的思考。

实际上说白了，相对于传统的地面网络，如果星地融合之后，我们是用高速移动的卫星和高速移动用户之间，是双移动性，用户在移动，到我们的基带也是移动的，如果我们把一星加进来，这样双移动性，对移动性管理肯定是更为艰难的，紧耦合模式下会有星地切换，和地到星的切换。结合我们讨论的业务需求，怎么样在保障连续性服务，我们的服务不间断，就是我们重要的评价。

我们切换的发起，切换的指标，是辅助还是基站还是移动台出发等等，这一块就是说怎么把卫星和基站能够有效融合，这是我们做共性管理时候要面对的问题。大家肯定，肯定是说星地融合之后，会比单独地面或者单独卫星要好很多，因为单独地面可能覆盖不到，单独卫星由于卫星受限有些覆盖不了。

欢迎大家到西电交流指导，谢谢大家！