中国联通天地一体融合通信愿景白皮书

1中国联通天地一体融合通信愿景白皮书中国联通2023年10月 1目录1发展需求与现状分析.........................................................................................21.1天地一体发展需求............................................................................................................21.2天地一体化的发展现状....................................................................................................21.3应用场景和发展预测........................................................................................................31.3.1深井型价值应用场景...............................................................................................31.3.2海量型价值应用场景...............................................................................................41.4标准研究现状....................................................................................................................52发展路径与愿景目标...............................................82.1天地一体融合通信发展路径............................................................................................82.2天地一体融合通信愿景....................................................................................................83关键技术问题分析................................................123.1网络架构与组网模式......................................................................................................123.2频率规则及频谱方案研究..............................................................................................143.2.1手机直连的频率.....................................................................................................143.2.2频谱方案研究.........................................................................................................153.3无线技术..........................................................................................................................163.3.1信道模型.................................................................................................................163.3.2链路预算.................................................................................................................163.3.3关键技术.................................................................................................................173.4终端技术..........................................................................................................................183.5QoS保障...........................................................................................................................203.6跨国业务实现..................................................................................................................214总结与展望......................................................22 21发展需求与现状分析1.1天地一体发展需求近年来，低轨（LEO）卫星互联网的迅猛发展，不仅对传统卫星通信产生了巨大的冲击，还对传统地面移动通信技术的发展提出了新的挑战。宽带卫星互联网融合卫星网络和地面网络，已经成为无线通信领域的新焦点和新赛道。为了应对低轨宽带卫星互联网的国际竞争，也为了在后续卫星互联网发展占频保轨，我国在积极推动天地一体加速发展。国家政策上，国务院立足国际竞争和国家安全，在“十四五”系列规划中提出建设高速泛在、天地一体网络，加速构建天地一体基础设施；发改委从战略新兴产业发展的角度，将卫星互联网纳入“新基建”；工信部则强调天地一体深度融合，推进卫星通信系统与地面信息通信系统深度融合。地方政府层面，国内多个省份10余个地方政府将空天信息产业、卫星应用及卫星互联网产业划为重点，提出了具体的发展目标及相关政策举措。从技术发展上看，卫星制造、卫星发射和卫星通信技术的迅速发展，为天地一体的发展准备了条件。首先，卫星制造技术和卫星发射技术，如一箭多星、火箭回收等，极大降低了卫星制造和卫星发射技术的成本，为建设大规模低轨卫星星座提供了有力支撑。其次，星上处理、星间链路和相控阵等先进的卫星通信技术则为终端直联卫星实现宽带通信提供了技术基础。最后，3GPP等标准组织针对卫星通信特点进行了时频同步和移动性等研究，制定了一系列的解决方案逐步推进地面网络和卫星网络形成深度融合。从通信市场与业务发展看，大众用户和行业用户对星地融合的天地一体通信需求也越来越强烈。大众用户面向个人移动通信需求不断演进，期待实现无缝覆盖与随时随地接入；行业用户面向应急、交通、海洋覆盖、泛在低空等场景，也需要通过天地一体化的网络提供泛在连接。1.2天地一体化的发展现状海外低轨卫星互联网应用已初具规模。当前以SpaceX、ASTSpaceMobile和Lynk为代表的卫星公司，纷纷部署低轨卫星互联网建设，并积极探索手机直连，与多个国家和地区的移动运营商建立合作伙伴关 3系。SpaceX与美国的T-Mobile、澳大利亚Optus等运营商合作，推出星链直连手机业务；ASTSpaceMobile公司与美国AT&T运营商合作，通过使用BlueWalker3卫星，实现双向语音通话；Lynk已与全球30多个移动通信运营商签订了手机直连卫星服务商业协议。除运营商以外，地面终端产业链也在积极推动卫星应用。苹果公司与GlobalStar合作，为iPhone14系列、15系列提供紧急SOS技术；高通也宣布与铱星合作，为智能手机提供卫星服务。我国尽管是世界第二大在轨有效卫星的拥有国，但低轨通信卫星和国际一流水平尚有差距，处在积极发展、积极追赶的阶段。在卫星星座建设方面，当前已有多家卫星公司提出低轨星座计划；地面运营商积极开展天地一体关键技术研究及技术验证，探索演进方向；终端产业链也在积极寻求卫星通信解决方案，目前华为Mate60系列手机已基于高轨卫星实现卫星短报文/语音业务。1.3应用场景和发展预测借鉴顾客价值定位理论，从市场规模和对卫星的需求刚性两个维度对天地一体各类应用场景进行评估，将其分为浅层型、海量型、深井型、低储量四个类型价值业务。运营商可重点挖掘需求刚性高、市场空间大的深井型和海量型两大类应用场景，在高价值领域打造高品质的天地一体融合通信业务。图1-1天地一体融合业务场景分类1.3.1深井型价值应用场景深井型价值应用场景对卫星通信依赖性较高，属于天地一体融合通信业务的刚需型场景，主要应用场景包括：应急救灾场景应急救灾是最为刚性的应用场景之一。天地一体网络利用空天的独立通信和抗毁能力，不依赖地面通信网络和电力系统而独立工作，在应急救灾领域具有不可替代的独特优势。传统应急救灾场景主要包括为应急部门提供应急通信、灾害预警、救援等。随着低轨星座部署及终端直连技术的发展，应急通信服务对象有望从B端转向C端用户，网络通信容量的不断提升将更好的支持高并发场景的个人应急通信场景实现。2022年全国受灾1.12亿人次，约占总人口的10%，按应急通信服务费和渗透率估算，个人客户应急通信市场规模可达140亿元/年。大型交通工具场景大型交通工具场景主要是在民航客机、远洋游轮、国际列车等交通工具上借助天 4地一体网络的全球无缝覆盖特性，让舱内用户无论在天上、海里、深山中都能随时随地通过WiFi接入享受通信服务，保障用户服务连续性；随着手机直连卫星技术的成熟，实现舱内与地面通信一样的服务体验。数据显示，目前我国民航机载WIFI普及率仅为5%，商业化运营大有可为。2022年底，我国民航飞机架数为4165架，预计到2030年以机载WiFi渗透率和每架飞机流量费估算，机载通信费用规模有望超20亿元/年。再加上远洋游轮、国际列车等卫星通信场景，大型交通工具通信需求有望为运营商带来约百亿级市场增量。海洋覆盖场景海洋覆盖场景将是未来天地一体业务的广阔蓝海市场。当前中远海网络覆盖不足是制约智慧海洋发展的瓶颈，随着天地一体网络的成熟中远海覆盖盲区消弭，智慧海洋应用将加速普及。海洋覆盖场景涉及渔业、能源、旅游、执法、观测等多个垂直行业领域。其中近海旅游、海水养殖、海洋执法多为高并发、大带宽常态连接业务需求，而中远海风电场、油气平台、海上牧场多为基础语音和数据通信需求。在政企端市场空间最大的场景为海洋渔业及海洋能源，据估算ICT信息化市场规模可达百亿级。在个人客户端市场空间较大的场景主要有滨海旅游、渔民、船员通信等，这些领域也有望带来百亿级的市场增长空间。偏远陆地场景偏远陆地覆盖主要针对沙漠、森林、草原、高山等野外无人区域进行补盲，面向野外施工的工人、草原放牧的牧民、喜好户外旅行的深度驴友等对野外通信需求较高的个人用户群体，提供“无所不在”的泛在通信服务。据有关数据测算，目前野外施工人群约500万，牧民约800万，深度驴友