6G网络中的卫星通信.pdf
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1、中国卫星应用大会6G网络中的卫星通信Satellite Communications in 6G Network吴晓文2020年10月PAGE 1目录国际6G现状0103卫星与5G的融合026G的需求和愿景046G卫星通信关键技术PAGE 2目录国际6G现状0103卫星与5G的融合026G的需求和愿景046G卫星通信关键技术PAGE 35G网络无法实现“全球全域”、“万物互联”5G 仍以基站为中心覆盖全球人口分布密集区域(约占全球的5%),约有80%以上的陆地区域和 95%以上的海洋区域无地面移动网络信号。在基站所未覆盖的沙漠、无人区、海洋等区域内将形成通信盲区 更大的连接数密度、更大的传输带
2、宽、更低的端到端时延、更高的可靠性和确定性以及更智能化的网络特性,是移动通信网络与垂直行业融合应用得以快速推广和长远发展的必然需要。5G的通信对象集中在陆地地表10km以内高度的有限空间范围,无法实现“空天海地”无缝覆盖的通信愿景。现状问题与需求方案更全面更先进的6G移动通信PAGE 46G将有效弥补5G不足,满足需求 6G将向数字化和全连接的方向发展,真正实现随遇接入,万物互联。全新频谱、颠覆性的技术、无小区网络、网络虚拟化、高能效和人工智能将成为6G驱动力和主要特征。PAGE 5ITU已启动6G研究 2020年2月,ITU正式启动面向2030及6G的研究工作;ITU-T 2030网络技术焦
3、点组(FG NET-2030),旨在探索面向2030年及以后的新兴ICT部门网络需求,包括:新的媒体数据传输技术 新的网络服务和应用及其使能技术 新的网络架构及其演进 根据ITU-T 2030网络焦点组提出的6G网络三个目标,明确了6G将包含卫星网络。面向2030网络的机会和挑战潜在价值移动互联网带来了视频时代eMBB/uRLLC/mMTC保障了新服务&垂直行业解决互联网连接的主要缺点依靠现有僵化的网络技术过时新兴全息PAGE 6ITU提出6G将融合卫星网络6G网络三个目标甚大容量与极小距离通信(VLC&TIC)无间隔的VR/AR体验全息网络高吞吐量(Tbps)全息传送数字感知模拟/非量化的通
4、信协同流媒体超越尽力而为与高精度通信(VLC&TIC)高精度通信 无损网络 吞吐量保证 时延保证 及时保证 准时保证 协同保证用户-网络接口融合多类通信(ManyNet)因特网规模的专用网络多接入边缘计算专用网络/特殊用途网络密集网络网络-网络接口运营商-运营商接口PAGE 7全球已掀起6G研究热潮美国中国日本韩国芬兰 6G进入多国创新战略,成为大国科技博弈高精尖领域;中、美、日、韩、欧洲等纷纷启动6G研究;目前6G正处于“场景挖掘”和“技术寻找”阶段。芬兰奥鲁大学韩国三星中国东南大学中国电子科技大学中国北京邮电大学日本NTT DoCoMoPAGE 86G研发上升为国家战略-美国美国ATIS于
5、2020年5月发布6G报告,欲将美国确立为6G理念、开发、采用和快速商业化的全球领导者。很明显,这是属于未来的东西,我希望美国可以通过竞争取胜,而不是通过封杀现阶段更为先进的技术,我们必须在任何方面都要做领导者,特别是令人兴奋的技术方面。我希望5G,甚至6G技术可以在美国尽快实现。它比现有的标准更加强大,速度更快,而且更智能。美国公民必须努力奋斗,不然就要掉队了。我们没有理由在这种很明显属于未来的东西方面落后PAGE 96G研发上升为国家战略-中国 中国于2019年11月成立国家6G技术研发推进工作组和总体专家组,正式启动6G技术研发,科技部等单位启动了对6G关键技术开展研究的相关项目。6G研
6、发符合习主席提出的四个面向,特别是“面向世界科技前沿”、“面向国家重大需求”。四个面向两个更加2020年9月11日,中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平在京主持召开科学家座谈会并发表重要讲话,就“十四五”时期我国科技事业发展听取意见,强调“四个面向”,指出“两个更加”。PAGE 10目录国际6G现状0103卫星与5G的融合026G的需求和愿景046G卫星通信关键技术PAGE 116G愿景:打通虚实空间泛在智联的统一网络接入方式6G将包含多样化的接入网,如移动蜂窝、卫星通信、无人机通信、水声通信、可见光通信等多种接入方式。覆盖范围6G愿景下将构建跨地域、跨空域、跨海域的空天海地一体化网络
7、,实现真正意义上的全球无缝覆盖。性能指标6G无论是传输速率、端到端时延、可靠性、连接数密度、频谱效率、网络能效等方面都会有大的提升,从而满足各种垂直行业多样化的网络需求。智能化程度6G愿景下网络和用户将作为统一整体,AI在赋能6G网络的同时,更重要的是深入挖掘用户的智能需求,每个用户都将通过AI助理(AIA,AI assistant)提升用户体验。服务边界6G的服务对象将从物理世界的人、机、物拓展至虚拟世界的境,通过物理世界和虚拟世界的连接,实现人机物境的协作,满足人类精神和物质的全方位需求。PAGE 126G愿景:打通虚实空间泛在智联的统一网络PAGE 13陆地6G网络指标预测指标6G5G6
8、G提升效率速率指标峰值速率:100Gbps-1Tbps用户体验速率:10Gbps-100Gbps峰值速率:10Gbps-20Gbps用户体验速率:0.1Gbps-1Gbps10-100倍时延指标0.1ms,接近实时处理海量数据时延1ms10倍流量密度100-10000Tbps/平方公里10Tbps/平方公里10-1000倍连接数密度最大连接密度可达1亿个连接/平方公里100万个/平方公里100倍定位能力室外1米,室内10厘米室外十米,室内几米甚至1米以下10倍频谱支持能力常用载波带宽可达20GHz,多波载聚合可能实现100GHzSub-6G常载波带宽可达100MHz,多载波聚合可能实现200M
9、Hz;毫米波频段常载波带宽可达400MHz,多载波聚合可能实现800MHz50-100倍网络能效可达到200bits/J可达到100bits/J2倍PAGE 14陆地6G网络指标预测用户体验速率(Gbps)峰值数据速率(Gbps)可靠性连接密度(装置/km2)空口时延(ms)频谱效率能量效率11,00010-710710610.12x2x10-610-5100201x1x0.16G5GPAGE 156G卫星关键指标预测地面:10100Gbps卫星:1Gbps地面:0.1ms卫星:10ms5G:地面覆盖,2D网6G:全球全域,3D网网络形态用户速率通信时延5G:3大类型6G:5大类型应用场景EL
10、PC极低功率通信植入式生物纳米互联网FeMBB未来增强移动宽带ERLLC(eURLLC)极可靠低延时通信umMTC超大规模机器类通信LDHMC广覆盖高延时高移动性通信网络能效100 x空口时延地面10-100s 卫星 10ms全感官感知和实现UHD/SHD/EHD视频全息垂直行业全息社会触觉互联网全自动驾驶工业互联网IoE高速超高速AI赋能PAGE 16目录国际6G现状0103卫星与5G的融合026G的需求和愿景046G卫星通信关键技术PAGE 17卫星通信技术发展趋势020406080100010000001G2040608010010002G3G4G5G6G资费/元速率/Mbps020海事
11、卫星10资费/万元速率/Mbps铱星卫星传统C波段传统Ku波段HTS LEO星座0陆地移动通信发展卫星通信发展4020803010040100050L波段卫星S波段卫星传统C波段卫星传统Ku波段卫星高通量卫星卫星星座卫星通信发展地面移动通信发展1G2G3G4G5G6G0 中国航天科技“鸿雁”计划 航天科工集团“虹云工程”卫星物联网“行云工程”天地一体化信息通信网络 国网卫星星座 SpaceX 星链计划:42000颗星 OneWeb星座互联网:4800颗星 亚马逊Kuiper星座:3236颗卫星 Facebook卫星星座Athena卫星通信的发展趋势:GEO高通量卫星、LEO/MEO卫星星座卫星
12、星座计划GEO卫星发展趋势GEO高通量卫星:采用点波束,频率复用率高,卫星容量大大增加PAGE 183GPP、ITU、SaT5G的研究情况PAGE 19ITU提出的卫星与5G融合应用场景主要为偏远或者地面通信难以到达的地方提供通信服务卫星可以为无线塔、接入点和云提供高速多播回传通信服务为移动用户包括飞机、火车、轮船和车辆等提供直接或补充通信连接服务能作为地面宽带的补充,为一个区域例如家庭或办公区域提供多播服务。多播内容包括视频、高清电视和非视频类内容。中继到站小区回传动中通混合多播PAGE 20SaT5G确定的卫星融入5G使用情形边缘交付&多媒体内容和NFV软件减负5G 楼宇覆盖5G固定回传5
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- 网络 中的 卫星通信
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