编者按:为拓展认知边界,科普中国前沿科技项目推出“未知之境”系列文章,纵览深空、深地、深海等领域突破极限的探索成果。让我们一起走进科学发现之旅,认识令人惊叹的世界。
全球首颗6G架构验证星在2024年2月已经成功入轨,并完成了阶段性的轨道运行,整体状态良好。这颗6G架构验证星由捷龙三号遥三火箭采用一箭九星的方式发射,使用的还是海上发射模式,在广东阳江附近海域点火升空。
同时进入轨道的还有“中国移动01星”,构成了天地一体双星试验系统。“中国移动01星”负责验证5G天地一体演进技术,6G架构验证星负责测试6G星载核心网系统。可以认为,我国卫星通信技术正在不断前进中,为接下来大规模发展低轨卫星通信,以及低轨卫星产业积累了相关技术。
中国移动01星与6G架构验证星发布仪式 (图片来源:中国移动)
以6G架构验证星为代表的移动双星系统测试,主要还是面向低轨卫星与地面移动通信的网络融合,用低轨卫星网络来补充地面移动网络无法覆盖到的偏远地区。
在过去,卫星通信和地面通信是两个不同的方向,随着卫星技术升级和航天发射成本降低,卫星通信开始逐渐与地面通信融合,进而延伸出近几年非常火热的卫星互联网产业。
捷龙三号火箭采用海上发射的模式 (图片来源:新华网)
为什么要开发6G验证星
全球首颗6G架构验证星,也被称为“星核验证星”,即星载核心网系统的简称,该系统使用全球首个6G分布式自治架构设计,由中科院相关机构与中国移动联合研发。
该验证星运行轨道高度约500公里,属于低轨道卫星,这也是当前卫星互联网星座常见的运行高度。低轨卫星由于运行高度低,所以具有延迟低、数据传输速度快等特点。低轨道卫星的高度低、数量大、覆盖面更广,数量大也意味着需要批量生产,成本可以大大降低。
当前我国地面移动通信系统已经能大面积覆盖城市,但对于偏远地区而言,使用低轨星座卫星网络补充,就成了比较有性价比的方案。在此基础上形成的天地一体网络,可以满足偏远山区、海区、荒漠等通信的覆盖。考虑到通信安全,6G架构验证星的设备均基于国产软硬件,自主可控能力较强,在国际上也有竞争力。
中国移动01星进入轨道 (图片来源:中国移动)
在2024年2月的2024年世界移动通信大会上,美英等西方国家达成了6G无线通信系统研发的联合声明,这说明在6G赛道上的竞争已经开始。相比较5G而言,6G的应用场景侧重卫星、低空无人机、航空航天等领域。
中国科学院院士尤肖虎指出,6G能拓展5G的边界,尤其在空地一体网络,卫星通信、无人机等领域。中国信息通信研究院的相关研究也提出:未来中国将发展6G为基础的地面与卫星全连接的庞大通信网络,以实现超大规模连接为目标。目前有关6G的研究处于关键技术突破的阶段,这也是我国研发6G架构验证星的意义所在。
卫星通信的目标之一是手机直连卫星
全球首颗6G架构验证星,也推动了手机直连低轨卫星的技术发展,这是当下商业卫星通信发展的主要目标。在国际上,移动端连接卫星网络可是有着巨大的商业价值。
2022年,爱立信、高通、泰雷兹就联合启动5G太空项目,这三家企业是国际航空航天、通信领域的巨头,代表了美欧在低轨道卫星通信的发展方向之一,试图全面融合开发卫星与地面网络。
爱立信负责地面网络覆盖,高通负责解决移动端与地轨道卫星通信问题,泰雷兹负责打造卫星。他们的策略也是利用低轨道卫星来补充地面网络,从而实现更大范围的覆盖,形成的愿景是个人手机无论处于何处,都可以实现网络高速连接,对于自动驾驶的汽车而言,可以获得稳定的高速网络,在地面基站无法覆盖的地方,卫星能提供高速网络接入。
泰雷兹公司研发的通信卫星 (图片来源:thalesgroup)
这里就存在一个争论的点,到底是否需要地面网络?非地面通信技术强调依靠卫星提供网络接入,但卫星的缺点也非常明显,信号延迟目前看仍然高于地面站所提供的信号,对于无人驾驶、工业互联网,甚至是远程手术之类的产业应用,对延迟非常敏感的终端设备,显然不能完全依靠卫星提供信号。
我们的生活将会有哪些改变
2020年,我国国家发改委将卫星互联网纳入新基建中,2021年,中国卫星网络集团有限公司成立,发挥集中力量办大事的制度优势,加快整合多个单位提出的卫星星座,比如航天科技的鸿雁星座、航天科工的虹云工程等,打造有着全球竞争力的中国星网。
由于低轨道资源本身就紧张,先到先得,全球首颗6G架构验证星的发射,说明我国已经在卫星通信、卫星互联网方面开始发力,与OneWeb等国际卫星通信项目形成竞争。
在手机直连低轨卫星方面,我国在2023年就完成了首次技术验证,未来10年,我国也将建立规模达到2万多颗卫星的低轨网络,覆盖整个地球。
智能驾驶需要高速稳定的网络支持 (图片来源:forbes)
卫星互联网,或者卫星通信与地面网络融合技术,会极大改变我们的生活,比如有智能驾驶的车辆可以获得持续且稳定的网络信号,即便在偏远地区、海岛、灾区等地面网络信号难以覆盖的地方,人们也能通过卫星网络实现高速互联网接入。
5G和6G技术互补式针对性应用,可以有效解决人们日常工作生活、工业工程高速网络使用的问题,对我国居民生活水平的提高,以及工业产业的发展有积极的促进作用。(来源:科技日报)
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