近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的普及發(fā)展，以及機(jī)載、船載、空間中繼等通信需求的日益增加，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與5G網(wǎng)絡(luò)已開始融合發(fā)展，逐步進(jìn)入“全球全域的寬帶互聯(lián)網(wǎng)”時(shí)期，5G“空天地一體化”將成為未來信息網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展趨勢(shì)。《中國(guó)聯(lián)通空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)白皮書》指出，“大型低軌衛(wèi)星星座是當(dāng)前衛(wèi)星通信系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢(shì)”，“空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)是未來 6G 網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展趨勢(shì)，目前正處于發(fā)展初期“。因此，推動(dòng)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)成熟落地、加快衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與5G網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展成為建設(shè)空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵里程碑。

1、我國(guó)的政策布局

2020年4月，國(guó)家發(fā)改委召開例行新聞發(fā)布會(huì)，首次明確新型基礎(chǔ)設(shè)施的范圍，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)被納入通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的范疇。同年5月，發(fā)改委在《關(guān)于2019年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃執(zhí)行情況與2020年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃草案的報(bào)告》中提到推進(jìn)5G深度應(yīng)用，支持商業(yè)航天發(fā)展，延伸航天產(chǎn)業(yè)鏈條，擴(kuò)展通信、導(dǎo)航、遙感等衛(wèi)星應(yīng)用。2021年4月29日，國(guó)務(wù)院國(guó)資委發(fā)文將組建中國(guó)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司，旨在規(guī)劃和研制空間互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星，并發(fā)射了試驗(yàn)衛(wèi)星;國(guó)家還將組建成立“國(guó)網(wǎng)”公司，專門負(fù)責(zé)統(tǒng)籌空間互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的規(guī)劃與運(yùn)營(yíng)。

國(guó)家政策出臺(tái)后，各地也相繼布局衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈。2020年5月，上海市政府率先發(fā)布《上海市推進(jìn)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行動(dòng)方案(2020-2022年)》，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)被列入行動(dòng)方案。6月，北京市政府發(fā)布《北京市加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行動(dòng)方案(2020-2022年)》，提出“推動(dòng)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新、生態(tài)構(gòu)建、運(yùn)營(yíng)服務(wù)、應(yīng)用開發(fā)等，推進(jìn)央企和北京創(chuàng)新型企業(yè)協(xié)同發(fā)展”。同月，重慶市政府發(fā)布《重慶市新型基礎(chǔ)設(shè)施重大項(xiàng)目建設(shè)行動(dòng)方案 (2020-2022年)》，提出“加緊謀劃全球低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信與空間互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，打造全國(guó)太空互聯(lián)網(wǎng)總部基地和低軌互聯(lián)網(wǎng)小衛(wèi)星星座應(yīng)用示范基地”。同年7月，浙江省政府印發(fā)《浙江省新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)三年行動(dòng)計(jì)劃》，提出要聚焦5G網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星時(shí)空信息服務(wù)設(shè)施等核心領(lǐng)域，構(gòu)筑新一代數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。

2、我國(guó)的實(shí)踐探索

2017年開始，國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)、第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)、5G衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)(SaT5G)聯(lián)盟等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織紛紛開始研究衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與5G的融合問題。在 2019 歐洲網(wǎng)絡(luò)與通信大會(huì)(EuCNC2019)上，SaT5G 聯(lián)盟宣布成功進(jìn)行了一系列衛(wèi)星的 5G 演示。近年來，我國(guó)推動(dòng)空天地一體化方面也進(jìn)行了諸多探索。

在低軌互聯(lián)網(wǎng)星座方面，航天科技集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)的“鴻雁星座”由54顆移動(dòng)星+270顆寬帶星構(gòu)成。航天科工集團(tuán)有限公司提出的“虹云工程”計(jì)劃發(fā)射156顆衛(wèi)星，旨在構(gòu)建我國(guó)第一個(gè)全球覆蓋的低軌Ka寬帶通信星座系統(tǒng)。銀河航天公司計(jì)劃在2023年前完成軌道高度1156km的144顆衛(wèi)星星座建設(shè)。

在低軌物聯(lián)網(wǎng)星座方面，航天科工、九天微星、國(guó)電高科和時(shí)空道宇等公司還提出了各自的物聯(lián)網(wǎng)星座系統(tǒng)發(fā)展計(jì)劃。“天啟星座”由38顆低軌衛(wèi)星組成，目前已有7顆衛(wèi)星在軌組網(wǎng)運(yùn)行并提供衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)，可為全球物聯(lián)網(wǎng)用戶提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)“空天地海一體”的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。我國(guó)首個(gè)“天基物聯(lián)網(wǎng)”被命名為“行云工程”，將通過構(gòu)建由80顆低軌通信小衛(wèi)星的星座系統(tǒng)，形成覆蓋全球的物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)。

在應(yīng)用層面，中國(guó)移動(dòng)利用中星16號(hào)高軌衛(wèi)星成功完成5G SA基站的開通調(diào)試，打通了地面與衛(wèi)星系統(tǒng)的通信流程，成功開展了文件傳輸、視頻通話、高清視頻點(diǎn)播等業(yè)務(wù)試驗(yàn)。中國(guó)聯(lián)通與航天科工完成國(guó)內(nèi)首個(gè)“5G﹢低軌衛(wèi)星”融合網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)演示，并與銀河航天簽署了空天地一體化戰(zhàn)略合作伙伴協(xié)議，加快了空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)進(jìn)程。

在標(biāo)準(zhǔn)層面，2019年8月，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CCSA)成立了航天通信技術(shù)工作委員會(huì)(TC12)，作為三個(gè)工作組之一的“協(xié)同組網(wǎng)通信技術(shù)工作組”研究范圍即為空、天、地多種模式下的協(xié)同組網(wǎng)。

3、面臨的主要困難

目前雖然國(guó)際國(guó)內(nèi)在推動(dòng)天空地一體化信息網(wǎng)絡(luò)中取得了一些進(jìn)展，但總體而言仍然面臨諸多挑戰(zhàn)：

(一)頻率資源競(jìng)爭(zhēng)和管理的風(fēng)險(xiǎn)

一是頻率資源競(jìng)爭(zhēng)的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前5G與衛(wèi)星頻譜資源的爭(zhēng)奪與共享上已經(jīng)十分突出，隨著多個(gè)國(guó)家都提出了低軌通信衛(wèi)星星座計(jì)劃，有限的衛(wèi)星頻率和軌道資源幾乎面臨無限的增長(zhǎng)需求，頻率資源競(jìng)爭(zhēng)的風(fēng)險(xiǎn)不斷增加。

二是衛(wèi)星頻率干擾問題。近幾年提出的 NGSO 衛(wèi)星星座包含數(shù)量龐大的衛(wèi)星并覆蓋全球，使用了與傳統(tǒng)地球同步軌道(GSO)衛(wèi)星相重疊的 Ku 和Ka 頻段。

(二)天地一體化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)復(fù)雜度較大

一是天地網(wǎng)絡(luò)存在代際落差。雖然衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)在這幾年也有較大的發(fā)展，但與地面通信的進(jìn)步速度比起來還是相對(duì)遲緩，基于5G的低軌衛(wèi)星通信必須對(duì) 5G 部分關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行適應(yīng)性的改進(jìn)和針對(duì)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

二是天地一體化網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度較高。與傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)相比，空天一體化網(wǎng)絡(luò)涉及多個(gè)通信系統(tǒng)，且部分接入節(jié)點(diǎn)具有很強(qiáng)的移動(dòng)性，因此在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信設(shè)施與設(shè)備、空口與網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)等方面均提出了更高的要求。

(三)服務(wù)一致性和需求確定性較差

一是天地網(wǎng)絡(luò)服務(wù)一致性較差。終端能力差異、網(wǎng)絡(luò)能力差異、服務(wù)需求差異，導(dǎo)致天地一體化網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力具有異質(zhì)性，對(duì)服務(wù)一致性產(chǎn)生挑戰(zhàn)，使得不同服務(wù)自成體系，互操作困難。

二是網(wǎng)絡(luò)需求的不確定性較大。天空地一體化網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)尚處于培育階段，市場(chǎng)需求存在著一定的不確定性。

(四)網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)

一是天空地一體化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中安全問題突出。在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、密鑰管理、路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全切換、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾矫婷媾R著安全風(fēng)險(xiǎn)。

二是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)跨境的監(jiān)管問題突出。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有天然的跨境覆蓋和全球通信的特性，能實(shí)現(xiàn)無需經(jīng)過境內(nèi)的地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)直接進(jìn)行通信，突破了傳統(tǒng)的地面互聯(lián)網(wǎng)信息監(jiān)管，如何通過衛(wèi)星監(jiān)測(cè)確定沒有得到我國(guó)落地權(quán)許可的衛(wèi)星星座，在我國(guó)實(shí)際開展的業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的情況面臨挑戰(zhàn)。

(五)資金鏈斷裂風(fēng)險(xiǎn)

天地一體化網(wǎng)絡(luò)屬于重資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，前期資金需求量大，衛(wèi)星生產(chǎn)和發(fā)射的成本高昂，發(fā)展初期缺乏自我造血能力，多數(shù)民營(yíng)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)對(duì)外部融資依賴較大。但在當(dāng)今衛(wèi)星行業(yè)面臨競(jìng)爭(zhēng)加劇、運(yùn)營(yíng)成本激增與投資周期長(zhǎng)、回報(bào)收益慢的雙重矛盾中，民營(yíng)航天企業(yè)的資金鏈存在著斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。