2024年6月18日，3GPP正式宣布R18標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)，將進(jìn)一步推動(dòng)NTN（Non-Terrestrial Network，非地面網(wǎng)絡(luò)）發(fā)展。NTN標(biāo)準(zhǔn)較傳統(tǒng)衛(wèi)星通信體制標(biāo)準(zhǔn)存在顯著優(yōu)勢(shì)，但仍面臨產(chǎn)業(yè)、市場(chǎng)、技術(shù)三方面挑戰(zhàn)。
01 全球衛(wèi)星通信體制標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)演進(jìn)，行業(yè)已進(jìn)入傳統(tǒng)與創(chuàng)新并存
1.衛(wèi)星技術(shù)體制以DVB、GMR為主，但在產(chǎn)業(yè)與技術(shù)方面均存在一定局限性
傳統(tǒng)衛(wèi)星通信標(biāo)體制如DVB和GMR已演進(jìn)多年，是衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的主流標(biāo)準(zhǔn)。DVB（Digital Video Broadcasting）是目前應(yīng)用最廣泛的寬帶衛(wèi)星通信空口體制。當(dāng)前大部分衛(wèi)星通信公司均采用DVB標(biāo)準(zhǔn)，包括SpaceX，中國(guó)衛(wèi)通等。最新一代演進(jìn)的DVB-S2/S2X和DVB-RCS2于2014年發(fā)布，支持部分海事、航空以及應(yīng)急通信場(chǎng)景。GMR（Geostationary Mobile Radio）由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ETSI）提出，通過(guò)GEO衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)。該標(biāo)準(zhǔn)源于地面GSM標(biāo)準(zhǔn)，支持接入GSM核心網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)話音及低碼率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的通信。
衛(wèi)星通信體制定制化特征明顯，限制產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展。Starlink采用寬帶星常用的DVB制式，Inmarsat-P/ICO五代星采用基于DVB-S2的技術(shù)體制。銥星Iridium，海事衛(wèi)星Inmarsat、中國(guó)“天通一號(hào)”等，分別采用GMR-1、GMR-2和類GMR技術(shù)體制，提供窄帶或低數(shù)據(jù)衛(wèi)星通信服務(wù)。此外還有諸多衛(wèi)星不對(duì)外披露技術(shù)體制，可見(jiàn)衛(wèi)星通信體制往往具有一定程度的定制化，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。
傳統(tǒng)衛(wèi)星通信技術(shù)存在系統(tǒng)性問(wèn)題，無(wú)法滿足當(dāng)前衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)需求。DVB為單載波系統(tǒng)，技術(shù)靈活性不足，難以支持海量終端接入的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，且無(wú)法兼容地面網(wǎng)絡(luò)。GMR雖支持接入地面GSM網(wǎng)絡(luò)，但最新一代只演進(jìn)到3G版本，尚不支持接入地面4G、5G網(wǎng)絡(luò)，并且其加密算法的脆弱性導(dǎo)致安全性能較差。兩名中國(guó)安全研究人員曾利用GMR-2密碼的漏洞在幾秒內(nèi)成功解密衛(wèi)星通信內(nèi)容。
2.NTN具有產(chǎn)業(yè)與技術(shù)優(yōu)勢(shì)，潛在市場(chǎng)空間廣闊
為促進(jìn)衛(wèi)星通信與5G技術(shù)的深度融合，3GPP國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織推出NTN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為5G網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星接入提供了全球統(tǒng)一的規(guī)范框架。產(chǎn)業(yè)方面，NTN體制與5G地面蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)兼容，能夠充分復(fù)用 5G 移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)鏈，通過(guò)蜂窩設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)模效應(yīng)拉動(dòng)衛(wèi)星行業(yè)發(fā)展，為未來(lái)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模提供保障。技術(shù)方面，相較DVB和GMR，NTN技術(shù)一方面延續(xù)了3GPP地面協(xié)議的優(yōu)勢(shì)，可支持海量終端接入，另一方面通過(guò)引入時(shí)延補(bǔ)償、頻率補(bǔ)償，顯著提升了頻譜效率，支持的下行峰值速率達(dá)15Mbps。
NTN融合DVB、GMR優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，潛在市場(chǎng)空間遼闊。傳統(tǒng)衛(wèi)星通信標(biāo)準(zhǔn)DVB與GMR所適用的應(yīng)用場(chǎng)景不同，限制了其市場(chǎng)空間的擴(kuò)展。DVB面向?qū)拵ㄐ艠I(yè)務(wù)，主要應(yīng)用于電視廣播、船載通信、機(jī)載通信、車聯(lián)網(wǎng)等場(chǎng)景。GMR側(cè)重于語(yǔ)音和短信等窄帶通信業(yè)務(wù)，主要應(yīng)用于手機(jī)直連衛(wèi)星、物聯(lián)網(wǎng)等場(chǎng)景。而NTN系統(tǒng)帶寬大，可全面覆蓋衛(wèi)星寬帶業(yè)務(wù)和窄帶業(yè)務(wù)，有望替代傳統(tǒng)衛(wèi)星通信體制。據(jù)BISResearch和Markets&Markets預(yù)測(cè)，2028年GMR和DVB（不含廣播）市場(chǎng)規(guī)模分別在70億和120億美元左右，復(fù)合增長(zhǎng)率為28%，而5G NTN市場(chǎng)有望達(dá)到235億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)41%。
圖1：2028年全球衛(wèi)星通信市場(chǎng)規(guī)模
來(lái)源：BISResearch，Markets&Markets
02 NTN發(fā)展面臨三大挑戰(zhàn)
實(shí)際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中，技術(shù)性能并非唯一決定性因素，產(chǎn)業(yè)接受度、技術(shù)部署周期等均有可能在一定程度上限制NTN的規(guī)模發(fā)展。
1.產(chǎn)業(yè)：衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)技術(shù)體制較為封閉，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的NTN接受度有限，或影響其產(chǎn)業(yè)鏈有效整合和場(chǎng)景覆蓋
與全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)一致，我國(guó)傳統(tǒng)衛(wèi)星龍頭企業(yè)，如中國(guó)星網(wǎng)，未來(lái)也計(jì)劃采用“類NTN體制”，而非NTN標(biāo)準(zhǔn)化路線，可見(jiàn)衛(wèi)星行業(yè)龍頭企業(yè)也對(duì)采納NTN等新技術(shù)持謹(jǐn)慎態(tài)度，當(dāng)前全球衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟（GSOA）中宣布加入3GPP NTN衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)發(fā)展計(jì)劃的成員占比不足30%。航天產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)如中國(guó)航天科工集團(tuán)、中國(guó)航天科技集團(tuán)等均未明確表態(tài)支持NTN發(fā)展。此外，廣播電視作為衛(wèi)星收入的最大細(xì)分賽道，也未作出支持NTN路線的明確表態(tài)。航天系與廣電系的技術(shù)選擇，可能會(huì)限制NTN技術(shù)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的規(guī)模化發(fā)展，如仍維持原本的分散體制，將不利于資源整合，提升產(chǎn)業(yè)應(yīng)用成本。
2.市場(chǎng)：NTN規(guī)模商用周期長(zhǎng)，存在被其他技術(shù)制式擠壓市場(chǎng)空間的風(fēng)險(xiǎn)
結(jié)合3GPP R18標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)時(shí)間和全球智能手機(jī)的換機(jī)周期（51個(gè)月），我們預(yù)計(jì)NTN 將在2028年前后實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用，產(chǎn)業(yè)落地周期較長(zhǎng)。綜合全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，不排除DVB等其他技術(shù)將率先搶占市場(chǎng)，形成事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。全球規(guī)模最大的低軌衛(wèi)星星座Starlink（采用DVB制式）預(yù)計(jì)將在2027年完成部署，有望提前搶占衛(wèi)星通信市場(chǎng)。據(jù)摩根斯坦利預(yù)計(jì)1，2030年Starlink總用戶規(guī)模將達(dá)到3071.6萬(wàn)，結(jié)合2030年全球衛(wèi)星用戶總數(shù)約為6000萬(wàn)2，屆時(shí)Satrlink將占據(jù)全球過(guò)半的衛(wèi)星通信市場(chǎng)。
3.技術(shù)：衛(wèi)星通信中的多普勒頻移、傳輸時(shí)延等問(wèn)題對(duì)NTN的協(xié)議設(shè)計(jì)與體制優(yōu)化提出了挑戰(zhàn)
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)正向著高低軌協(xié)同的方向發(fā)展，對(duì)于低軌衛(wèi)星而言，相對(duì)地球表面做高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星會(huì)使通信產(chǎn)生較大的多普勒頻移，在給定 2 GHz 載波頻率的情況下，與運(yùn)行在距地面 600 公里的 LEO 衛(wèi)星進(jìn)行通信的用戶可能會(huì)遇到高達(dá) 48 kHz 的多普勒頻移，對(duì)頻率同步及設(shè)備性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。同時(shí)，由于低軌衛(wèi)星的相對(duì)速度較高，UE駐留在單個(gè)小區(qū)（或點(diǎn)波束）內(nèi)的時(shí)間窗口非常短，波束的快速移動(dòng)、頻繁切換為NTN終端的移動(dòng)性管理帶來(lái)一定挑戰(zhàn)。
03 啟示與展望
為推動(dòng)衛(wèi)星通信行業(yè)與地面通信行業(yè)融合，最大效率發(fā)揮天地一體優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)業(yè)方面，需要通信運(yùn)營(yíng)商、衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商、廣播電視運(yùn)營(yíng)商盡早合作，制定存量業(yè)務(wù)演進(jìn)方案，推動(dòng)星上載荷處理采用NTN的方式，發(fā)揮規(guī)模優(yōu)勢(shì)，打造低成本產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)而推動(dòng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。應(yīng)用方面，建議重點(diǎn)關(guān)注手機(jī)直連、車聯(lián)網(wǎng)兩大場(chǎng)景，發(fā)揮NTN體制兼容語(yǔ)音、數(shù)據(jù)的能力，帶動(dòng)消費(fèi)級(jí)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上量，推動(dòng)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)變現(xiàn)。
注釋
1.Morgan Stanley預(yù)計(jì)，如果只考慮前四大場(chǎng)景（衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)），Starlink總用戶規(guī)模將從24年底的380萬(wàn)增長(zhǎng)到2040年的3200萬(wàn)。如果將第五類場(chǎng)景包含在內(nèi)（手機(jī)直連衛(wèi)星業(yè)務(wù)），Starlink的用戶規(guī)模有望在2040年達(dá)到10億。
2.按照國(guó)際咨詢公司的測(cè)算方式， 衛(wèi)星移動(dòng)通信用戶數(shù)一般取地面移動(dòng)通信系統(tǒng)用戶數(shù)總量的 0.2-1%，取上限計(jì)算，全球衛(wèi)星移動(dòng)通信市場(chǎng)的潛在用戶數(shù)將達(dá)到 6000 萬(wàn)戶。
本文作者
鄒昭
戰(zhàn)略發(fā)展研究所
二級(jí)分析師
碩士，就職于中國(guó)電信研究院，從事通信行業(yè)研究，專注于人工智能及安全戰(zhàn)略研究。
謝林翰
戰(zhàn)略發(fā)展研究所
助理分析師
碩士，主要從事天地一體相關(guān)領(lǐng)域研究。
韓琳
戰(zhàn)略發(fā)展研究所
副主任分析師
碩士，就職于中國(guó)電信研究院，長(zhǎng)期從事天地一體、云網(wǎng)融合相關(guān)技術(shù)及行業(yè)研究，包括網(wǎng)絡(luò)云化、網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放等。
