前沿 | 专家说：天地一体5G核心网上星，是下一代通信技术赛点？
大中小导语
天地一体网络作为6G核心愿景之一，是实现全场景泛在接入的重要手段。近期5G-Advanced核心网实验单元搭载宝酝号小卫星成功在轨运行，验证了天地一体场景中新一代5G-Advanced核心网上星的可行性，同时也是在轨构建可重构算力单元的首次探索，为后续6G及算力网络的演进提供了有力支撑。
天地一体网络作为6G核心愿景之一，是实现全场景泛在接入的重要手段。您能跟我们分享一下天地一体网络的重要性体现在哪些方面吗？它在下一代移动网络通信中起到的作用？
邓平科：业界认为6G时代的通信网络将是一个覆盖空、天、地、海泛在连接的网络，因此卫星网络将是6G网络中必不可少的一环。由于融合了卫星网络，6G网络将具备更广的覆盖范围、更大的通信容量、更小的传输时延和更多的用户连接能力，配合6G内生的人工智能、算力网络、大数据和安全等领域的技术，实现更加泛在、智能、可信的移动信息通信服务能力。
相比地面移动通信系统，卫星通信系统具有覆盖范围广、通信容量大、受地形影响小、灵活性高等优点。5G虽然能为用户提供高速率、低延迟、高容量、2B2C多种新业务和垂直应用的通信服务，但受限于地理环境和应用模式，无法保障远洋与陆地边远地区的网络覆盖。在灾害环境中，也无法保障业务的连续性。为突破地形限制，将卫星网络与地面网络融合，形成空天地一体化立体网络，已成为6G技术发展的焦点之一，也是未来网络实现全球无缝覆盖和通信质量确定性保障的必由之路，对运营商来说可能会形成新的赛道。同时也要看到，空天地一体化网络的建设是一个逐步推进、持续完善的长期过程，科学合理的网络体系架构和协议体系设计是我们研究的基础和出发点。
空天地一体化网络的发展经历了哪些阶段？
邓平科：宽带卫星互联网的发展历史可以追溯到上世纪80年代，至今已发展近30年，主要经历了三个阶段。从2014年开始，宽带卫星互联网的发展进入到第三阶段，该阶段以Starlink、OneWeb等计划为代表，定位于与地面通信互补合作、融合发展的宽带互联网时期。如今以宽带互联为主要特征的新一代卫星通信系统已经逐渐发展起来并有加速趋势。
目前国外已公布的大规模星座规划有10余项，已申请频轨的卫星超过5万颗，其中美国最多，俄罗斯、加拿大、法国、印度等国紧随其后。典型低轨卫星计划有美国的Starlink 、OneWeb、Kuiper、法国的LeoSat、加拿大的TeleSat等。我国也紧跟步伐，相继提出了“鸿雁”星座、“虹云”星座，并将“天地一体化信息网络”纳入十三五“科技创新 2030 重大项目”，研究天基网和地面互联网的融合。我国在近期也组建了中国星网公司，从国家层面统筹卫星互联网的发展。
空天地一体化网络发展有哪些关键的技术支撑条件？
邓平科：地面移动通信系统和卫星通信系统发展了数十年，其应用环境和技术体制各不相同。为了实现统一的技术体制下的融合系统，我们需要在一些关键技术方面做深入研究。
（1）移动性管理
低轨卫星是天地一体化网络的重要节点。以500公里轨道高度卫星为例，卫星移动速度高达 7.9km/s，每个卫星波束服务用户的时间可能只有几十秒到几百秒，这将会导致频繁的波束切换。整网用户的频繁切换将会给系统带来无法承受的信令开销，对用户服务的连续性带来极大挑战。因此需要研究星地融合统一的移动性管理方案及切换策略，简化切换流程，降低信令开销，提高切换可靠性。切换的场景包括相同卫星的星内波束切换、不同卫星的星间波束切换或多连接情况下不同星地通信系统之间的切换等
（2）星座高效组网机制
在未来空天地一体化网络中，卫星数量有上千颗甚至数万颗，会在地面形成多重覆盖的场景，不同卫星之间传输的数据，会形成相互干扰，进而影响系统的能量效率和频谱效率。这就需要多星协作或星地协作下的高效组网机制，以减少多重覆盖下的干扰问题，提升系统的资源效率。此外，未来的卫星将承载地面基站及核心网的部分或全部功能，数据的处理可以在卫星侧开展，这样可以减少对地面的依赖，缩短调度的时延，为一体化通信的实现提供了更加有利的条件。
（3）星座智能管理
天地一体化网络是一个多层次的异构网络，网络节点多，网络拓扑时变。引入智能化可以灵活地规划和改变网络的拓扑结构，实现网络拓扑结构的按需部署和优化，从而使网络能够自我管理、自我优化、自我演进；更加合理地调度网络的软硬件资源，实现网络和算力的高效利用；提升整个网络的性能，能够自主感知学习网络环境的特性和变化，智能地决策卫星网的路由策略，从而保证端到端的服务质量。
在面向天地一体的轻量级、可上星核心网方面，5G-Advanced核心网星载实验单元克服了哪些技术难点，并取得哪些技术创新和突破？
邓平科：星载5G-A核心网项目构建并验证卫星通信系统和5G-A核心网系统的融合网络架构，使核心网的部分和全部网元能够上星运行。星载5G-A核心网可以采用轻量化设计，使其能够部署在资源受限的小卫星平台上。
本系统克服了以下技术难点：
针对上星应用场景，对5G-A核心网进行网元功能裁剪与优化。基于网元轻量化处理技术，针对注册流程和会话流程相关功能进行网元重设计。
设计了一种面向星地融合通信的核心网协同机制。通过重新设计的交互层，实现了星载核心网与地面5G-A核心网的互联互通和协同工作。
本系统的关键创新点包括：
轻量化快速部署。星载5G-A核心网基于算网融合的理论与方法，实现了轻量级核心网的快速在轨部署。
天地协同控制。星载5G-A核心网将轻量级核心网实际部署到卫星平台上，并将卫星并入整个通信网络，从而为实现万物互联、泛在覆盖的技术应用提供了有力的技术支撑。
在轨软件定义。星载5G-A核心网支持在卫星平台上软件定义，具有较强的灵活性，符合快速可靠通信的技术要求。在5G-A到6G的长期演进中，可以根据场景需求进行星上功能定制。
能介绍一下空天地一体化的标准推进情况，以及我们前期取得的成果吗？
邓平科：随着 5G 网络技术的日益成熟，卫星与5G网络的融合也引起了许多人的关注， 包括3GPP和ITU等国际组织成立了相应的工作组开展星地融合的标准化研究，3GPP在R17正式发布首个基于5G卫星网络的架构(NTN)，提出了卫星与地面网络之间的管理要求，并在R18提出了5G卫星网络的立项。ITU-T也在IMT-2020及未来网络的新研究周期中，通过设立固定、移动、卫星融合课题组等方式，持续推动星地网络融合的标准体系。中国通信标准化协会（CCSA）也于2019年成立了航天通信技术工作委员会开展星地一体化的研究工作。这些工作为面向6G的空天地一体化融合研究奠定了技术基础。
中国移动项目团队在ITU-T SG13牵头完成了固定、移动、卫星融合标准体系的构建，形成包含15项标准的全球首个天地一体国际标准体系，并第一牵头其中8项标准。2021年牵头发布ITU首个天地一体标准《固定、移动、卫星融合-IMT-2020及未来网络需求》，牵头完成5项天地一体标准立项，包括《IMT-2020及未来网络的固定、移动、卫星融合业务连续性》、《IMT-2020及未来网络的固定、移动、卫星融合能力开放》、《发展中国家的卫星通信用例》、《IMT-2020及未来网络的固定、移动、卫星融合流量调度的需求和框架》、《固移卫融合IMT-2020及未来支持算力网络的协议》，将天地一体的标准化领域从核心网扩展到IP网络、算力网络。
您能谈谈，在天地一体网络技术领域，咱们的布局思路吗？
邓平科：下一步，中国移动研究院将联合高校、研究所和设备厂商等多家单位开展面向5G-A和6G的星地协同和星地融合试验，打通卫星和地面网络之间的链路；开展语音、视频、数据、切片、算力调度等业务测试，进一步的验证天地一体化的网络架构、关键技术及时延等关键指标；探索泛在接入、天地一体、算网融合、智能敏捷、绿色低碳、安全可控的智能化数字信息基础设施建设，为5G-A、6G、算力网络等发展提供技术支撑。
