1G到5G，通讯体验改变有多大？下一代通讯技能“剧透”

从1G到5G，移动通讯技能历经约40年的进展，最终从办事于人走向办事于行业，赋能经济社会数字化转型。在5G探究日渐取得明显结果的底子上，6G也正式提上日程。业界猜测，到2030年左右，6G商用也将开启，环球将迈入6G期间。下一代6G通讯技能将是一种空、天、地、海泛在的移动通讯网络，而卫星通讯在此中饰演偏重要脚色，列国纷纷加速太空计谋资源摆设。

既要实事求是（5G），也要瞻仰星空（6G）。在5G方才商用、方兴未艾之际，开启6G研究适逢当时，由于从开始研究到新一代通讯技能贸易化，通常必要10年左右的时间。今日，「哈工创投」带您相识6G和卫星互联网的结构与进展，聚焦“空天一体化” - 下一代通讯技能的样子容貌。

通讯技能 - 每10年一次的巨变

移动通讯技能推动着信息技能财产的快速进展，改进了人们的生存程度，促进了社会的进展和繁荣。从上世纪80年月开始，移动通讯技能每近十年就会显现一次新的厘革。

▲ 移动通讯技能从 从 1G 向 5G 演进

1G 即第一代移动通讯技能，因此模仿技能为底子的蜂窝无线德律风体系。劈头于20 世纪 80 年月，完成于 20 世纪 90 年月，重要采纳的是模仿调制技能与频分多址接入（FDMA）技能，这种技能的重要缺点是频谱使用率低，信令滋扰话音营业。

1G期间，频分多址（FDMA ）是一种最根本的多址接入方法。FDMA 以载波频率来分别信道，每个信道占用一个载频，相邻载频之间应餍足传输带宽的要求。在模仿移动通讯中频分多址是最常用的多址方法，每个载频之间的隔断为 30kHz 或 25kHz。在FDMA 技能下，差别的用户据有差别的频段，从而幸免了相互滋扰，实现了区分。

2G 即第二代移动通讯技能，重要采纳数字的时分多址（TDMA ）和码分多址（CDMA ）技能。在 2G 技能下，无法直接传送如电子邮件、软件等资讯；只具有通话、和一些如时间日期等传送的手机通讯技能规格。不外手机短信 SMS（Shortmessage service）在 2G 的某些规格中可以或许被实行。

第二代移动通讯数字无线尺度重要有：欧洲的 GSM 和美国高通公司推出的 IS-95CDMA 等，我国重要采纳 GSM，美国、韩国重要采纳 CDMA。

3G 即第三代移动通讯技能，其最根本的特性是智能信号处置惩罚技能。智能信号处置惩罚单位将成为根本功效模块，支持话音和多媒体数据通讯，它可以提供前两代产物不克不及提供的种种宽带信息营业，比方高速数据、慢速图像与电视图像等。

3G 体系的通讯尺度共有 WCDMA ，CDMA2000 和 和 TD-SCDMA 三大分支。在中国，中国移动采纳 TD-SCDMA，中国电信采纳 CDMA2000，中国联通采纳 WCDMA。

▲3G通讯尺度

4G 即第四代移动通讯技能，重要因此正交 频分复用（OFDM ）为技能焦点。4G技能是集 3G 与 WLAN 于一体并可以或许传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清楚度电视平分秋色的技能产物。

正交频分复用（OFDM ）是一种无线情况下的高速传输技能。OFDM 技能的特点是网络布局高度可扩展，具有精良的抗噪声性能和抗多信道滋扰本领，可以提供无线数据技能质量更高（速率高、时延小）的办事和更好的性能代价比，能为 4G 无线网提供更好的方案。

5G 是最新一代蜂窝移动通讯技能。5G 并不是独立的、全新的无线接入技能，而是对现有无线接入技能的技能演进以及一些新增的增补性无线接入技能集成后办理方案的总称。

▲5G 移动通讯存在三大要害技能

卫星互联网，5G中后期新技能

卫星互联网是一种 基于卫星通讯的互联网 ，可实现多地球站间通讯。卫星互联网是指基于卫星通讯技能，通过放射特定命量卫星形陈规模组网，向地面和空中终端提供宽带互联网接入等通讯办事的新型网络。

▲卫星通讯道理

卫星互联网的进展存在三个阶段：

1、与地面通讯网络竞争阶段，提供语音、低速数据、物联网等办事。随着地面通讯体系的快速进展，卫星通讯体系在通讯质量和资费代价等方面缓缓处于劣势，在竞争中落败。

2、对地面通讯网络增补阶段，以新铱星、环球星和轨道通讯公司为代表，对地面通讯体系举行增补和延伸。

3、与地面通讯网络融合阶段，以 OneWeb、SpaceX 等为代表的公司正在主导新型卫星互联网星座设置装备摆设，卫星事情频段渐渐进步，卫星互联网设置装备摆设渐渐步入宽带互联网时期。

▲卫星互联网进展阶段

卫星根据轨道高度重要分为低、中、高轨三大类。此中，低轨卫星拥有传输时延小、链路消耗低、放射机动等上风，卫星互联网营业的主流实现方法。

▲卫星分类

详细来说，低轨卫星体系有以下两大上风：

1、可实现环球互联网无缝链接办事。传统高轨同步轨道卫星设置装备摆设本钱高，存在通讯盲区，时延伸且带宽有限，已无法餍足环球海量互联的容量需求。相比之下，低轨卫星体系传输时延更低，可靠性更高，消耗较高轨低 29.5dB，可以或许实现环球互联网无缝链接办事。

▲低轨卫星上风

2、低轨卫星通讯焦点应用场景包罗 偏远地域通讯、海洋作业及科考宽带、航空宽带和灾祸应急通讯 等。此中，偏远地域应用市场重要包罗卫星德律风、互联网电视和卫星宽带；海洋作业及科考应用市场包罗卫星定位和海事卫星德律风；航空应用市场重要为机载 Wifi；灾备应用市场包罗应急呼唤、数据爱护与规复和异地灾备体系等。

▲低轨卫星通讯焦点应用场景

比年来，OneWeb、SpaceX 等公司的主导下，卫星互联网行业走上了快速进展期。从2014年起，我国针对该行业出台了一系列步伐，积极推进卫星应用财产和贸易卫星进展。格外是，国度发改委于 2020 年 4 月 20 日初次明白了“新基建”范畴，包罗信息底子办法、融合底子办法和创新底子办法三个方面。此中，信息底子办法重要是指基于新一代信息技能演化天生的底子办法，包罗 5G、物联网、产业互联网和卫星互联网等。卫星互联网在国度层面初次被纳入通讯网络底子办法领域。

▲我国卫星互联网财产政策

国内多家企业已开始积极结构卫星互联网财产。“十三五”时期，以中国航天科技和中国航天科工为主的两大央企分别提出了“鸿雁星座”和“虹云工程”低轨卫星互联网打算，并放射了试验卫星。此中，“鸿雁”星座是国内首套环球低轨卫星移动通讯与空间互联网体系，可在环球范畴内实现宽带和窄带联合，为用户提供及时双向通讯。

“虹云工程”星座则致力于餍足环球移动互联网的高速接入需求，由 156 颗低轨卫星构成，每颗卫星最大支持速率为 4Gbps。现在，国内多家企业已经开始积极结构卫星互联网财产，随着打算渐渐启动，我国卫星互联网财产有望迎来快速进展。

卫星互联网财产链分为 卫星制造、卫星放射、地面设置装备摆设、卫星运营及办事四个部门。此中，卫星制造分为卫星平台和卫星载荷；卫星放射包罗火箭制造和放射办事；地面设置装备摆设包罗牢固地面站、移动站和用户终端；卫星运营及办事包罗卫星移动通讯办事、宽带广播办事和卫星牢固办事。依据赛迪智库测算，估计到 2030 年，中国卫星互联网团体市场范围可达千亿。

▲卫星互联网财产链

估计 2023 年我国低轨卫星互联网卫星制造关键将迎来投资岑岭。2020 年是卫星互联网元年，依据将来智库数据，估计 2023 年左右我国低轨卫星互联网卫星制造关键投资范围将迎来岑岭。

▲我国低轨卫星互联网卫星制造投资范围估计将在 2023 年迎来岑岭

依据《2018 年中国贸易航天财产投资陈诉》数据表现，估计到 2025 年前我国将放射约 3100 颗贸易卫星，单颗卫星制造本钱为 429 万美元，而 StarLink 和亚马逊单颗卫星的制造本钱仅为 50万和 100 万美元。比拟来看，我国卫星制造本钱仍有进一步优化空间，将来卫星制造企业有望提拔其毛利率和竞争力，或将连续受益。

本钱的低落可以从以下四个部门入手：

火箭接纳技能。火箭接纳技能，是指火箭放射后接纳并重复利用的技能，可实现资源的接纳使用，进步火箭的重复使用率，低落本钱。据 SpaceX 官网表现，其“猎鹰 9 号”火箭第一次放射时的报价为 6198 万美元，第 13 次放射时报价仅为 288 万美元，为初次报价的 4.65%，大幅低落了放射本钱。

“一箭多星” 。卫星放射关键重要包罗火箭制造以及放射办事。火箭制造包罗推进体系、箭体制造、遥测体系、发动机制造、制导和操纵体系、宁静自毁体系和其他组件；放射办事包罗火箭操纵体系、逃逸体系、放射及遥测体系和放射场设置装备摆设。比年来，我国火箭放射技能实现显着突破，“一箭多星”、火箭接纳使用等技能直接推动了放射本钱的低落。

“天地一体化+ 贸易运营”新模式。“十三五”时期，我鼎祚载火箭技能研究院研制的火箭先后为老挝和白俄罗斯等国提供国际贸易放射办事。2015 年，火箭院在老挝一号广播通讯卫星项目中首创“天地一体化+贸易运营”新模式，拓展了国际贸易放射市场新思绪，加强了长征系列运载火箭的国际竞争力。

运营办事是卫星财产代价链中占比最高的关键，通讯卫星运营是紧张构成。随着技能前进、市场需求增进和贸易化水平的提拔，卫星在通讯、景象、遥感、广播、导航等范畴均发挥紧张作用，应用范畴不停富厚。

依据美国卫星财产协会统计数据表现，2018 年环球卫星财产总收入为 2774 亿美元，同比增进 3.3%；卫星办事实现收入 1265 亿美元，占卫星财产收入的 45.6%。此中，通讯卫星运营是卫星办事业的紧张构成，包罗卫星广播、卫星牢固、和卫星移动办事等。

▲2018年环球卫星总收入，数据泉源：美国卫星财产协会（SIA）

斗极三号体系全面建成，推动财产再上新台阶。2020 年 7 月，斗极三号环球卫星导航体系正式开通，我国成为天下上第三个独立拥有环球卫星导航体系的国度。随着该体系全面建成，我国卫星导航与位置办事财产将步入恒久稳健增进阶段，依据中国卫星导航定位协会此前公布的《2020 中国卫星导航与位置办事财产进展白皮书》数据表现，2019 年我国卫星导航与位置办事财产总体产值达 3450 亿元，将来有望形成数万亿范围的时空信息办事新市场。

现在，国度正积极推进“新基建”进展计谋，而基于斗极精定时空技能的应用，正是新型底子办法设置装备摆设迈向数字化、智能化，实现升级改革不行或缺的紧张抓手，将成为推进卫星导航与位置办事财产进展的紧张气力。

▲斗极环球卫星导航体系全面建成，性能进一步提拔

星链打算

星链（Starlink ）打算是 SpaceX 于 2015 年推出的为环球用户提供高速快捷卫星网络通讯的打算，现在已放射 1205 颗“星链”卫星。2015 年，SpaceX 公司提出StarLink 打算，使用大量低轨高通量卫星构成星座，为环球用户提供高速快捷的网络通讯。依据 SpaceX 官网信息，美国东部时间 2021 年 3 月 4 日上午，SpaceX 将新一批 60 颗 Starlink 互联网卫星送入轨道，此次放射使已放射 Starlink 卫星总数到达 1205颗。

▲星链打算现在已放射 1205 颗“星链”卫星

▲Starlink 具有低延时、易于设置和分身偏远地域三大上风

Starlink 分三步实现环球组网，共放射约 1.2 。万颗卫星。StarLink 打算分为三步：

1、放射 1600 颗低轨近地卫星实现开端笼罩，漫衍 32 条轨道，每条轨道 50 颗卫星；

2、分四组共放射 2825 颗卫星实现环球组网，每组轨道数和轨道倾角有所差别；

3、放射 7518 颗卫星构成低轨星座。此中，前两步卫星事情频率在传统的 Ka、Ku 波段，第三步在频率 40GHz 到 75GHz 的 V 波段。

作为马斯克旗下的一部门，星链打算和 Tesla 主动驾驶汽车可形成协同作用。车辆的车载设置装备摆设通过无线通讯技能，在车辆运行时不但可以或许为车与车之间的间隔提供保障，还可以关心车主及时导航，进步交通运行服从。Tesla 利用 Starlink 办事，一方面可将卫星吸收器添加到Tesla 车辆中，使每种 Tesla 车型都可直连续接到 Starlink 网络，另一方面 Tesla 可通过 Starlink，将无线软件更新推送到其全部车辆。

星链打算应用于长途医疗，关心土著部完工员举行医疗保健办事。长途医疗是指依托盘算机技能和遥感、遥测、遥控技能，发挥大病院或专科医疗中间的医疗技能和医疗设置装备摆设上风，对医疗条件较差的偏远地域、海岛或舰船上的伤病员举行远间隔诊断、治疗和咨询，不但可以低落输送病人的时间和本钱，还可以使大夫突破地理范畴的限定，共享病人病历，诊断照片。2020 年 12 月，SpaceX 与加拿大 FSET 信息技能公司互助，将 Starlink 互联网办事带入土著部落。现在，其 3000 名成员已经可以或许享受医疗保健办事等各项内容。

星链打算助力 VR 。高清直播。VR 是一种可以或许创建和体验假造天下的盘算机仿真体系，它使用盘算机天生模仿情况，利用户沉醉此中，具有沉醉性、交互性、和自主性等特性。2018 年 9 月，SpaceX 公布日本亿万大亨企业家前泽友作成为 SpaceX 绕月飞行使命的第一位付费搭客。该打算估计于 2023 年实行，路程将举行高清 VR 直播，SpaceX 会利用星链打算的中继卫星来处置惩罚月球远真个通讯去世角。

星链打算可将云盘算推向太空。云盘算是基于互联网，将共享的软硬件资源和信息按需提提供盘算机和其他设置装备摆设的盘算方法。此中，提供资源的网络被称为“云”。2020 年 10 月，微软公布推出 Azure Space 云盘算平台，该平台与 Starlink 互助，将为 Azure 模块化数据中间提供高速、低延时的卫星宽带。机动的卫星通讯加上 Azure提供的高性能盘算、呆板进修和数据阐发本领，有助于进一步餍足客户需求。

6G期间空天一体化

随着大数据社会的连续演进和遍及化 ，频谱资源在不停的淘汰，然而数据容量要求被不停的进步 ， 越发先辈的通讯技能正在渐渐的被提上日程。2019 年工信部建立了 6G 研究组，名叫 IMT-2030 推进组，推动 6G 相干事情。同年 4 月，奥卢大学举行了天下首个 6G 峰会，主题为“为 6G 的到来摊平门路”。峰会中各方团体瞻望将来，更有媒体声称美国将跳过 5G 与中国在 6G 上睁开竞争。6G 的综合性能也预期将是 5G 的 10-100 倍，各种技能指标也将进一步进步：空口耽误低于 0.1ms、 网络深度到笼罩率到达 100%、 毫米级感知定位 、 功耗大幅度低落 、传输带宽将到达千G级 、 毗连设置装备摆设密度到达每立方米数百个。

▲天下列国的6G研究希望

6G 的应用场景基于 5G 但是越发宽阔：空中高速上彀（逾越 5G 的广笼罩，实现 100%深度笼罩，空天地皆可上彀）、 全息通讯（以越发传神的视觉、触觉和嗅觉等多维感官数据还原和赋能假造天下的真三维表现本领）、 进阶智能产业（实现毫米级定位，深度参加产业制造中，实现产业互联网更先辈的办理方案）、 人体智能孪生（通过很多的人体传感器对人体紧张器官和各体系实实际时监控，实现人体数据在假造天下的孪生）、 智能移动载人平台（智能车联网的进阶，将汽车，各种飞行器，巡舰等各种载人东西组网）等方面，现在 6G 技能的趋向在于超维度天线技能、天地大融合技能和太赫兹波段等方面。

天地大融合技能通过创建弹性可重构的网络架构、高效的天基盘算、空天地同一的资源管控机制、高效机动的移动性治理与路由机制，举行天地的智能频谱共享、极简极智接入、多波束协同传输和同一的波形、多址、编码等设计。将来用户只需携带一部终端，便能实现环球无缝周游和无感知切换。

空天地一体化网络设置装备摆设对我国具有庞大意义。空天地一体化网络通过提供全时空信息一连支持本领，实现“一带一起”周边地区笼罩以及“四海双方两洋”笼罩，餍足陆上紧张经济带、外洋热门地区等信息办事的需求。快速进展空天地一体化网络技能，形成美满网络体系，有利于占据空天技能制高点，抢占资源和技能的先机。现在，进展空天地一体化信息网络已成为 6G 共鸣，并以为技能融合必要在 5G 期间起步实践，在 6G 期间全面实现。

空天地一体化网络可在多种营业场景发挥紧张作用。对付情况监测、丛林防火、无人机巡检、远洋集装箱信息网络等具有海量毗连的通讯营业场景，空天地一体化网络可有用扩大笼罩范畴，餍足更大毗连和更低功耗的需求。针对探险运动中职员产生身材特别，通过广笼罩的空天地一体化网络可以关照就近医疗照顾护士职员，将大量人体数字孪生数据同步给长途会诊的高级医疗职员。别的，车联网营业要求在较大范畴内实现高可靠、低时延通讯，使用空天地网络的广域笼罩性可餍足百千米范畴内车辆和路测体系的信息传输需求和及时通讯。

▲空天地一体化融合营业涉及范畴浩繁

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