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，逐步進入“全球全域的寬帶互聯(lián)網(wǎng)”時期，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?！吨袊?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)星星座是當前衛(wèi)星通信系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢”，“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，目前正處于發(fā)展初期“。因此，推動衛(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、我國的政策布局

2020年4月，國家發(fā)改委召開例行新聞發(fā)布會，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年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃執(zhí)行情況與2020年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃草案的報告》中提到推進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，擴展通信、導航、遙感等衛(wèi)星應(yīng)用。2021年4月29日，國務(wù)院國資委發(fā)文將組建中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團有限公司，旨在規(guī)劃和研制空間互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星，并發(fā)射了試驗衛(wèi)星;國家還將組建成立“國網(wǎng)”公司，專門負責統(tǒng)籌空間互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的規(guī)劃與運營。

國家政策出臺后，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《上海市推進新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行動方案(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)行動方案(2020-2022年)》，提出“推動衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新、生態(tài)構(gòu)建、運營服務(wù)、應(yīng)用開發(fā)等，推進央企和北京創(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)施重大項目建設(shè)行動方案 (2020-2022年)》，提出“加緊謀劃全球低軌衛(wèi)星移動通信與空間互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，打造全國太空互聯(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)三年行動計劃》，提出要聚焦5G網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星時空信息服務(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、我國的實踐探索

2017年開始，國際電信聯(lián)盟(ITU)、第三代合作伙伴計劃(3GPP)、5G衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)(SaT5G)聯(lián)盟等國際標準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(EuCNC2019)上，SaT5G 聯(lián)盟宣布成功進行了一系列衛(wèi)星的 5G 演示。近年來，我國推動空天地一體化方面也進行了諸多探索。

在低軌互聯(lián)網(wǎng)星座方面，航天科技集團有限公司設(shè)計的“鴻雁星座”由54顆移動星+270顆寬帶星構(gòu)成。航天科工集團有限公司提出的“虹云工程”計劃發(fā)射156顆衛(wèi)星，旨在構(gòu)建我國第一個全球覆蓋的低軌Ka寬帶通信星座系統(tǒng)。銀河航天公司計劃在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、國電高科和時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)展計劃?！疤靻⑿亲庇?8顆低軌衛(wèi)星組成，目前已有7顆衛(wèi)星在軌組網(wǎng)運行并提供衛(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)。我國首個“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，中國移動利用中星16號高軌衛(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、高清視頻點播等業(yè)務(wù)試驗。中國聯(lián)通與航天科工完成國內(nèi)首個“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)進程。

在標準層面，2019年8月，中國通信標準化協(xié)會(CCSA)成立了航天通信技術(shù)工作委員會(TC12)，作為三個工作組之一的“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

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

(一)頻率資源競爭和管理的風險

一是頻率資源競爭的風險。當前5G與衛(wèi)星頻譜資源的爭奪與共享上已經(jīng)十分突出，隨著多個國家都提出了低軌通信衛(wèi)星星座計劃，有限的衛(wèi)星頻率和軌道資源幾乎面臨無限的增長需求，頻率資源競爭的風險不斷增加。

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，但與地面通信的進步速度比起來還是相對遲緩，基于5G的低軌衛(wèi)星通信必須對 5G 部分關(guān)鍵技術(shù)進行適應(yīng)性的改進和針對性的優(yōu)化設(shè)計。

二是天地一體化網(wǎng)絡(luò)復雜程度較高。與傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)相比，空天一體化網(wǎng)絡(luò)涉及多個通信系統(tǒng)，且部分接入節(jié)點具有很強的移動性，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)市場尚處于培育階段，市場需求存在著一定的不確定性。

(四)網(wǎng)絡(luò)安全風險

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著安全風險。

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，能實現(xiàn)無需經(jīng)過境內(nèi)的地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)直接進行通信，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)測確定沒有得到我國落地權(quán)許可的衛(wèi)星星座，在我國實際開展的業(yè)務(wù)運營的情況面臨挑戰(zhàn)。

(五)資金鏈斷裂風險

天地一體化網(wǎng)絡(luò)屬于重資產(chǎn)運營，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)民營衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)對外部融資依賴較大。但在當今衛(wèi)星行業(yè)面臨競爭加劇、運營成本激增與投資周期長、回報收益慢的雙重矛盾中，民營航天企業(yè)的資金鏈存在著斷裂的風險。