5G与物联网卫星的融合通信及应用*
刘善彬，陈达伟，朱斌，王泽林，王光全
（1.中国联合网络通信有限公司研究院，北京 100048；
2.北京电信规划设计院有限公司，北京 100048）
5G 和卫星网络的融合，可以提供无处不在的移动网络接入，为地面5G 网络无法覆盖的场景，如海事、应急、物流、农业、生态环保等提供移动通信服务。物联网卫星系统作为卫星系统的一种，具备卫星制造及发射成本低、工作频率低、终端及模组功率低等优点，与5G 系统融合后可为各行各业提供各类物联网数据互通及短消息泛在通信的服务。
多数的物联网卫星是低轨卫星（LEO，Low Earth Orbit），由于其轨道高度低，更易实现地面终端直连卫星进行通信。3GPP 在R17 中针对IoT NTN（IoT Non-Terrestrial Network，基于非陆地网络的物联网）进行了时间和频率同步增强、非连续覆盖、控制和用户面增强方面的研究，在R18 中针对R17 遗留问题，如禁用HARQ（Hybrid Auto Repeat Request，混合自动重传请求）反馈、GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）长连接时间等问题进行了研究，同时对移动性增强、非连续覆盖增强等技术进行了研究。由于5G 网络与物联网卫星网络在网络结构、通信协议、通信流程等方面存在巨大差异，在现阶段为实现快速融合，业界普遍认为在双网间增加融合通信平台作为中间处理单元，能快速实现两张网络在短消息业务层面的互联互通，为用户提供全球范围内的泛在通信服务。
当前，基于北斗网络，国内已完成直连卫星手机终端的卫星短报文单向通信业务的应用。本文将着重分析5G 与物联网卫星的网络融合技术，为未来包括物联网在内的各类低轨卫星直连终端提供网络基础。
目前我国在轨成熟运营的多为高轨卫星（GEO，Geostationary Earth Orbit）系统，如北斗、天通，因此星地融合技术也多发生在与高轨卫星融合领域，如北斗短报文融合通信系统目前已正式运营。高轨卫星相比低轨卫星而言确实有其覆盖优势，然而也存在传播时延大、终端发射功率大、易受干扰及'南山效应“等劣势。物联网卫星轨道高度多在700～1 500 km，运行周期为2～4 小时，相比于高轨卫星，物联网卫星具有轨道高度低、传输损耗小、时延低、发射功率小等优点，但它需要组网以实现全球覆盖，因而卫星数量多，且组网和控制切换等比较复杂。
物联网卫星通信系统发展的3 个阶段：一是单点数据传输阶段，此阶段的特征是卫星数量较少，...
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