邹昭 谢林翰 韩琳 天翼智库
2024年6月18日，3GPP正式宣布R18标准冻结，将进一步推动NTN（Non-Terrestrial Network，非地面网络）发展。NTN标准较传统卫星通信体制标准存在显著优势，但仍面临产业、市场、技术三方面挑战。
全球卫星通信体制标准持续演进，行业已进入传统与创新并存
1.卫星技术体制以DVB、GMR为主，但在产业与技术方面均存在一定局限性
传统卫星通信标体制如DVB和GMR已演进多年，是卫星通信产业的主流标准。DVB（Digital Video Broadcasting）是目前应用最广泛的宽带卫星通信空口体制。当前大部分卫星通信企业均采用DVB标准，包括SpaceX，中国卫通等。最新一代演进的DVB-S2/S2X和DVB-RCS2于2014年发布，支撑部分海事、航空以及应急通信场景。GMR（Geostationary Mobile Radio）由欧洲电信标准学会（ETSI）提出，通过GEO卫星实现移动卫星业务。该标准源于地面GSM标准，支撑接入GSM核心网，可以实现话音及低码率数据业务的通信。
卫星通信体制定制化特征明显，限制产业规模发展。Starlink采用宽带星常用的DVB制式，Inmarsat-P/ICO五代星采用基于DVB-S2的技术体制。铱星Iridium，海事卫星Inmarsat、中国“天通一号”等，分别采用GMR-1、GMR-2和类GMR技术体制，提供窄带或低数据卫星通信服务。此外还有诸多卫星不对外披露技术体制，可见卫星通信体制往往具有一定程度的定制化，缺乏统一标准。
传统卫星通信技术存在系统性问题，无法满足当前卫星互联网需求。DVB为单载波系统，技术灵活性不足，难以支撑海量终端接入的卫星互联网业务，且无法兼容地面网络。GMR虽支撑接入地面GSM网络，但最新一代只演进到3G版本，尚不支撑接入地面4G、5G网络，并且其加密算法的脆弱性导致安全性能较差。两名中国安全研究人员曾利用GMR-2密码的漏洞在几秒内成功解密卫星通信内容。
2.NTN具有产业与技术优势，潜在市场空间广阔
为促进卫星通信与5G技术的深度融合，3GPP国际标准组织推出NTN技术标准，为5G网络的卫星接入提供了全球统一的规范框架。产业方面，NTN体制与5G地面蜂窝通信标准兼容，能够充分复用 5G 移动通信产业链，通过蜂窝设备生态系统的规模效应拉动卫星行业发展，为未来的产业规模提供保障。技术方面，相较DVB和GMR，NTN技术一方面延续了3GPP地面协议的优势，可支撑海量终端接入，另一方面通过引入时延补偿、频率补偿，显著提升了频谱效率，支撑的下行峰值速率达15Mbps。
NTN融合DVB、GMR优势，应用场景广泛，潜在市场空间辽阔。传统卫星通信标准DVB与GMR所适用的应用场景不同，限制了其市场空间的扩展。DVB面向宽带通信业务，主要应用于电视广播、船载通信、机载通信、车联网等场景。GMR侧重于语音和短信等窄带通信业务，主要应用于手机直连卫星、物联网等场景。而NTN系统带宽大，可全面覆盖卫星宽带业务和窄带业务，有望替代传统卫星通信体制。据BISResearch和Markets&Markets预测，2028年GMR和DVB（不含广播）市场规模分别在70亿和120亿美金左右，复合增长率为28%，而5G NTN市场有望达到235亿美金，复合增长率高达41%。
图1：2028年全球卫星通信市场规模 来源：BISResearch，Markets&Markets
NTN发展面临三大挑战
实际产业应用中，技术性能并非唯一决定性因素，产业接受度、技术部署周期等均有可能在一定程度上限制NTN的规模发展。
1.产业：卫星产业技术体制较为封闭，对标准化的NTN接受度有限，或影响其产业链有效整合和场景覆盖
与全球卫星产业趋势一致，我国传统卫星龙头企业，如中国星网，未来也计划采用“类NTN体制”，而非NTN标准化路线，可见卫星行业龙头企业也对采纳NTN等新技术持谨慎态度，当前全球卫星运营商联盟（GSOA）中宣布加入3GPP NTN卫星网络发展计划的成员占比不足30%。航天产业领军企业如中国航天科工集团、中国航天科技集团等均未明确表态支撑NTN发展。此外，广播电视作为卫星收入的最大细分赛道，也未作出支撑NTN路线的明确表态。航天系与广电系的技术选择，可能会限制NTN技术在国内市场的规模化发展，如仍维持原本的分散体制，将不利于资源整合，提升产业应用成本。
2.市场：NTN规模商用周期长，存在被其他技术制式挤压市场空间的风险
结合3GPP R18标准冻结时间和全球智能手机的换机周期（51个月），大家预计NTN 将在2028年前后实现规模商用，产业落地周期较长。综合全球产业发展情况，不排除DVB等其他技术将率先抢占市场，形成事实标准。全球规模最大的低轨卫星星座Starlink（采用DVB制式）预计将在2027年完成部署，有望提前抢占卫星通信市场。据摩根斯坦利预计1，2030年Starlink总用户规模将达到3071.6万，结合2030年全球卫星用户总数约为6000万2，届时Satrlink将占据全球过半的卫星通信市场。
3.技术：卫星通信中的多普勒频移、传输时延等问题对NTN的协议设计与体制优化提出了挑战
卫星互联网正向着高低轨协同的方向发展，对于低轨卫星而言，相对地球表面做高速运动的卫星会使通信产生较大的多普勒频移，在给定 2 GHz 载波频率的情况下，与运行在距地面 600 公里的 LEO 卫星进行通信的用户可能会遇到高达 48 kHz 的多普勒频移，对频率同步及设备性能产生严重影响。同时，由于低轨卫星的相对速度较高，UE驻留在单个小区（或点波束）内的时间窗口非常短，波束的快速移动、频繁切换为NTN终端的移动性管理带来一定挑战。
启示与展望
为推动卫星通信行业与地面通信行业融合，最大效率发挥天地一体优势，产业方面，需要通信运营商、卫星运营商、广播电视运营商尽早合作，制定存量业务演进方案，推动星上载荷处理采用NTN的方式，发挥规模优势，打造低成本产业链，进而推动产业快速发展。应用方面，建议重点关注手机直连、车联网两大场景，发挥NTN体制兼容语音、数据的能力，带动消费级卫星互联网应用上量，推动卫星互联网产业变现。
注释
1.Morgan Stanley预计，如果只考虑前四大场景（卫星固定业务），Starlink总用户规模将从24年底的380万增长到2040年的3200万。如果将第五类场景包含在内（手机直连卫星业务），Starlink的用户规模有望在2040年达到10亿。 2.按照国际咨询企业的测算方式， 卫星移动通信用户数一般取地面移动通信系统用户数总量的 0.2-1%，取上限计算，全球卫星移动通信市场的潜在用户数将达到 6000 万户。
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发表于 2024-8-5 10:11:45
