2024年6月18日，3GPP正式宣布R18標準凍結(jié)，將進一步推動NTN（Non-Terrestrial Network，非地面網(wǎng)絡(luò)）發(fā)展。NTN標準較傳統(tǒng)衛(wèi)星通信體制標準存在顯著優(yōu)勢，但仍面臨產(chǎn)業(yè)、市場、技術(shù)三方面挑戰(zhàn)。
01 全球衛(wèi)星通信體制標準持續(xù)演進，行業(yè)已進入傳統(tǒng)與創(chuàng)新并存
1.衛(wèi)星技術(shù)體制以DVB、GMR為主，但在產(chǎn)業(yè)與技術(shù)方面均存在一定局限性
傳統(tǒng)衛(wèi)星通信標體制如DVB和GMR已演進多年，是衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的主流標準。DVB（Digital Video Broadcasting）是目前應(yīng)用最廣泛的寬帶衛(wèi)星通信空口體制。當(dāng)前大部分衛(wèi)星通信公司均采用DVB標準，包括SpaceX，中國衛(wèi)通等。最新一代演進的DVB-S2/S2X和DVB-RCS2于2014年發(fā)布，支持部分海事、航空以及應(yīng)急通信場景。GMR（Geostationary Mobile Radio）由歐洲電信標準學(xué)會（ETSI）提出，通過GEO衛(wèi)星實現(xiàn)移動衛(wèi)星業(yè)務(wù)。該標準源于地面GSM標準，支持接入GSM核心網(wǎng)，可以實現(xiàn)話音及低碼率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的通信。
衛(wèi)星通信體制定制化特征明顯，限制產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展。Starlink采用寬帶星常用的DVB制式，Inmarsat-P/ICO五代星采用基于DVB-S2的技術(shù)體制。銥星Iridium，海事衛(wèi)星Inmarsat、中國“天通一號”等，分別采用GMR-1、GMR-2和類GMR技術(shù)體制，提供窄帶或低數(shù)據(jù)衛(wèi)星通信服務(wù)。此外還有諸多衛(wèi)星不對外披露技術(shù)體制，可見衛(wèi)星通信體制往往具有一定程度的定制化，缺乏統(tǒng)一標準。
傳統(tǒng)衛(wèi)星通信技術(shù)存在系統(tǒng)性問題，無法滿足當(dāng)前衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)需求。DVB為單載波系統(tǒng)，技術(shù)靈活性不足，難以支持海量終端接入的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，且無法兼容地面網(wǎng)絡(luò)。GMR雖支持接入地面GSM網(wǎng)絡(luò)，但最新一代只演進到3G版本，尚不支持接入地面4G、5G網(wǎng)絡(luò)，并且其加密算法的脆弱性導(dǎo)致安全性能較差。兩名中國安全研究人員曾利用GMR-2密碼的漏洞在幾秒內(nèi)成功解密衛(wèi)星通信內(nèi)容。
2.NTN具有產(chǎn)業(yè)與技術(shù)優(yōu)勢，潛在市場空間廣闊
為促進衛(wèi)星通信與5G技術(shù)的深度融合，3GPP國際標準組織推出NTN技術(shù)標準，為5G網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星接入提供了全球統(tǒng)一的規(guī)范框架。產(chǎn)業(yè)方面，NTN體制與5G地面蜂窩通信標準兼容，能夠充分復(fù)用 5G 移動通信產(chǎn)業(yè)鏈，通過蜂窩設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)模效應(yīng)拉動衛(wèi)星行業(yè)發(fā)展，為未來的產(chǎn)業(yè)規(guī)模提供保障。技術(shù)方面，相較DVB和GMR，NTN技術(shù)一方面延續(xù)了3GPP地面協(xié)議的優(yōu)勢，可支持海量終端接入，另一方面通過引入時延補償、頻率補償，顯著提升了頻譜效率，支持的下行峰值速率達15Mbps。
NTN融合DVB、GMR優(yōu)勢，應(yīng)用場景廣泛，潛在市場空間遼闊。傳統(tǒng)衛(wèi)星通信標準DVB與GMR所適用的應(yīng)用場景不同，限制了其市場空間的擴展。DVB面向?qū)拵ㄐ艠I(yè)務(wù)，主要應(yīng)用于電視廣播、船載通信、機載通信、車聯(lián)網(wǎng)等場景。GMR側(cè)重于語音和短信等窄帶通信業(yè)務(wù)，主要應(yīng)用于手機直連衛(wèi)星、物聯(lián)網(wǎng)等場景。而NTN系統(tǒng)帶寬大，可全面覆蓋衛(wèi)星寬帶業(yè)務(wù)和窄帶業(yè)務(wù)，有望替代傳統(tǒng)衛(wèi)星通信體制。據(jù)BISResearch和Markets&Markets預(yù)測，2028年GMR和DVB（不含廣播）市場規(guī)模分別在70億和120億美元左右，復(fù)合增長率為28%，而5G NTN市場有望達到235億美元，復(fù)合增長率高達41%。
圖1：2028年全球衛(wèi)星通信市場規(guī)模
來源：BISResearch，Markets&Markets
02 NTN發(fā)展面臨三大挑戰(zhàn)
實際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中，技術(shù)性能并非唯一決定性因素，產(chǎn)業(yè)接受度、技術(shù)部署周期等均有可能在一定程度上限制NTN的規(guī)模發(fā)展。
1.產(chǎn)業(yè)：衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)技術(shù)體制較為封閉，對標準化的NTN接受度有限，或影響其產(chǎn)業(yè)鏈有效整合和場景覆蓋
與全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)趨勢一致，我國傳統(tǒng)衛(wèi)星龍頭企業(yè)，如中國星網(wǎng)，未來也計劃采用“類NTN體制”，而非NTN標準化路線，可見衛(wèi)星行業(yè)龍頭企業(yè)也對采納NTN等新技術(shù)持謹慎態(tài)度，當(dāng)前全球衛(wèi)星運營商聯(lián)盟（GSOA）中宣布加入3GPP NTN衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)發(fā)展計劃的成員占比不足30%。航天產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)如中國航天科工集團、中國航天科技集團等均未明確表態(tài)支持NTN發(fā)展。此外，廣播電視作為衛(wèi)星收入的最大細分賽道，也未作出支持NTN路線的明確表態(tài)。航天系與廣電系的技術(shù)選擇，可能會限制NTN技術(shù)在國內(nèi)市場的規(guī)模化發(fā)展，如仍維持原本的分散體制，將不利于資源整合，提升產(chǎn)業(yè)應(yīng)用成本。
2.市場：NTN規(guī)模商用周期長，存在被其他技術(shù)制式擠壓市場空間的風(fēng)險
結(jié)合3GPP R18標準凍結(jié)時間和全球智能手機的換機周期（51個月），我們預(yù)計NTN 將在2028年前后實現(xiàn)規(guī)模商用，產(chǎn)業(yè)落地周期較長。綜合全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，不排除DVB等其他技術(shù)將率先搶占市場，形成事實標準。全球規(guī)模最大的低軌衛(wèi)星星座Starlink（采用DVB制式）預(yù)計將在2027年完成部署，有望提前搶占衛(wèi)星通信市場。據(jù)摩根斯坦利預(yù)計1，2030年Starlink總用戶規(guī)模將達到3071.6萬，結(jié)合2030年全球衛(wèi)星用戶總數(shù)約為6000萬2，屆時Satrlink將占據(jù)全球過半的衛(wèi)星通信市場。
3.技術(shù)：衛(wèi)星通信中的多普勒頻移、傳輸時延等問題對NTN的協(xié)議設(shè)計與體制優(yōu)化提出了挑戰(zhàn)
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)正向著高低軌協(xié)同的方向發(fā)展，對于低軌衛(wèi)星而言，相對地球表面做高速運動的衛(wèi)星會使通信產(chǎn)生較大的多普勒頻移，在給定 2 GHz 載波頻率的情況下，與運行在距地面 600 公里的 LEO 衛(wèi)星進行通信的用戶可能會遇到高達 48 kHz 的多普勒頻移，對頻率同步及設(shè)備性能產(chǎn)生嚴重影響。同時，由于低軌衛(wèi)星的相對速度較高，UE駐留在單個小區(qū)（或點波束）內(nèi)的時間窗口非常短，波束的快速移動、頻繁切換為NTN終端的移動性管理帶來一定挑戰(zhàn)。
03 啟示與展望
為推動衛(wèi)星通信行業(yè)與地面通信行業(yè)融合，最大效率發(fā)揮天地一體優(yōu)勢，產(chǎn)業(yè)方面，需要通信運營商、衛(wèi)星運營商、廣播電視運營商盡早合作，制定存量業(yè)務(wù)演進方案，推動星上載荷處理采用NTN的方式，發(fā)揮規(guī)模優(yōu)勢，打造低成本產(chǎn)業(yè)鏈，進而推動產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。應(yīng)用方面，建議重點關(guān)注手機直連、車聯(lián)網(wǎng)兩大場景，發(fā)揮NTN體制兼容語音、數(shù)據(jù)的能力，帶動消費級衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上量，推動衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)變現(xiàn)。
注釋
1.Morgan Stanley預(yù)計，如果只考慮前四大場景（衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)），Starlink總用戶規(guī)模將從24年底的380萬增長到2040年的3200萬。如果將第五類場景包含在內(nèi)（手機直連衛(wèi)星業(yè)務(wù)），Starlink的用戶規(guī)模有望在2040年達到10億。
2.按照國際咨詢公司的測算方式， 衛(wèi)星移動通信用戶數(shù)一般取地面移動通信系統(tǒng)用戶數(shù)總量的 0.2-1%，取上限計算，全球衛(wèi)星移動通信市場的潛在用戶數(shù)將達到 6000 萬戶。
本文作者
鄒昭
戰(zhàn)略發(fā)展研究所
二級分析師
碩士，就職于中國電信研究院，從事通信行業(yè)研究，專注于人工智能及安全戰(zhàn)略研究。
謝林翰
戰(zhàn)略發(fā)展研究所
助理分析師
碩士，主要從事天地一體相關(guān)領(lǐng)域研究。
韓琳
戰(zhàn)略發(fā)展研究所
副主任分析師
碩士，就職于中國電信研究院，長期從事天地一體、云網(wǎng)融合相關(guān)技術(shù)及行業(yè)研究，包括網(wǎng)絡(luò)云化、網(wǎng)絡(luò)開放等。
