6G时代:上天落地后的通信随时随地随愿许浩与林宝军探讨:约2030年进入6G时代,卫星互联网与陆地通

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发布时间:2023-12-20 18:36

原标题:6G时代:上天落地后的通信随时随地随愿许浩与林宝军探讨:约2030年进入6G时代,卫星互联网与陆地通信网如何协同

①许浩与林宝军就通信融合问题展开深入探讨。

②六位听众获得优秀提问奖,奖品为文汇报同仁书写的林宝军诗作和新书《马斯克传》。

③听友拍摄记录讲堂现场。

④曹杨二中高一学生杨梓琪与华东师大宝山实验中学初一学生叶准一(左)朗诵林宝军首次分享的诗作《青海寻魂 两弹一星》

①许浩与林宝军就通信融合问题展开深入探讨。

11月26日下午,文汇讲堂“数字强国”系列163-5“卫星互联网:让天地一网来到身边”举办。中国科学院微小卫星创新研究院资深研究员、北斗三号卫星系统总设计师林宝军担任主讲;中国电信上海公司总工程师助理许浩应邀就通信话题展开深入对话。17位听友参与互动。

50位现场听众幸运获得本期NFT数字藏品。讲座由文汇报社和上海树图区块链研究院联合主办。文汇报视频号和喜马拉雅·听两个渠道同步视频直播。上报集团融媒运营团队做技术支持。

整理 李念 金梦 版式 李洁 摄影 周文强

嘉宾对话

6G为何包含卫星互联网

许浩:业内基本的共识是卫星互联网将作为6G的一部分。6G比5G不同在哪里?

在制定5G愿景时,提出了三个可以同时满足的方向:大带宽、大连接、低时延和高可靠。6G相比5G,一方面,提出了更高的网速或更高的带宽、更海量的接入,真正实现了全球万物智联;通过更低时延、更高可靠的能力,实现了一个“确定性”的网络。另一方面,还要实现三个新能力:

一是更好地与AI进行结合,网络变得更加智能,更能满足用户的需求,可以更加主动地为用户、终端提供服务。例如,小朋友家中所有的学习用具,智能家居,都可以通过网络满足其需要。

二是通感一体,网络还是有感知的媒体,就像雷达。现在大多通过拍照技术实现感知,今后通过网络就能实现,车对车有感知,车对人、基础设施、障碍物也都有感知,这就是通信感知一体化。

三是多维度、全方位的通信网络。除了地面网络还有空天网络,即空天地一体化,实现更全面、更好的覆盖。

据权威统计,目前建设全球移动网络投资额已数以万亿计,近70%人群可随时随地使用,但覆盖面积不足10%,余下的通信只能依靠卫星。

中国为何必须以及如何走向包含卫星互联网的6G?在移动通信领域,中国已走在世界前列,中国的5G网络使用即将进入第五个年头。国际上有个3GPP标准,第15个版本到第20或第21个版本属于5G,然后才是6G。现在只到第17个版本,5G的协议和标准其实只发展了一半,有待各国去制定,争取话语权,6G也一样。

近期上海市发布的文件提出,地面用地面万兆技术,移动网络主要用5G-A(Advanced)或称为5.5G慢慢走向6G。华为的Mate60Pro手机和中国电信的天通手机都能直连卫星进行通信,可视为走向6G的过渡方案。在此过程中,大家会逐步感受到5G的应用,例如元宇宙、车联网,以及用得较多的MR/AR/VR等XR的虚拟现实技术。预计2024、2025年能陆续看到许多5G-A的技术,2030年左右进入6G时代。

或淘汰手机

许浩:请教林总,从目前产业链角度来看,当前5G和卫星网络除了某款终端以外,未来还有怎样的发展空间?

林宝军:下一步发展一定是手机智联,只要下载一个手机App,就可以随时随地随愿。发展到一定程度,说不定还会淘汰手机,只通过手表就能实现手机的所有功能。因为手机其实就是一个终端、一个手段。假设通讯和导航里所有的位置和时间信息都融合在一起,可能通讯与导航的概念就都没有了,形成一个未知的新词。将来手表、汽车都可以感知许多事物,预计这一发展速度很快。最理想的状态是,每个人的信息都经过强大的计算、都由计算机控制、事情都提前规划,这样才能做到最优。现在只要计算机可以做的事就都交给计算机,因为它比人做得好。

随着整个网络技术、电子技术、遥感技术包括微操作技术的发展,没有做不到的事,只要努力,一代会比一代发展得更好。

6G与卫星:互补无缝

许浩:人与人之间需要交流,计算机之间需要通信,这就是通信的事情。美国优先发展6G的启发:少建基站

林宝军:从目标来看,6G需要解决的通信问题是全球覆盖。美国为什么优先发展6G?因为美国人口没那么多,城市也没那么密集,设置那么多基站成本过高。因此,很自然地想到,6G要与卫星结合起来。

许浩:是的。随着技术的发展,每个用户的需求不同,需要的网络也不同。用户也可能是一台医疗设备,一台工业设备,一辆马路上行驶的汽车。

上海航运中心的发展,使得我国与周边国家邮轮业的发展、货运等复苏速度较快,远洋通信对于网络和终端需求越来越大,目前普遍使用的通信卫星主要使用高轨卫星,后续我们会用中轨和低轨进行填补。

而高轨、中轨卫星的通信,现在主要依靠卫星与地面信关站,以及和地面卫星终端(大大小小的锅盖)相连工作,以后各轨道的星与星之间一定会做大量的网状互连。一颗星如果同时对接前后左右甚至上下的星,这会产生什么技术难度?

卫星通信使用最多的还是大城市

林宝军:卫星之间的通信也就是互连起来一般不难。就像北斗从手牵手的通信方式,变成面对面的通信方式。做北斗三号的通信时曾遇到一个困难,因为找太阳卫星要转,一圈最多转180度,转180度时,星自己就挡住了自己,怎么办?我们把设备对地装,星怎么转都往下看,不看相邻的星,相当于隔一个星往下看其他的星,对着地球挡不住的那些星看,北斗一颗星能见到10-15颗星,同时往下连通可以看到低轨卫星,这就是一种很好的通信方式。

卫星互联网希望达到一个什么效果呢?比如在新疆沙漠,通信的带宽和数据率很低,这种情况下,尽管分配资源少但不丢用户。如果出事,可以通过北斗给出用户位置,然后通知车队进行救援。而上海、合肥等人口集中的城市可以分配更多的通信带宽。海外实践经验表明,使用卫星互联网最多的还是法兰克福、纽约等大城市。

许浩:这与移动通信的方式一样。在更广大区域让用户可接入,在用户需求密集地有更多资源的投入。

卫星的时延会制约自动驾驶安全?

林宝军:对卫星互联网的应用来说,可能也有一个观念上的变化和思维上的拓展。最初地面通信专家认为,卫星通信上去是2毫秒,下去2毫秒,一共4毫秒,对于自动驾驶来说可能不行。“去时延”的概念不能是绝对的量。比如,汽车刹车理论上距离应该是100米,开车时就不能低于100米,否则就会撞吗?这就要解决脑中自我设定的桎梏。只要前车刹车及时,后车及时刹车,就不存在碰撞问题。卫星有很多固有的特殊性,这些特点不应成为限制6G应用的桎梏。从通信应用角度看,考虑绝对时延,不如考虑时差,可能对整个应用影响更大。

许浩:相对时延可以优化很多问题。想要实现无人驾驶、无人控制这些业务,车辆、机器自身的判断和感知,类似于视觉感知、通感一体技术和人工智能的结合,应该更为重要,网络只是辅助的。我认为应该地面网络先用,其次再用卫星网络,相辅相成以实现无缝覆盖。而无人驾驶以车行迹的维度来说,一方面考虑前后距离,另一方面考虑相邻两个车道的距离,一般应在1米左右。这些光靠网络探测后的判断再避障,我觉得会避让不及。

林宝军:再拓展一下思路。如果无人驾驶的每辆车都统一管理,就不存在相撞的问题,也不用考虑时延的问题,某种程度来说,现在还是用无序低级的观点在思考,整个系统能力智能化程度更高时,不用考虑这些问题。

我们经过了机械化时代、信息化时代,现在已经步入智能化时代。许多人还是用机械思维、信息思维来考虑智能化时代的事,因此需要理念上的大尺度跨越,否则会落后于时代,或落后于别人。

6G时代各取所需,各类网络协同

许浩:在码头堆场、工厂货运、地铁车辆方面,我们一定可以做到统一管理,但对于路上行驶的小汽车,像对天上的卫星一样,是否需要统一管理,还需要做大量的论证,如果真要做,实施起来难度不小。

未来6G空天地一体化,如何实现卫星网络和地面网络协同通信呢?

当前,手机直接与卫星通信采用双模终端。如果没有地面网络,可以切换到卫星网络进行通信。在不远的5.5G时代,应该会实现地面网络和卫星网络的融合通信,随时可以进行网络优选。在6G时代,要着重通过低轨卫星之间的组网,真正实现低轨卫星和地面网络协同,高轨卫星可实现这个区域内所有高可靠业务可达,低轨可以实现高通量、高流量业主的应用。

未来地面移动通信上天与卫星联合组网,卫星互联网落地走向大家的生活,指日可待。

现场互动

太空垃圾处理方案,目前还在设想层面

国关研究员潘文渊:在太空中部署许多卫星,是否会对空间格局带来负面影响,例如干扰气象卫星和天文观测卫星的运行、污染环境等?

林宝军:这的确是我们应当考虑的问题。卫星失效后势必变成太空垃圾,各国科学家也提出了许多回收废旧卫星的方法。詹姆斯·韦伯空间望远镜观测宇宙时,看到的人造卫星可比自然星球还亮,确实会有一定影响。幸好每颗卫星的位置都很确切,各种干扰、影响也都有办法消除。太空垃圾问题是最紧迫的,目前还没有很好的办法。有人提议用激光烧毁、用网兜回收,这些还停留在设想阶段,实施难度很高。

公共文化行业秦臻:全球各大科技公司纷纷跻身卫星互联网行业,地球低轨将被大量卫星覆盖,是否会导致网络信息安全问题甚至“太空战”?

林宝军:就像地面上的5G通信技术在中国、美国、欧洲有竞争一样,太空竞争是必然的。为了让互联网技术实现“天地一张网”,和平竞争是良性的,可以促进技术的进步和创新。

卫星如何维护安全和防卫他国侵犯

光学行业退休人员吕海庆:如果其他国家试图破坏我国的卫星,我们有何防卫措施?林宝军:如果想要破坏,先得接近我国的卫星。由于卫星的运动是有规律的,因此当其他卫星接近时,我们的卫星可通过预先计划的机动来提前躲避,避免潜在的威胁,这种操作并不困难。

华理附中高三吴毅凡:卫星达到一定数量后,如果其中一颗损坏,是否会产生连锁反应导致大量卫星损坏,从而使网络瘫痪?

林宝军:卫星不像在地面开车一样自由,一旦到达既定轨道位置,很难再有大范围机动。如果发现卫星有碰撞的风险,可以通过精确地推进喷气操作来规避。一颗卫星损坏,并不会导致几百上千颗卫星像多米诺骨牌一样连锁相撞,无需担心。

企业人力资源总监王伟:如果在发射或运营过程中出现事故,势必会带来一些损失。这种损失如何从经济上弥补,成本是否会转移到消费者身上,如何分散上游风险?

林宝军:航天和地面系统不太一样,的确属于高风险行业,发射失败就全部归零。但是,为了推动技术的发展,我们要容忍失败。事情是做出来的,不是论出来的,要大胆地向前走,很多时候并没有想象中那么困难。

卫星轨道批准后倒卖,法律如何跟上

通浩律师事务所陆建:一些国家没有发射卫星的能力,但也申请了几千个轨道资源,然后向其他国家销售。向国际电信联盟申请轨道资源,在法规层面需要做哪些工作?

林宝军:这是各个国家的智慧。在卫星同步轨道等资源的分配上,采取“先申先得”政策,许多国家通过早期申请,成功获得

了宝贵的轨道位置。至于为何存在轨道位置的买卖,这基于互惠互利的原则:一方拥有轨道位置但缺乏发射能力,而另一方则能够提供发射服务,从而保留前者的轨道位置。尽管这些规则一直未有显著改变,但随着越来越多的国家申请卫星轨道,现在已经需要排队了,中国也在积极申请并获得了许多轨道位置。针对未来月球轨道的分配,我也主张应建立明确的规则,否则还会出现“拥挤”的问题。

各国卫星之间未来或可互通

信息系统安全行业徐俊:中国发射了这么多通信卫星,是否可以考虑与其他国家的卫星互通,国际上有无统一的卫星通信标准?

林宝军:目前各国的卫星之间还不能互通,但我认为互通是未来的大趋势。就像手机一样,最初每个型号的电池和充电器都不一样,现在逐渐变成了能够互通的USB Type-C接口。短期内各国为了保护自己的市场规模,还会有一些利己思想。要想统一设计卫星的接口和协议,还有漫长的路要走。

高密度人群通信信号,5G全面覆盖后或可解决

出版社编辑徐明:观看演唱会或球赛时,现场经常无法收到网络信号,或者网络质量很差。这是否有解决方案?

林宝军:这个问题与室内通信有关,随着我国5G技术的发展和普及,人们会发现,在国内使用5G网络的体验往往优于国外,这正是技术发展带来的优势。随着未来的5.5G和6G普及,情况会越来越好。

许浩:首先,每一代移动通信技术的网络容量都是以1-2个数量级增长的。3G时期走进一个比较繁忙的超市,移动支付时网络可能卡住。到了4G在人多的地方看视频可能卡顿。到了5G这个问题大幅得到改善。其次,运营商会增加体育场等热点区域的网络密度,通过增加应急通信车进行分流,或者增加周边的基站频率,比如普通区域用100兆带宽的网络,热点地区可能要用200兆的网络带宽。最后,现场还会使用WLAN对业务进行分流,让观众尽可能地接入网络。目前的缓解措施还是比较丰富的。

可是如果用户想在足球场这种二三十万人挤在一两平方公里的区域里刷视频,目前来看还是有些困难。但只是接打电话、完成移动支付,扫码和聊天,难度不是很大。后续运营上一定会通过各种技术创新和网络建设,为用户提供更多缓解局部区域网络拥堵的办法。

5G到6G存在交叉过渡期,需要换手机

曹杨二中高一杨梓琪:5G、5.5G、Pre-6G、6G之间是否存在明确的界限?

许浩:从应用来看,会逐步改变社会生活和通信方式,应该没有很清晰的界限,会有一段交叉过渡时期。但是会有一些明显不同之处:第一,从5G到6G,会使用新的标准协议,6G的手机很有可能换新。第二,同以往发展一样,5G和6G要并行很长时间。第三,6G会使用新的频段,会有明显的感觉。

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