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基站安裝于距地面約14km的飛行平臺(tái)上，采用大規(guī)模天線陣列向地面發(fā)射120個(gè)波束，每個(gè)波束對應(yīng)一個(gè)蜂窩小區(qū)，這樣在地面就形成了一片由120個(gè)小區(qū)組成的連續(xù)覆蓋區(qū)域。

基站就這樣“上天”了!

可以妥妥的解決規(guī)劃難、選址難、建站難、覆蓋難、成本高等等各種建設(shè)地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)遇到的大把難題!

日前，德國電信演示了其高空平臺(tái)(High Altitude Platform System，HAPS)項(xiàng)目的最新成果，并雄心勃勃的宣布了以上計(jì)劃。

一時(shí)間，“基站上天”這個(gè)話題再次成了業(yè)界討論的熱點(diǎn)話題。

那基站到底是怎樣“上天”的呢?

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在本次德國電信成功演示的HAPS項(xiàng)目中，天線安裝于可遠(yuǎn)程遙控的飛行平臺(tái)上，該飛行平臺(tái)位于離地約14km的平流層，可在地面形成直徑約10km的覆蓋小區(qū)，且在該小區(qū)范圍內(nèi)手機(jī)可直接與飛機(jī)上的天線連接通信。而飛行平臺(tái)連接到地面核心網(wǎng)采用高頻段、大帶寬的無線回傳。

該項(xiàng)目采用了5G Ready的LTE技術(shù)，工作頻段為2.1GHz，信道帶寬為10MHz，可提供VoLTE語音和數(shù)據(jù)通信。

路測結(jié)果顯示，智能手機(jī)通過飛機(jī)上的天線連接德國電信的地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，下載速度可達(dá)70Mbps，上傳速度達(dá)20Mbps。同時(shí)，手機(jī)還可以在飛行平臺(tái)提供的小區(qū)與地面基站的小區(qū)之間實(shí)現(xiàn)來回切換。

德國電信表示，這是全球首次成功實(shí)現(xiàn)了將HAPS與地面商用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)集成在一起。

HAPS覆蓋面積廣，尤其可以解決地面基站信號(hào)因受到建筑物、山丘等阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)而形成的覆蓋盲點(diǎn)，因此是地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的良好補(bǔ)充。

德國電信表示：“本次演示表明，我們將來可以為任何地方帶來快速的互聯(lián)網(wǎng)連接，尤其是在一些傳統(tǒng)地面基站選址難、建設(shè)難的地方。‘空中基站’將成為我們的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的頗具成本效益的補(bǔ)充?！?/p>

據(jù)悉，該項(xiàng)目由德國電信和SPL(Stratosphere Platforms Limited)公司聯(lián)合開發(fā)，SPL提供飛行平臺(tái)。項(xiàng)目于2016年開始，到今天已持續(xù)投資了5年。

對于此次成功演示，雙方均感到非常興奮，并認(rèn)為這是德國電信乃至整個(gè)歐洲的創(chuàng)新典范。

面向未來，德國電信還對外宣布了一個(gè)雄心勃勃的計(jì)劃：

在飛行平臺(tái)上安裝面積約9平方米的，由1028個(gè)天線單元組成的大規(guī)模天線陣列，可發(fā)射200個(gè)波束，每個(gè)波束對應(yīng)一個(gè)小區(qū)，200個(gè)小區(qū)可同時(shí)在地面形成直徑約140km的連續(xù)覆蓋范圍。

德國電信表示，一個(gè)飛行平臺(tái)可部署數(shù)百個(gè)小區(qū)，理論上覆蓋整個(gè)德國只需30架飛機(jī)，覆蓋整個(gè)肯尼亞只需50架飛機(jī)，而覆蓋整個(gè)美國只需670架飛機(jī)。

另外，該項(xiàng)目還在開發(fā)支持6GHz以下和毫米波頻段的天線版本，以后HAPS不但將用于解決室外廣覆蓋，還將用來解決室內(nèi)覆蓋，部署固定無線服務(wù)以替代固網(wǎng)家寬，以及覆蓋飛機(jī)等。并采用更先進(jìn)的小區(qū)間協(xié)同技術(shù)來規(guī)避地面小區(qū)和HAPS小區(qū)之間的頻率干擾等問題。

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與德國電信類似，日本運(yùn)營商軟銀于2019年4月宣布成立合資公司HAPSMobile，也啟動(dòng)了HAPS計(jì)劃，以構(gòu)建面向全球業(yè)務(wù)的空中通信系統(tǒng)。

軟銀介紹，HAPS指位于平流層的飛行平臺(tái)可以像基站一樣直接連接手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)終端，并與地面的電信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，從而實(shí)現(xiàn)天地一體的立體組網(wǎng)。

HAPS位于距離地表約10至50km的平流層，比民航飛機(jī)飛行高度高，比衛(wèi)星軌道高度低，且平流層里空氣流動(dòng)比較穩(wěn)定、平緩，因此，HAPS兼具衛(wèi)星和陸地通信系統(tǒng)的優(yōu)勢，具有覆蓋面積廣、成本較低、傳輸延遲小、易配置等特點(diǎn)。

軟銀表示，一個(gè)HAPS在地面可覆蓋直徑約200km的面積，大約40個(gè)HAPS就可覆蓋整個(gè)日本群島。

HAPS飛行平臺(tái)采用太陽能供電，可在任意坐標(biāo)處持續(xù)盤旋飛行6個(gè)月。

從軟銀HAPS組網(wǎng)架構(gòu)看，飛行平臺(tái)包括了Service link和Feeder link，前者是直接與手機(jī)或物聯(lián)網(wǎng)終端通信的鏈路;后者即回傳鏈路，其通過高頻段無線與地面網(wǎng)關(guān)連接，再經(jīng)過地面?zhèn)魉途W(wǎng)連接到移動(dòng)核心網(wǎng)。

對于Service link，軟銀計(jì)劃采用450MHz至2.6GHz頻段;對于Feeder link，將采用21GHz、26GHz、28GHz、31GHz、38GHz、47GHz等高頻段。

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在運(yùn)營商們熱衷于“基站上天”這種創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和服務(wù)模式的同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP也在研究NTN(Non-Terrestrial Networks，非陸地網(wǎng)絡(luò))。

5G和6G的夢想是全連接、全覆蓋。但要實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢想太難，運(yùn)營商不得不花很多錢，建很多基站，尤其是偏遠(yuǎn)山區(qū)，建站成本高的嚇?biāo)廊?，還幾乎沒有收入。即使不差錢，海上行駛的船只、空中飛翔的飛機(jī)，你怎么去覆蓋?

最好的辦法就是讓地面的蜂窩網(wǎng)絡(luò)“通天”，即與非地面網(wǎng)絡(luò)(NTN)，比如與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)或UAS(無人機(jī)系統(tǒng))融合，打造立體式的廣覆蓋。

從上圖可以看到，3GPP的NTN與德國電信和軟銀的HAPS組網(wǎng)架構(gòu)是相似的。

具體的講 ，分為以下3種：

1)基于衛(wèi)星透傳5G NR無線信號(hào)

5G基站(gNB)依然部署于地面，但NR無線信號(hào)通過衛(wèi)星透傳，并經(jīng)地面的NTN網(wǎng)關(guān)傳送到gNB。簡單的講，衛(wèi)星當(dāng)直放站用。

2)衛(wèi)星搭載5G基站(gNB)

3)衛(wèi)星搭載gNB-DU

5G基站(gNB)分為CU和DU部分，將DU部分搭載于衛(wèi)星上。

為了識(shí)別業(yè)務(wù)需求，以幫助運(yùn)營商增加業(yè)務(wù)收入，3GPP還確定了NTN網(wǎng)絡(luò)的12大用例，包括基于衛(wèi)星覆蓋的廣播和組播業(yè)務(wù)、基于衛(wèi)星覆蓋的廣域物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT和mMTC)、衛(wèi)星回傳、5G泛在連接等。

過去，地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)一直平行發(fā)展，很少相交，但如今隨著商業(yè)航天發(fā)展以及5G和6G需求，兩者正在融合。毫無疑問，這將有力的推動(dòng)實(shí)現(xiàn)萬物智聯(lián)的世界。

但最后NTN或者“基站上天”也面臨一些挑戰(zhàn)，比如：

1)衛(wèi)星行業(yè)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。一直以來，移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)基于全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)G都能快速實(shí)現(xiàn)生態(tài)規(guī)?；l(wèi)星行業(yè)在這方面比較缺乏。

2)將衛(wèi)星技術(shù)集成在手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)終端里，會(huì)帶來成本、功耗的挑戰(zhàn)，以及需要全球產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)力支持。

3)衛(wèi)星提供的網(wǎng)絡(luò)容量有限，尤其在支持無線回傳方面。

4)衛(wèi)星對城市5G或6G部署可能沒有任何幫助，因?yàn)檫@些地方的地面部署成本更低。

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