基站是怎樣“上天”的？
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基站安裝于距地面約14km的飛行平臺上，采用大規模天線陣列向地面發射120個波束，每個波束對應一個蜂窩小區，這樣在地面就形成了一片由120個小區組成的連續覆蓋區域。
基站就這樣“上天”了!
可以妥妥的解決規劃難、選址難、建站難、覆蓋難、成本高等等各種建設地面蜂窩網絡遇到的大把難題!
日前，德國電信演示了其高空平臺(High Altitude Platform System，HAPS)項目的最新成果，并雄心勃勃的宣布了以上計劃。
一時間，“基站上天”這個話題再次成了業界討論的熱點話題。
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項目中，天線安裝于可遠程遙控的飛行平臺上，該飛行平臺位于離地約14km的平流層，可在地面形成直徑約10km的覆蓋小區，且在該小區范圍內手機可直接與飛機上的天線連接通信。而飛行平臺連接到地面核心網采用高頻段、大帶寬的無線回傳。
該項目采用了5G Ready的LTE技術，工作頻段為2.1GHz，信道帶寬為10MHz，可提供VoLTE語音和數據通信。
路測結果顯示，智能手機通過飛機上的天線連接德國電信的地面移動網絡，下載速度可達70Mbps，上傳速度達20Mbps。同時，手機還可以在飛行平臺提供的小區與地面基站的小區之間實現來回切換。
德國電信表示，這是全球首次成功實現了將HAPS與地面商用移動網絡集成在一起。
HAPS覆蓋面積廣，尤其可以解決地面基站信號因受到建筑物、山丘等阻擋所產生的陰影效應而形成的覆蓋盲點，因此是地面移動網絡的良好補充。
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網連接，尤其是在一些傳統地面基站選址難、建設難的地方。‘空中基站’將成為我們的移動通信網絡的頗具成本效益的補充。”
據悉，該項目由德國電信和SPL(Stratosphere Platforms Limited)公司聯合開發，SPL提供飛行平臺。項目于2016年開始，到今天已持續投資了5年。
對于此次成功演示，雙方均感到非常興奮，并認為這是德國電信乃至整個歐洲的創新典范。
面向未來，德國電信還對外宣布了一個雄心勃勃的計劃：
在飛行平臺上安裝面積約9平方米的，由1028個天線單元組成的大規模天線陣列，可發射200個波束，每個波束對應一個小區，200個小區可同時在地面形成直徑約140km的連續覆蓋范圍。
德國電信表示，一個飛行平臺可部署數百個小區，理論上覆蓋整個德國只需30架飛機，覆蓋整個肯尼亞只需50架飛機，而覆蓋整個美國只需670架飛機。
另外，該項目還在開發支持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，還將用來解決室內覆蓋，部署固定無線服務以替代固網家寬，以及覆蓋飛機等。并采用更先進的小區間協同技術來規避地面小區和HAPS小區之間的頻率干擾等問題。
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與德國電信類似，日本運營商軟銀于2019年4月宣布成立合資公司HAPSMobile，也啟動了HAPS計劃，以構建面向全球業務的空中通信系統。
軟銀介紹，HAPS指位于平流層的飛行平臺可以像基站一樣直接連接手機和物聯網終端，并與地面的電信網絡互聯互通，從而實現天地一體的立體組網。
HAPS位于距離地表約10至50km的平流層，比民航飛機飛行高度高，比衛星軌道高度低，且平流層里空氣流動比較穩定、平緩，因此，HAPS兼具衛星和陸地通信系統的優勢，具有覆蓋面積廣、成本較低、傳輸延遲小、易配置等特點。
軟銀表示，一個HAPS在地面可覆蓋直徑約200km的面積，大約40個HAPS就可覆蓋整個日本群島。
HAPS飛行平臺采用太陽能供電，可在任意坐標處持續盤旋飛行6個月。
從軟銀HAPS組網架構看，飛行平臺包括了Service link和Feeder link，前者是直接與手機或物聯網終端通信的鏈路;后者即回傳鏈路，其通過高頻段無線與地面網關連接，再經過地面傳送網連接到移動核心網。
對于Service link，軟銀計劃采用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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在運營商們熱衷于“基站上天”這種創新的網絡架構和服務模式的同時，標準組織3GPP也在研究NTN(Non-Terrestrial Networks，非陸地網絡)。
5G和6G的夢想是全連接、全覆蓋。但要實現這個夢想太難，運營商不得不花很多錢，建很多基站，尤其是偏遠山區，建站成本高的嚇死人，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，你怎么去覆蓋?
最好的辦法就是讓地面的蜂窩網絡“通天”，即與非地面網絡(NTN)，比如與衛星網絡或UAS(無人機系統)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組網架構是相似的。
具體的講 ，分為以下3種：
1)基于衛星透傳5G NR無線信號
5G基站(gNB)依然部署于地面，但NR無線信號通過衛星透傳，并經地面的NTN網關傳送到gNB。簡單的講，衛星當直放站用。
2)衛星搭載5G基站(gNB)
3)衛星搭載gNB-DU
5G基站(gNB)分為CU和DU部分，將DU部分搭載于衛星上。
為了識別業務需求，以幫助運營商增加業務收入，3GPP還確定了NTN網絡的12大用例，包括基于衛星覆蓋的廣播和組播業務、基于衛星覆蓋的廣域物聯網(NB-IoT和mMTC)、衛星回傳、5G泛在連接等。
過去，地面移動通信網絡與衛星產業一直平行發展，很少相交，但如今隨著商業航天發展以及5G和6G需求，兩者正在融合。毫無疑問，這將有力的推動實現萬物智聯的世界。
但最后NTN或者“基站上天”也面臨一些挑戰，比如：
1)衛星行業缺乏統一的標準。一直以來，移動通信產業基于全球統一標準，每一個G都能快速實現生態規模化，而衛星行業在這方面比較缺乏。
2)將衛星技術集成在手機和物聯網終端里，會帶來成本、功耗的挑戰，以及需要全球產業鏈協力支持。
3)衛星提供的網絡容量有限，尤其在支持無線回傳方面。
4)衛星對城市5G或6G部署可能沒有任何幫助，因為這些地方的地面部署成本更低。
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