1. 什么是 5G-LEO
5G-LEO 指的是将 5G 新空口（5G NR）服务扩展到低轨卫星（LEO）上的非地面网络（NTN, Non-Terrestrial Network）方案。通过在距地面约500–2 000 km 的低轨道卫星上部署通信载荷，5G-LEO 可实现对地面 5G 网络的全球补充覆盖，特别是对偏远、海洋及移动目标等传统基站难以触及的区域提供连接([3GPP][1])。
2. 技术标准与系统架构
3GPP Release 17／18 NTN 支持
- Release 17 中正式引入了对 NR-NTN（包括手持终端和 VSAT）的规范，并支持 NB-IoT/eMTC 在卫星链路上的运行。
- Release 18 进一步在 Ku/Ka 频段优化空中接口，增强调度和功率控制能力；Release 19 正在研究下行覆盖增强等特性([5G Americas][2])。
两种 NTN 架构
架构类型 描述 Transparent 卫星仅作射频中继，不解调/重编码；地面 gNB 在地面站完成基带处理。 Regenerative 卫星内置 gNB 功能，具备基带信号处理能力，可直接为终端提供 NR-NTN 接入。 两者在实现复杂度、链路延迟及星上处理能力方面各有权衡([RCR Wireless News][3])。
3. 关键技术与频段
- 多普勒补偿与定轨切换：LEO 卫星高速移动导致多普勒频移，需在 NR 物理层进行精确补偿；同时支持卫星间/卫星与地面站切换。
- 时延与链路预算：LEO 时延约 5–10 ms，比 GEO 卫星低得多，但仍高于典型地面 5G；链路预算需考虑天线增益与交叉极化等因素。
- 频段：主要在 Ku（12–18 GHz）和 Ka（26.5–40 GHz）波段部署，也有部分 NB-IoT 在 S-波段（2 GHz）进行实验([Intelsat][4])。
4. 典型用例
- 农村与偏远地区互联网接入：补足地面网络盲区，实现宽带级速率覆盖([Blue Wireless][5])。
- 应急通信与灾难恢复：自然灾害时地面基站中断，可迅速启用 5G-LEO 保持通信畅通。
- 海上及移动平台：舰船或车辆可作为私有 5G 网络基站，通过 LEO 卫星与核心网互联，确保通信不中断([Telesat |][6])。
- 物联网（IoT）大规模覆盖：对航运集装箱、铁路车厢等大对象物联网场景提供低速率但广域连接([TechTarget][7])。
- 企业级网络弹性：将 5G-LEO 作为 WAN 备份，实现业务连续性和网络冗余([Expereo][8])。
5. 优势与挑战
优势
- 全球无缝覆盖：跨越地理和国界限制。
- 低时延：相较 GEO NTN，LEO 网络时延可降至约 10 ms。
- 灵活部署：快速应急化解地面网络故障。
挑战
- 多普勒与链路管理：须支持高速星地链路变化。
- 频谱与干扰：高频段易受雨衰和天线定向精度要求高。
- 成本与星座规模：全球覆盖需部署数百甚至上千颗卫星。
- 终端适配：需研发新型卫星天线及终端功放匹配方案。
6. 实验与产业发展
- 欧洲航天局 5G-LEO 平台：基于 OpenAirInterface™，提供端到端仿真与性能测试环境，助力 NR-NTN 原型评估([ESA CSC][9])。
- 首个 5G NTN 太空试验：2025 年 2 月，Eutelsat 联合 Airbus、MediaTek 等在 OneWeb LEO 星座上完成全球首个 5G NTN 试验，验证了标准终端与 NR-NTN 接入的可行性，并为欧洲 IRIS² 计划提供支撑([Reuters][10])。