响应太空 5G 架构的号召
太空一直是通信技术最后的疆域。鉴于在地球轨道上开展的所有活动，包括 SpaceX 等雄心勃勃的私营企业的行动，将 5G 基础设施部署到地球之外的压力日益增加；然而，这项技术需要足够稳健且能够承受太空的恶劣环境。
卫星显然是 5G 技术的终点，其延迟比现有的 4G 网络低得多，从而使地面上的消费者受益。直到最近，卫星通信一直独立于更广泛的移动网络生态系统。但是随着 5G 架构的加入，最新、最出色的卫星正在成为网络中的关键接触点，这些卫星提供广泛的连接来支持自动驾驶、远洋舰队、飞机和数十亿个小型物联网设备，尤其是在偏远的农村地区。
虽然宇宙飞船的数量比私营企业在轨道上发射的诸多卫星少得多，但过去几年进入轨道的数量也有所增加。宇宙飞船不再只是为国际空间站提供补给以及人员旅行；甚至还出现关于太空酒店的讨论，还可以肯定的是，客人们在他们失重的房间里也想要有可靠的 Wi-Fi。
所有先进的技术最终都会流向普通消费者，因此为太空所做的 5G 创新将不可避免地降临到地球上。无论如何，5G 网络组件需要长期忍受地外环境的严酷现实，且无法动手维护。这些需求将给设计带来压力，并催生出更先进的半导体能力。
地外 5G 网络为地面带来诸多益处
下一代卫星可为数据密集型应用提供额外带宽，在支持全球 5G 基础设施方面发挥着关键作用。与此同时，移动网络提供商正在升级地面设备，以打造面向未来的基础设施，包括接收从太空发射的 5G 信号的能力，为无线客户提供更好的用户体验。
但这些客户千差万别，可能是移动游戏玩家，也可能是使用蜂窝网络传输 4K 视频的智能手机用户，但这些 5G 卫星也可以支持智能家居物联网设备，包括电器和安保系统。企业也能从外地 5G 支持中受益，能够跟踪航运集装箱，医生将能够执行远程手术，公用事业和能源公司将能够监控发电机、天然气管道和石油管道的实时状态。全球的自动驾驶汽车和物联网设备将从卫星通信中的 5G 架构中受益匪浅。
即使在 5G 设备在地面部署的同时，Omnispace 和 Lockheed Martin 等公司也在探索太空基地 5G 网络，以了解如何对地面基础设施进行补充。与此同时，美国宇航局和 Northrup Grumman 正在合作进行 5G 太空概念验证，包括在 Grumman 的天鹅座太空船上对集成通信单元进行为期两周的测试。
正如所有这些地面设备在整合 5G 网络组件时都有特定的设计考虑因素一样，那些位于太空中的设备也是如此，且在未来几年预计将添加数十亿移动设备用户，这反过来将大幅增加对带宽的需求。
5G 信号需要能够承受太空恶劣环境的基础设施
在太空中构建 5G 架构，无论是卫星还是其他航天器，都有几个关键的设计考虑因素。
无数设备共享 5G 信号所导致的高密度，会给频谱带宽这一有限的资源带来巨大的压力。这可能会导致射频干扰，进而影响卫星、飞机和其他航空航天技术有效运行的能力。随着所有这些卫星进入太空，气象卫星运营商等现有运营商，担心较新的 5G 信号会侵占他们的频率。而且，由于大多数商用 4G 网络已经用完了所有可用的频分双工 (FDD) 频带，大多数 5G 网络将使用时分双工 (TDD) 频带，这些频带有自己独特的要求，容易受到不同类型的干扰，可能会影响网络延迟和性能。
TDD 架构使用单个频带进行发射和接收，这比 FDD 更具优势。然而，随着 5G 在地面基站的部署，设计人员已经不得不解决交叉链路干扰问题。当一个基站在发射时，另一个基站同时在同一频带接收时，就会出现这种干扰。这可以通过确保所有基站同时发送或同时接收来避免。
这些室外基站的较高功率也是一个因素。由于这在基站之间创造了更好的传播条件，因此当上行链路中的基站受到来自另一个基站的下行链路的干扰时，交叉链路干扰可能会很严重。而随着 5G 基站的增加，即使是在太空中，也会使交叉链路干扰的管理变得更加复杂。
随着人们越来越重视航空航天领域的“太空”，将有必要解决 5G 解决方案在轨道上将面临的极端条件。虽然基站设备确实需要坚固耐用，但太空有自己的一套环境要求，包括酷热和严寒、极端振动和高压等，所有这些都取决于设备是在运输途中还是在地球上空运行。虽然商用飞机和其他军事应用已经在这方面形成一些创新，但构建面向太空的 5G 架构将进一步推动发展的需求。
与其说 5G 系统本身在太空中是不同的，不如说它们需要以不同方式进行安放和连接。首先，它们需要能够承受发射到太空中时产生的热量，以免在大气层中烧毁。这意味着 5G 架构需要热屏蔽来进行保护，但又不会干扰操作。为防止熔化或熔合，需要有效而紧凑的冷却系统和热管理，能够为它离开或进入大气层，并长期在轨道上运行做好准备。
针对太空进行设计时的考虑因素
无论您正在为地外用途构建什么电子系统，您都需要考虑进行组装所使用的所有连接器和电缆，包括 5G 网络组件。连接器和电缆的外壳以及触点的金属对于任何电子设备（包括 5G 网络组件）承受太空的恶劣环境都至关重要，以便它们在进入轨道后能够应对高电流和纹波强度以及极低的温度，同时仍能满足速度、延迟和性能的要求。太空时代的连接器及其外壳将需要超越军用级别。
监测所有这些 5G 网络组件的运行状况将比在地面上更加重要。集成电子设计已经朝着更先进的飞机运行状况监测系统发展，以便飞行员能够了解任何故障并进行弥补。在太空中，这同样至关重要，甚至更加复杂，因为需要大量的传感器协同工作，但也必须能够在太空中运行，从而导致成本有些高昂。更大的挑战是，5G 系统需要增加冗余，因为即使可以诊断出问题，但在轨道上也很难进行修复。
结论
现实情况是，无论是在地面还是在太空，5G 网络仍处于早期阶段。尽管我们针对 6G 标准达成一致还有很长的路要走，但中国已经声称向太空发射了第一颗 6G 卫星，其任务是进行地球观测以及测试高频太赫兹通信有效载荷，该有效载荷发送数据的速度可能比 5G 快几倍。
太空一直处于技术进步的前沿，部分原因在于“有需求就有创造”。轨道上出现 5G 架构需求，就意味着有必要弄清楚 5G 网络怎样才能在太空中持久运行。在最后疆域的任何创新终将回到地球，以补充和加强地面 5G 基础设施。
