基于空间通信信息系统的“一带一路”信息联通走廊

·文|中国空间技术研究院通信卫星事业部 沈宇飞 周钠 高素 冯瑄

基于空间通信信息系统的“一带一路”信息联通走廊

·文|中国空间技术研究院通信卫星事业部 沈宇飞 周钠 高素 冯瑄

一、前言

“一带一路”战略涉及的国家地域广阔、自然环境多样。“一带一路”战略涉及的国家65个，44亿人口，占全球63%，发展中国家居多，基础设施建设水平普遍较差，影响了互联互通，也阻碍了资金、物流、信息流以及人文合作交流。

“一带一路”战略涉及基础设施建设、高铁、矿产资源开发、能源通道建设等多个领域的中国企业，涉及各个国家和地区，地域广阔，地理情况复杂，对信息互联互通的实时性、安全性和可靠性提出了更高要求，亟待通过自主可控的空间通信信息系统解决上述问题。

空间信息技术是解决信息“互联互通”的重要甚至唯一途径。卫星通信广播具有传输距离远、覆盖区域广、投送容量大、业务类型多、抗毁能力强、组网灵活快捷等优势，固定通信卫星可满足沿线国家在固定通信广播、广播电视传输、互联网宽带接入、远程教育和远程医疗、地面灾备、数字内容投递，以及车载、船载、机载宽带通信等方面的需求；移动通信卫星可满足沿线国家在移动通信多个方面的需求。

充分利用现有和规划发展的卫星通信资源，适度补充完善天基系统，共建分布合理、功能齐全、稳定运行的信息服务网络，将为“一带一路”总体战略的实施、工程建设、设施联通和运营服务提供空间信息支持，保障“一带一路”信息互联互通，支撑我国企业“走出去”，推动航天产业国际化发展。

二、国内外发展趋势与“一带一路”需求

1.发展趋势

固定业务、移动业务、广播业务正在向宽带多媒体方向发展，各种卫星通信广播系统的统一性在不断增加，互异性在不断减少，各种系统之间正在趋于融合，将逐步形成不同功能类型（通信、广播、导航），不同频段（L、S、C、Ku、Ka等）、不同技术体制和使用特性相结合的综合性体系。

卫星通信广播网络应用的具体发展趋势是：固定业务向灵活组网、高传输速率和用户容量、全IP化发展；移动业务向高系统容量、高用户接入速率、多媒体发展；广播业务向高码率大容量、双向交互、移动便携、安全条件接收、多载波发布、多波束混合使用、扩大覆盖面、与其他网络业务融合发展；卫星数据中继业务向多目标接入、超高速数据传输、无线激光通信、按需分配资源等方向发展。

为了降低单位带宽成本，卫星通信广播频段正在向更高频段扩展，包括现在的Ka频段、未来的V和Q频段，以及激光频段等；为提高卫星通信广播系统的性能、容量，新的技术体制不断推出。

随着Wildblue-1、Spaceway-3、Viasat-1、Kasat等多颗Ka频段宽带多媒体通信卫星的入轨运行，Ka频段逐渐成为宽带多媒体业务的首选频段。Inmarsat在成功部署了四代L频段区域移动通信卫星系统之后，第五代系统的频段也提升至了Ka频段。

全球数据中继卫星系统同样经历了从S、Ku频段到Ka以及激光频段的发展历程，早期的数据中继卫星系统，美国第一代TDRSS采用了S、Ku频段；而2000年后的第二代TDRSS则采用了S、Ku、Ka频段，欧洲和日本的数据中继卫星系统同样采用了S、Ka、激光频段。

2.国内发展现状

（1）卫星固定通信和电视直播领域初具规模，实现整星出口零的突破

从我国首颗GEO通信卫星成功发射至今，经过30多年的发展，在卫星固定通信方面，我国已有十余颗在轨固定通信卫星，多采用C和Ku频段，主要用于向我国境内和亚太等周边国家提供固定通信服务，并正朝着商业化方向迈进。

基于成熟的东方红-4卫星平台的固定通信卫星使我国摆脱了大容量通信卫星研制受制于人的被动局面，提高了国产化程度，并实现了整星出口零的突破。截至目前，我国已获得多个国际商业通信卫星采购合同，包括委内瑞拉卫星、玻利维亚卫星、巴基斯坦卫星、尼日利亚卫星及接替星，打造并初步树立了“东方红”的国际化品牌。

（2）卫星宽带通信和移动通信领域拓展应用、自主研制齐头并进

在卫星宽带通信方面，利用现有常规通信卫星进行宽带通信技术的研究与应用已取得了很多成果，未来自主研制的Ka频段宽带通信卫星将对推动远程教育、促进资源共享、构建公平信息社会起到重要作用。

在卫星移动通信方面，自主研制的GEO移动通信卫星系统建成后将为远洋运输、科学考察、抢险救灾、国际外交和其他民商业应用提供高可靠的基本移动通信连接，同时LEO卫星移动通信系统和移动多媒体广播卫星系统也在稳步推进。

3.存在的差距

我国的空间通信信息系统存在巨大的发展空间，具体如下：

首先是扩展服务区域，提供“一带一路”区域通信保障。目前尚缺少宽带通信卫星系统对“一带一路”地区的覆盖能力，无法为“一带一路”全部地区的石油、港口、勘探、建筑等行业提供灵活的宽带专网连接，阻碍了我国在“一带一路”地区影响力的扩大。另外，至今尚无一个真正意义上的全球通信广播卫星系统，难以提供基本的全球移动通信保障能力。因此需要加强宽带和移动通信卫星系统建设，进一步扩展服务区域，满足“一带一路”乃至全球通信保障需求。

其次是健全体系架构、填补业务空白。目前尚不具备支持大容量卫星固定宽带通信、卫星移动通信、卫星移动多媒体广播等业务能力，需要建设现代宽带通信卫星系统、移动通信卫星系统和多媒体广播卫星系统，健全体系架构，填补业务空白。

再次是加强技术攻关、推动应用和产业的发展。现有通信广播卫星系统在系统容量、通信体制、频谱利用率、多波束天线、星上处理交换等关键技术上与国外相比尚存在一定差距，亟待突破；下一代大型地球同步轨道公用平台的通信广播卫星能力与国外在轨主流通信广播卫星基本相当，突破有望；后续仍需持续开展技术攻关，提升基础技术能力，带动应用和产业的深入发展。

4.“一带一路”沿线需求

“一带一路”国家卫星资源中，当前在轨的宽带卫星通信系统覆盖区域尚有缺失。当前在轨卫星覆盖了“一带一路”沿线国家中丝绸之路经济带的大部分的陆地地区和少量海洋地区，陆地地区中对中亚和东亚北部广阔区域存在覆盖缺失，对21世纪海上丝绸之路东部地区、即东南亚部分国家和地区存在覆盖缺失，海洋地区中对印度洋、东南亚部分国家周边的海域存在覆盖缺失。

根据当前在轨卫星轨位资料分析，在“一带一路”区域覆盖的轨位资源中具有可用的空余轨位。后续可依托我国已申报的网络资料，在与我国其它规划统筹协调的前提下、并与国际上相关国家规划协调基础上，利用可用的轨位频率资源，满足服务“一带一路”的建设需求。

三、“一带一路”信息联通走廊发展思路

充分利用现有空间通信信息系统的“存量”、“增量”资源；加快空间基础设施规划中可服务“一带一路”的设施建设；增建部分必要资源，开展卫星通信应用，形成覆盖“一带一路”不间断的天基通信信息互联互通能力，保障“一带一路”战略构想的实施。

空间通信信息系统是开放的系统，考虑扩展使用“一带一路”沿线国家卫星资源如老挝星、尼日利亚卫星、阿尔及利亚卫星、白俄罗斯卫星、巴基斯坦卫星等，或共同建设新的卫星资源，与当地运营商互利共赢，共同运营，互联互通，拓展空间通信信息系统能力，同时带动航天装备走出去。

空间通信信息系统由现有通信卫星资源（在轨、在建）、空间基础设施规划可用于“一带一路”的卫星资源、新建通信卫星资源及地面应用系统构成。

1.固定宽带通信卫星系统提供“一带一路”区域基础服务

固定宽带通信广播卫星系统建设及应用将得到持续发展。

一方面，平滑演进，满足迫切需求。对现有成熟卫星平台进行适应性修改，提升新一代大型静止轨道卫星公用平台能力，在此基础上，发展大容量宽带通信卫星、广播电视传输卫星和电视直播卫星，满足我国国土及“一带一路”沿线区域的远程教育、电视直播户户通以及其他新增的固定通信业务等迫切需求。

另一方面，升级换代，实现跨越式发展。突破下一代大型地球同步轨道公用平台技术和全电推进平台技术，形成单星上百吉赫兹的宽带通信能力，达到世界先进水平。在此基础上，重点发展超大容量通信卫星、高承载比卫星和新一代广播电视传输卫星，实现宽带通信在国土和周边区域的覆盖增强，并具备一带一路区域宽带通信的服务能力，同时满足新增的国家公益性通信和广播电视传输需求，完成在轨直播星的更新换代。

典型的超大容量宽带通信卫星系统采用下一代大型地球同步轨道公用平台，支持机载、舰载、高铁等高速移动载体的双向宽带通信接入。全面提高我国宽带通信在空间覆盖能力、空间带宽总支持能力、终端应用支持能力等方面的业务水平。

典型的高承载比卫星采用全电推进平台，在境内外地面通信网络覆盖欠佳的特殊地区，可快速建立具有一定安全特性、覆盖区灵活可变的宽带卫星网络。

预计经过未来10年的发展，将形成覆盖全球主要地区的宽带通信卫星系统和覆盖国土及周边区域的固定通信、电视直播卫星系统。到2025年我国固定宽带通信广播卫星系统覆盖范围示意图如图1所示。

图1 到2025年我国固定宽带通信广播卫星系统覆盖范围示意图

其中，宽带通信卫星系统将能够很好地满足教育、广电、通信、交通等部门在远程教育、广播电影电视传输和边远地区双向通信等的应用需求，大幅提高我国西部和边远地区的信息化水平，有效提高普及教育质量，缩小数字鸿沟。固定通信卫星系统将和电视直播卫星系统有力强化政府的公共管理和社会服务能力。

2.移动通信广播卫星系统服务“一带一路”区域新的业务增长点

自主的移动通信广播卫星系统建设与应用将成为新的增长点。

对移动通信卫星系统，统筹考虑多方需求，按照从国土及周边扩展到“一带一路”区域的思路，分步建设。即第一阶段建设国土及周边区域移动通信卫星系统，开展行业、个人日常及应急话音、信息服务；第二阶段根据各方需求，共建支持“一带一路”的移动通信卫星系统，真正解决“一带一路”范围内通信保障问题。

对移动多媒体广播卫星系统，首先基于新一代大型静止轨道卫星公用平台开展建设，填补我国对移动终端通信广播服务的空白；然后基于下一代大型地球同步轨道公用平台，实现移动多媒体广播卫星系统的升级换代，通过对“一带一路”地区进行中国主流价值观的输出，实现中国的声音走出去。

典型的移动通信卫星系统空间段采用新一代大型静止轨道卫星公用平台，并进行适应性修改，配置大型可展开天线，有效提高用户波束数量，实现对海洋、山区和高原等地区近乎无缝的覆盖，并采用星间链路技术，具备可扩展至全球的中低速实时移动通信能力。

典型的移动多媒体广播卫星采用新一代大型静止轨道卫星公用平台并进行适应性修改，有效载荷采用高效大功率合成及大规模波束形成网络技术。

预计经过未来5～10年的发展，形成覆盖“一带一路”区域的移动通信卫星系统和移动多媒体广播卫星系统。其中，移动通信卫星系统将进一步完善我国应急通信保障系统和提升海外通信保障能力，移动多媒体广播卫星系统将满足我国商用运营车、船、飞机以及个人用户和周边国家市场存在的卫星移动数据广播业务需求，有效改善政府应对自然灾害、事故灾害、公共卫生、社会安全等领域的突发事件的能力。

四、结论

建设“一带一路”是党中央立足当前、着眼长远作出的一项重大战略决策，是实施新一轮扩大开放的重要举措，也是我国刻不容缓的重要战略任务。为加快空间通信信息系统建设，践行“一带一路”战略，还需要从以下几个方面深入开展工作。

第一，基础设施建设、产业扶持政策先行。国家主导推动，先期投入，采用先扶持、后产业，边扶持、边转变的方式，发挥卫星通信的基础设施效能；通过纳入“一带一路”开展顶层设计规划，通过技术进步带动业务发展，通过政策扶持不断扩大业务规模，充分发挥效能。

第二，国家系统建设、资源储备政策先行。加大推动并主导建立更高层面的统筹机制工作力度，有效确保“一带一路”的用频安全；把卫星频率轨位资源超前论证、基础研究纳入战略规划中，并研究制定相应的组织、管理、资金保证制度，确保系统建设应用与网络资料储备相匹配；从战略规划角度依托专业队伍，加大专业技术基础研究支撑与管理力度，包括软件系统开发、国家标准制定、专项课题研究等制定相应管理办法，并组织实施；设置机构，开展必要的频率轨道资源和技术储备，突破现有技术寻求新的频段拓展方案，为可持续发展从技术角度奠定基础。

第三，国家自主创新、技术推动政策先行。以国家投入为主，加强载荷、平台、关键元器件等相关技术研究，依法制定知识产权政策，保护企业产品研发和投入的积极性，加大国产化推进力度，提高竞争力；适时地开展新一代卫星平台能力提升，开展下一代卫星平台开发，在国家层面为这些平台寻求首发星、提高其成熟度，为国家“一带一路”空间通信信息系统建设提供必要的能力储备；积极借鉴国际先进发展理念，引进国外先进技术和经验，促进相关设备、技术和服务的出口，提升国际影响力和国际竞争力。

空间通信信息系统可为我国“一带一路”战略构想的实施提供多种手段、随需接入的信息保障能力，形成覆盖“一带一路”不间断的信息互联互通能力，为“一带一路”个人用户和行业用户提供广播电视传输、卫星专用通信网、宽带互联网接入、移动通信、地面公众通信网补充和应急保障等服务，全面提高行业用户信息化水平，极大满足个人用户个性化需求。

通过空间通信信息系统建设，形成信息联通走廊，实现信息互联互通，不间断地覆盖“一带一路”区域，保障“一带一路”战略构想的顺利实施。