展望低轨星座宽带卫星通信系统

2017-06-26西安星展测控董事长

卫星与网络 2017年5期

+ 西安星展测控董事长韩磊

展望低轨星座宽带卫星通信系统

+ 西安星展测控董事长韩磊

卫星通信再现发展空间

2006年，以苹果手机的诞生为标志，人类进入了移动互联网时代。现在，人们购买商品、出行打车、餐馆排队、购买机票乃至医院挂号都可以通过手机移动网络来解决。很难想象，现代人离开移动互联网将怎样生活。然而，移动互联网从诞生到现在全面渗透人类生活仅仅只用了十年的时间。

令人感慨的是，尽管卫星通信系统早在上世纪60年代就已诞生，然而，目前绝大多数人们的生活与卫星通信系统构建的卫星网络并无关联。其实，在光纤网络以及移动互联网出现之前的很长一段时间，远距离的宽带数据通信，主要是依靠卫星通信系统来完成的，在上世纪90年代初期，互联网刚刚进入中国的时候，中国连接世界其他区域的网络只能依靠卫星组网。

虽然现代城市拥有完善的通信网络，我们的手机可以随时高速接入互联网，但世界上还有非常多的区域无法有效地接入宽带互联网：绝大多数飞机、远洋货轮还无法连接网络，沙漠、高山、偏远地区由于经济性的原因，地面运营商网络覆盖欠佳，使地球上依然有30亿以上的人口无法轻易地接入互联网。

卫星通信系统经过了半个多世纪的发展，已经从最初的模拟低带宽通信发展到了高通量数字通信。现在同步轨道上的通信卫星最主要的用途是广播电视覆盖，也有一些同步轨道卫星资源被用于专网服务以及互联网接入服务。但是，由于目前卫星通信领域很少出现类似地面运营商体量的超大型公司，卫星公司及运营商的规模相对地面运营商来说都非常小，资金规模与客户数量也相对较小。由于无法产生足够的规模效应，对于用户来说，高昂的使用资费一直都是卫星通信大规模应用的主要障碍。

近年来，非常多的Ka频段的HTS卫星陆续提供高速互联网接入服务，在北美、欧洲等地区，由于地广人稀，卫星网络对许多的家庭来说是性价比最高、最适合的上网方式。采用点波束覆盖的HTS卫星能够提供传统卫星数百倍的通信容量，这使得卫星通信的成本大大降低，也促使人们对卫星通信这个相对传统的方式进行重新思考。

低轨星座宽带卫星通信迎来风口

目前，全世界将近500颗通信卫星当中，绝大多数是同步卫星。大名鼎鼎的O3b系统则采用的是中轨道卫星。在低轨星座卫星系统中，最出名的就是铱星系统了。

与此同时，美国SpaceX公司与OneWeb公司也在布局未来的低轨星座。两个公司在近几年不断发布消息，数千颗卫星将在未来10年内发射升空，为全球提供互联网服务。若这些计划变成现实，将是人类通信方式的又一次重大革命。带宽将更加廉价，接入方式也将更加方便，并最终实现人们“互联无处不在”的梦想。

未来十年，低轨星座宽带卫星通信系统将与地面移动通信系统协同发展，共同构建天地一体的宽带通信网络。资金实力雄厚的地面运营商也会关注到这一市场。低轨卫星的使用就如同将地面基站架设在了1000千米左右的高空，覆盖范围大大增加，数千颗卫星组成的星座覆盖全球各个角落，也使全球无覆盖盲区的运营成为可能。

我们可以大胆设想，很多人口稀少地区，运营商将不再采用铁塔+大型基站设备进行覆盖，而是直接采用架设在屋顶上的转发天线来实现对房屋以及周边地区的信号覆盖，这将使得硬件投入成本大大降低。另外，由于低轨卫星的时延非常小，远低于同步卫星的时延，这就使许多需要大带宽、低时延的应用得以开展，比如VR购物、视频通话等应用。对于移动载体来说，低轨星座通信卫星系统将带来巨大的改变，过去我们乘坐飞机时，无法轻易连接互联网，即便是目前已经有飞机能够提供上网服务，带宽也无法得到保证，在未来，我们能够在飞机上得到和家中一样的上网体验。

低轨星座宽带卫星通信系统的发展，也必将带动超小型相控阵通信天线技术的发展。在各类移动载体以及固定用途的通信系统中，低成本、小型化、超低轮廓将是此类天线产品共同的特点。据美国北方天空研究公司（NSR）的《平板卫星天线报告（第二版）》的预测，到2026年，全球平板相控阵卫星通信天线设备销售额将达到91亿美元。

可以预见，在未来几年，各主要国家必然在空间段以及频率资源上展开激烈争夺，以获得低轨星座宽带卫星通信系统发展的良好条件。中国的航天、电子相关部门目前已经开始了这方面的工作，争取在此领域能够实现自主系统的广泛应用。国内很多企业也在积极参与相应的研发论证工作。

人类正在大规模地开发太空资源，服务于全球日益增长的带宽需求。我们有理由期待，天地一体融合的通信网络将给人类社会的进步带来前所未有的助推力。20MHz均衡开关矩