基于宽带卫星互联网的Ka频段动中通应急通信车的应用与实践

文|雒永刚 刘志国 扎西 徐平

1.中国卫通集团股份有限公司 2.中国移动通信集团西藏有限公司

一、实现意义

如何在施工更加困难、人口分布更为稀疏的偏远地区开展并推广网络建设，保障政府等重点用户的应急通信，是当前我国偏远地区网络发展建设面临的难题。据英国Avanti公司测算，通过地面通信网络连通最后1%人口的建设费用将是前95%人口平均费用的40倍，而卫星通信网络的建设不受地域影响，是实现人口分布稀疏地域通信网络覆盖的最佳选择，基于Ka高通量卫星的宽带互联网已成为各国解决偏远地区通信盲点网络覆盖的重要手段。

为进一步实现XZ全区无缝通信网络覆盖，解决偏远地区通信盲区和信号中断的难题，提升宽带通信网络覆盖能力，确保偏远地区突发事件下网络连接与电话通信畅通,中国卫通配合中国移动XZ公司开展了基于宽带卫星互联网的Ka动中通应急通信车的应用与实践，该方法以偏远地区的实际通信需求为导向，依托我国首个宽带卫星互联网，针对XZ地区的维稳任务、应急保障等特殊应用场景进行深度挖掘分析，与中国移动XZ公司现有的高质量话音、互联网接入、微基站、3G/4G基站中继传输等综合业务进行深度融合，为偏远地区提供价格低、速率快、体验佳的4G网络和互联网服务，并满足快速搭建临时热点的应急通信需求，形成了支撑偏远地区快速应急通信的新能力，满足未来全域覆盖、全时通信的要求。

二、创新方案

本方法针对偏远地区通信盲区的实际需求，依托我国首个宽带卫星互联网，采用小型化Ka车载动中通卫星终端，建立了支撑互联网、微基站和4G基站等多种业务场景的动中通应急通信车。具体的方案和创新点如下：

1.新技术——全新的宽带卫星互联网支撑移动网络业务

宽带卫星互联网采用天地一体化设计理念，使用了全新的Ka频段资源，通过多点波束和频率复用等新技术，卫星容量可达20Gbit/s；同时，Ka频段的地面终端更加小型化，其建设和维护的成本大幅降低；其用户终端的下载和回传速率最高分别可达150Mbit/s和12Mbit/s，真正意义上实现了宽带无缝双向接入（见图1）。

（1）全新的卫星通信网络

基于Ka频段的宽带卫星互联网，其卫星容量至少是传统通信卫星的数倍甚至数十倍，使得单位带宽的通信成本大幅降低；同时，卫星终端的小型化，使其建设和维护的成本大幅降低；而传输速率成倍增加，则能够满足宽带业务的接入。Ka卫星通信网络与传统通信卫星的对比见表1。

表1 Ka卫星通信网络与传统通信卫星对比

（2）无缝网络覆盖

灵活便捷地通过小型化卫星通信终端实现通信盲点网络覆盖，可以快速解决偏远地区宽带通信盲区和信号中断的难题，提升宽带通信网络覆盖。

2.新能力——Ka卫星动中通终端实现了行进途中的通信网络覆盖

Ka卫星动中通终端可满足应急通信车在静止或运动过程中实时通信能力。小型化（等效口径0.45m）的Ka卫星动中通终端能够自动采集应急通信车所在位置的经度、纬度和方向，显示天线的方位角、俯仰角；根据卫星参数，进行一键式对星，自动对准卫星；能够依据应急通信车的行进过程，实时跟踪目标卫星；天线的伺服控制采用惯导测量/信标跟踪的方式，能够精准测量载体的位置和姿态信息，为动中通终端的寻星及精准跟踪提供可靠的数据支撑，保证天线能够实时跟踪目标卫星以及当载体驶出遮挡区域后，天线能够快速重新锁定目标卫星。

Ka卫星动中通终端可以满足载体在运动过程中实时跟踪目标卫星，提供宽带互联网，通过卫星实现不间断的话音、数据、图像和视频等多媒体业务传输，满足应急通信和移动条件下的通信需求。

基于Ka卫星动中通终端应急通信车，能够支撑通信盲点区域内的互联网接入、微基站和4G基站等多种业务场景，在地面网络被切断（重大突发事件）或被损坏（自然灾害事件）时，通过Ka卫星动中通终端能够快速搭建现场通信热点，通过Ka卫星动中通快速将现场图像、视频传至指挥中心，实现总部和现场一线的高清视频会议（见图2）。

图2 Ka卫星车载终端实现道路盲区的通信网络覆盖

3.新场景——基于卫星互联网的多业务场景

基于Ka卫星宽带互联网，能够与中国移动XZ公司现有的高质量话音、互联网接入、微基站、3G/4G基站中继传输等综合业务进行融合，保障政府行业客户应急通信需要，满足全域覆盖、全时通信的要求。

通过Ka卫星动中通应急通信车的宽带互联网接入方式，能够在无基站信号的情况下实现上下行最大速率（上行8Mbps，下行40Mbps）的综合数据传输业务：智能手机连接由Ka宽带卫星终端提供的WiFi网络，通过安装在智能手机上的专业App软件，实现语音通话；VoIP电话连接到由Ka宽带卫星终端提供的互联网网络，实现高质量VoIP通话的应用（见图3）。

图3 基于卫星互联网的“Ka+WiFi”业务场景

通过Ka卫星终端作为微基站的传输链路，能够实现一定范围内的2G和4G手机信号覆盖，实现语音通话，同时个人用户也可以通过手机4G上网，信号的稳定性和速率满足用户的数据、话音和上网等通信需求（见图4）。

图4 基于卫星互联网的“Ka+微基站”业务场景

基于Ka卫星动中通应急通信车实现的3G/LTE基站数据回传，可以为基站覆盖区域内部的手机、随身上网卡提供通信服务。实现单UE最大速率（上行8Mbps，下行40Mbps），并确保VoLTE语音通话质量清晰，正常进行微信语音、上传现场视频等业务（见图5）。

图5 基于卫星互联网的“Ka+2G/4G基站”业务场景

三、应用效果

1.Ka卫星终端与地面通信业务的融合测试

依托我国首个自主可控的Ka宽带卫星通信网络，中国卫通协同中国移动XZ公司先后开展了“Ka+WiFi”、“Ka+微基站”和“Ka+2G/4G基站”三种业务场景的融合调测。其中 ：“Ka+WiFi”场景中，在无线路由覆盖范围内，均能够成功接入互联网进行各种业务应用（微信、网页、视频等），并支持VoIP语音通话；在“Ka+微基站”场景，用户可通过手机加入微基站网络，并正常进行通话和上网，速率可达44M（bit/s）/8M（bit/s）；在“Ka+2G/4G基站”场景中，4G基站的下行速率可达60Mbit/s、上行速率可达8Mbit/s，支持宽带互联网和VoLTE等服务。图6、7是融合测试的总体情况。

图6 Ka卫星终端与地面通信业务的融合测试结果1

图7 Ka卫星终端与地面通信业务的融合测试结果2

2.率先开通全国首台Ka动中通应急通信车，保障政府行业客户应急通信需要

对于政府行业客户的应急通信需求，中国卫通和中国移动XZ公司共同开展了针对性的分析，基于Ka宽带卫星互联网，于2018年7月率先开通了全国首台Ka动中通应急通信车。采用了完全国产化的车载动中通卫星天线，能够实现静止和运动过程中的自动对星并全时跟踪；实际测试中，Ka动中通下载速率61.8Mbit/s、上传速率7.9Mbit/s；车辆在静止和行驶过程中，能够通过宽带卫星互联网，同时承载语音通话、WiFi上网、4G数据等业务的稳定运行。2018年10月，为满足江达县“金沙江堰塞湖”抢险指挥部和群众安置点的通信需求，中国移动XZ公司紧急调派Ka卫星动中通应急通信车，现场保障抢险指挥的通信网络畅通，标志着全国首台Ka卫星应急通信车正式应用到通信保障的实战工作；同时，也利用车载“Ka+4G基站”为新闻媒体在现场提供4G网络直播的服务。

四、推广建议

Ka卫星宽带通信系统具有覆盖广、容量大、成本低、抗灾强和部署快等优势。在地面通信网络未达或者遭到不可抗力破坏难以短时间修复的场景中，以及人员聚集型大型活动中，通过Ka动中通应急通信车承载2G/4G基站中继传输、微基站、高质量话音、数据等综合业务有着不可替代的优势，能够有效保障政府行业客户应急通信需要。

基于Ka卫星宽带通信网络，能够与地面通信网络相互补充，进一步解决XZ地区通信盲点的网络覆盖难题，后续可应用在政府行业客户的维稳任务、应急保障等工作上，满足全域覆盖、全时通信的要求。