低轨宽带通信卫星应用浅析

许幼成，陈涤非，孙 强

（上海埃威航空电子有限公司，上海 200233）

0 引言

卫星通信系统由于制造、发射、运营成本十分高昂，如20世纪90年代的低轨星座“铱星”和“全球星”等都经历了破产和重组。随着移动通信和互联网技术的快速发展，一大批新兴低轨卫星星座，如国外的OneWeb、Telesat、SpaceX，国内的鸿雁计划、虹云计划又重新回归到这一通信领域。本文针对低轨宽带卫星通信的优劣势和应用场景等进行了相关分析。

1 优劣势分析

低轨卫星星座构成的通信网络能够确保露天环境下在任何时间、任何空间通信可达。从通信的可达性和实时性角度而言，相对于高轨通信卫星，具有“极地覆盖”和“低时延”的优势，相对于地面网络，其优势在于“天基”和“全球无死角覆盖”。

低轨通信卫星相对于地面网络最大的劣势是价格高昂，与地球静止卫星不同，低轨宽带星座配套的天线需要能够跟踪多颗卫星，因此必须使用相控阵天线，同时低轨卫星通常采用了可用频带较宽的Ka波段，也将造成了应用终端及天线的研制难度和价格较高，因此成本效率和能量效率都很低。

因此，由于低轨卫星有着天然的“性价比”劣势，应避开5G网络的潜在应用领域，要与5G网络形成差异化的竞争，其应用和市场定位应该在5G网络涵盖的应用领域之外。

从技术相关度和市场潜力两个维度，可以把应用领域大致切分为4个区域，分别用市场潜力高、低，和技术相关度高、低进行描述。

图1 技术相关度和市场潜力

2 关注领域

低轨卫星通信应与5G网络应用领域形成差异化，应关注技术相关度较高的领域，具体可表现为以下方面：

（1）全球覆盖优势带来的应用领域需求：一是陆地网络覆盖盲区（沙漠、山区、偏远村落等特殊通信需求）；二是灾害区域（地震、海啸、龙卷风、战争等应急通信）；三是高空（飞机、热气球、高空无人机等）；四是海洋（远海船舶、深海油气平台、海洋气象传感网络等）；五是极地（南、北极）。

（2）功能增强领域需求：一是星基AISVDES、星基ADS-B数据应用；二是卫星导航增强数据；三是高移动性通信；四是低延时通信。

3 应用评估

这里汇总了前期调研的所有可能的应用领域，并多名相关业内人士打分并取平均值，对这些应用领域的技术相关性和市场潜力进行了评估。

市场评估是低轨卫星通信在该应用方向的市场价值的判断。价值很大，10-9分；价值大，8-7分；价值一般，6-5分；价值较低，4-3分；价值低，2-0分。技术相关性评估是该应用方向对低轨卫星通信技术依赖性、关联性的判断。高相关性，10-9分；较高相关性，8-7分；中相关性，6-5分；较低相关性，4-3分；低相关性，2-0分。

评估结果如表1所示。

表1 技术相关性和市场潜力

图2 技术相关性和市场潜力

4 应用场景设想

表2列举了应用场景设想，并从连接方式，优先级、产品类型、连接时延、连接实时性、地理分布等进行了分析。

表2 应用场景设想

5 结束语

近年来，地球静止通信卫星正在受到新兴低轨宽带通信卫星星座的挑战，这些巨型星座通常由几百甚至上千颗卫星组成，国外如OneWeb、SpaceX、Telesat等都已经有明确的发展计划，而我国的“虹云”计划与“鸿雁”计划也已完成了首颗试验星的发射和在轨测试，可以想象在更远的未来将会构建成一个天地一体化无缝连接的宽带通信网络，期望通过本文对低轨宽带卫星的应用场景的粗浅分析能抛砖引玉，并同时为推动低轨宽带通信卫星技术和商业的发展提供一些参考。