卫星互联网的技术体系、发展趋势与应用

柏 亮

（中国电子科学研究院，北京 100041）

0 引 言

21世纪，卫星互联网有着较大的进步。在系统运用上，卫星广播系统与宽带系统增长速度最显著。最早的通信卫星由美国发射，后发达国家相继发展了各种移动通信系统，同步卫星和通信也逐渐得到了人们的广泛认可[1]。随后，掀起了世界上全球卫星互联网系统的热潮，进一步实现了卫星互联网的长足发展。目前，太空有几百颗同步的通信卫星，为多个国家和地区提供了便利，同时大大提高了人们的生活水平。

1 国内外卫星互联网的发展现状

随着航空航天产业和互联网技术的发展，国际社会也开展了互联网业务的应用。目前，我国开展卫星业务的企业包括中国电信、中信网络和亚洲卫星等，同时也可以投资和租用其他国家的卫星公司来谋划卫星互联网产业，共同促进国际卫星互联网的发展。当前，卫星互联网存在一定的风险：无法阻断跨境传播，通信渠道不受各国间的监管[2]；威胁航空航天安全，造成太空垃圾，导致经济损失；缺乏有效监管制度和监测水平。针对这些问题，需要互联网工作者进行积极规划、研发，提高互联网卫星的监测能力，才有利于卫星互联网系统的完善。

1.1 Starlink卫星星座

Starlink卫星是SpaceX公司4425星低轨移动的通信星座，可以为全球客户提供移动互联网的通信入口端。这种量产型卫星搭载了通信载荷，通信频点采用Ku波段和Ka波段，卫星采用光学星间链路、相控阵波束形成和数字处理技术。

1.2 OneWeb卫星系统

OneWeb始建于2012年，计划通过发射超过600个小卫星到低轨道来实现创建覆盖全球的高速电信网络。它所设想的网络将允许其用户即使在发生灾难、地面上的各类基础设施遭到损坏的情况下，也能与他人取得通信。目前，因为许多发展中国家的通信环境普遍较差，该卫星系统的发展在未来还会使很多发展中国家人民受益。

1.3 鸿雁星座

鸿雁全球卫星星座通信系统是中国航天科技集团公司计划建成的项目。该通信系统将由300颗低轨道小卫星和全球数据业务处理中心组成，具有全天候、全时段以及在复杂地形条件下的实时双向通信能力，可为用户提供全球实时数据通信和综合信息服务。

1.4 虹云星座

虹云工程是中国航天科工集团五大商业航天工程之一。该工程计划发射156颗卫星，在距离地面1 000 km的轨道上组网运行，致力于构建一个星载宽带全球移动互联网络。2022年完成星座部署后，虹云工程将可以提供全球无缝覆盖的宽带移动通信服务，为各类用户构建“通导遥”一体化的综合信息平台。

1.5 天地一体化

天地一体化信息网络是科技创新2030重大项目中首个启动的重大工程项目，被列入国家“十三五”规划纲要以及《“十三五”国家科技创新规划》。天地一体化信息网络由天基骨干网、天基接入网和地基节点网组成，并与地面互联网和移动通信网互联互通，建成“全球覆盖、随遇接入、按需服务、安全可信”的天地一体化信息网络体系。建成后，它将使中国具备全球时空连续通信、高可靠安全通信、区域大容量通信以及高机动全程信息传输等能力。

2 卫星互联网的技术体系

2.1 卫星移动通信系统

卫星移动通信系统主要采用TDMA和CDMA多址联接技术，为全世界的用户提供大跨度、高水平、灵活性和可行性的移动通信服务。它具有很大的优越性，在情况危险的灾害区也具有独特的快捷性，对于远洋船舶也有快速的延伸性。卫星移动通信系统能够覆盖地球的表面并且迅速移动，解决了海陆空及通信不发达地区的移动通信服务，为人们提供了极大便利。卫星移动通信系统示意图如图1所示。

图1 卫星移动通信系统示意图

2.2 宽带卫星通信系统

我进入互联网时代，人们对信息追求无止境。卫星传送语音、视图，实现了多媒体卫星通信，导致对宽带的需求迅速增长，也为很多互联网新兴产业提供了商业契机。系统构成如图2所示。

图2 宽带卫星通信系统示意图

表1 高低轨卫星应用系统优缺点分析

2.3 卫星固定通信系统

固定通信系统作为卫星通信传统的业务，涉及范围有电信服务、数据采集等领域。现阶段，为实现电视与互联网接入的需求，宽带业务成为固定通信业务的主要方向[3]。为了让用户使用灵活方便，用户终端将卫星固定通信系统进一步小型化和智能化。采用新技术后的卫星固定通信系统实现了快速转型，完善了各个服务区业务的通信连接。

3 卫星互联网的发展趋势

目前，卫星互联网处于发展初级阶段，但非常活跃。未来的卫星通信能够最大限度发挥自身优势，快捷便利地把用户所需内容发送给客户，同时实现了卫星产业的快速发展。

3.1 国内发展趋势

我国卫星互联网起步较发达国家晚，近年来逐步提高了对卫星互联网的重视程度。中国航天科工和航天科技人员都积极研发、规划、监测卫星互联网的相关成果。但是，我国卫星互联网监测技术目前还存在一些弊端，相比于国外仍然需要提升，增加卫星互联网的检测能力，逐步建立起安全有效的监测网络，提高卫星互联网信号强度，精准定位，统一规划。卫星通信产业的兴起，对我国经济发展和信息化结构具有重要作用。

我国卫星互联网发展不足的应对方式：鼓励科研机构研究卫星互联网，实现技术突破，不断创新技术；完善互联网的监管手段，降低管理风险，减少互联网无线电的威胁；完善卫星互联网在各个环节的管理和契合，实现资源的有效利用。面对卫星互联网的不利条件，应该积极动员各个部门，提高重视，共同致力于发展卫星互联网技术的水平。

3.2 国外发展趋势

1957年，苏联成功发射第一颗人造地球，开启了航天事业新纪元。此后，世界上各个国家都相继发射卫星。美国Google和Facebook项目，旨在将互联网推向全世界。美国政府对卫星互联网的监管力度大，小卫星成本低，建设卫星通信网络成为可能。如今，国外卫星互联网发展迅速，已不仅仅限于中低轨道。低轨和高轨在各方面有着不同特点，可以利用其优势对其进行应用[4]。表1从系统规模、容量、运行寿命以及覆盖范围等多方面对高轨与低轨卫星应用系统各自的优缺点进行了对比分析。

3.3 技术发展方向

近年来，全球提出了10多家大型卫星星座的研究，大部分星座计划将会在未来5年内推出新一代卫星互联网系统。卫星互联网的发展会得到更大提升，这对卫星互联网监管带来了严峻挑战。因此，解决卫星面临的种种问题，分析并考虑应对措施，对卫星互联网有效的监管和提升卫星通信的发展至关重要。在卫星互联网面前，发展前景日益得到全球人的青睐，各国多方争抢互联网技术，日益成为发展的焦点[5]。

4 结 论

近年来，国内外新型卫星互联网的发展不断进步，但仍然需要后续不断研究探索。卫星互联网现如今仍有许多不足，缺乏严格的监管，同时也会造成一定的经济和人身损失。因此，要完善卫星互联网的技术体系，提高科研水平，加强市场监管和国家监督的力度，精准解决各种互联网问题。处于初级阶段的卫星互联网，机遇和风险并存，需要把握机遇，减少风险，完善信息化服务，保护用户信息安全，在国家监测、政府协调、企业分工的共同作用下实现优质的卫星互联网。