低空衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)前瞻

張成貴

摘 要：當(dāng)下是信息技術(shù)飛速發(fā)展的時代，是計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已深入到社會的各個角落的時代，是Internet對社會生活和經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生巨大影響的時代。隨著手提電腦、平板電腦和手機等網(wǎng)絡(luò)終端技術(shù)的飛速發(fā)展，對無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也提出了更高的要求。文章將對未來低空衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：低空衛(wèi)星；無線網(wǎng)絡(luò)；懸?。换ヂ?lián)；發(fā)展前景

隨著智能手機等智能網(wǎng)絡(luò)移動終端技術(shù)的日新月異，移動互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)民的數(shù)量呈現(xiàn)出爆炸式的增加，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過使用布滿連接線的普通計算機網(wǎng)民，目前的WIFI等無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)越來越呈現(xiàn)出其難以適應(yīng)移動網(wǎng)民需求的弊端，未來無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，必然向高覆蓋、低成本、高穩(wěn)定、低門檻的低空衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)前進(jìn)。低空衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有著其無與倫比的發(fā)展前景。

1 低空衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點

（1）覆蓋范圍廣。整個地球僅用1000多顆低空衛(wèi)星既可以實現(xiàn)全覆蓋無死角。相比地面站或者無線路由器所能覆蓋的那一點地方，一顆衛(wèi)星所能覆蓋的區(qū)域就是天文數(shù)字了。

（2）傳輸速度快。低空衛(wèi)星通信延遲小，與地面的蜂窩通信相近。遠(yuǎn)距離通信通過星間鏈路轉(zhuǎn)發(fā)。云計算技術(shù)的應(yīng)用，單一形式衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)都有利于數(shù)據(jù)的快速交換。

（3）高帶寬。近年隨著毫米波TR組件的發(fā)展，通信衛(wèi)星的工作頻段已全面進(jìn)入Ka時代。通信衛(wèi)星必然向Ka頻段和更高的V（美國AEHF）頻段發(fā)展，未來將會有更高的頻段出現(xiàn)。高頻載波的信息容量更大，能夠提供更高的帶寬，并且能夠?qū)崿F(xiàn)終端小型化。

（4）數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定?？罩械母蓴_相對地面少得多，同一地區(qū)可同時被兩顆以上的衛(wèi)星覆蓋，可避免信號被遮擋。低空衛(wèi)星通信延遲小，誤碼率低。統(tǒng)一的計算規(guī)則也大大減少了數(shù)據(jù)傳輸過程中可能出現(xiàn)的問題。

（5）成本低。低空衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟以后，無需在太平洋底下鋪設(shè)光纜就可以輕易實現(xiàn)中美信息互動，無需在城市、樓棟之間架設(shè)纜線就可以實現(xiàn)隨時隨地網(wǎng)上交流。它的成本集中在了衛(wèi)星及其管理維護(hù)上，對消費者而言其成本大大降低，無疑是消費者的福音，即使運營商的成本與現(xiàn)在相比也會大幅度下降。

2 低空衛(wèi)星技術(shù)

（1）衛(wèi)星升空的問題。低空衛(wèi)星最適宜的高度應(yīng)該是在平流層上半部分，即距地面3萬米到5萬米之間。如果太高，衛(wèi)星就會到達(dá)空氣垂直對流強烈而且相對稀薄的中間層，不利于衛(wèi)星的穩(wěn)定；如果太低，衛(wèi)星信號就容易被高山遮擋，覆蓋面積也會減小，而且容易與飛機等人造飛行器遭遇而發(fā)生危險。如果要保持衛(wèi)星不墜落，可以讓其圍繞地球運動起來，不過這樣需要消耗大量的能量，并且衛(wèi)星所覆蓋的地域范圍會一直在改變，大大增加了衛(wèi)星處理數(shù)據(jù)的工作量。所以必須采取懸浮技術(shù)，讓衛(wèi)星懸浮在4萬米左右高空的相對固定位置浮動。要實現(xiàn)這一狀況，就目前的技術(shù)手段，需要用到復(fù)合材料甚至納米材料制作的真空飛行器。這種飛行器能承受比鋼材多近千倍的拉力，且能承受外部巨大的壓力或沖擊力，即使與其他飛行器碰撞也無所畏懼。將這種飛行器制設(shè)計成內(nèi)外球套球的充氣結(jié)構(gòu)，通過空氣泵抽氣充氣的方法控制其內(nèi)部空氣的密度來達(dá)到其在大氣中升降的目的，萬一外球破損，內(nèi)球會依然保持真空狀態(tài)，將衛(wèi)星拉住。并將三套該飛行器扎成一束，共同承載一顆衛(wèi)星，這樣即使飛行器受到隕石等外力的直線撞擊，也不至于全部損毀，從而可以人工控制衛(wèi)星緩慢著陸進(jìn)行維護(hù)。在飛行器外壁貼滿太陽能電池板，以收集足以支撐衛(wèi)星正常運行所需的電能。它巨大的外形也有利于衛(wèi)星在天空中能夠及時被發(fā)現(xiàn)。

（2）星間鏈路的問題。1000多顆衛(wèi)星建立起一張覆蓋全球的無線衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡(luò)，這就需要各個衛(wèi)星之間有功能強大的星間鏈路做數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹巍Ｐ巧咸幚砗徒粨Q技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛使用。所有信息的轉(zhuǎn)發(fā)將過星間鏈路傳輸，星間鏈路將采用V波段、W波段或激光傳輸，傳輸帶寬目前已達(dá)到GB量級，美國的軍用和民用衛(wèi)星大多具有星間傳輸功能。由于低空衛(wèi)星的覆蓋面積較之于高空衛(wèi)星要小得多，遠(yuǎn)距離傳輸需要經(jīng)過中間衛(wèi)星實現(xiàn)，增加了衛(wèi)星處理的數(shù)據(jù)量，可采用高低空衛(wèi)星組網(wǎng)來減少數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)，降低星間傳輸延遲，但這樣無疑增加了組網(wǎng)的復(fù)雜度和數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟环€(wěn)定性。在星間鏈路帶寬足夠的情況下，低空衛(wèi)星之間數(shù)據(jù)傳輸就不成問題了。不難想象幾年之后，星間鏈路的帶寬成千上萬倍的增長，完全可以支撐低空衛(wèi)星之間的數(shù)據(jù)交換。

（3）衛(wèi)星如何分布。低空衛(wèi)星應(yīng)當(dāng)采用正六邊形頂點結(jié)構(gòu)分布于地球上空，衛(wèi)星的覆蓋半徑要大于正六邊形的邊長。在人口密集的五大洲板塊上空，低空衛(wèi)星分布要密集，以減小單個衛(wèi)星的數(shù)據(jù)處理壓力，在大洋和兩極上空，則只需分布少量衛(wèi)星即可。這也正是只有懸浮衛(wèi)星可以實現(xiàn)、運動衛(wèi)星無法企及的性能。六邊形頂點結(jié)構(gòu)可以使每顆衛(wèi)星更大限度的覆蓋其服務(wù)區(qū)，同一地區(qū)可同時被2顆以上衛(wèi)星覆蓋，可避免信號被遮擋。

還有就是數(shù)據(jù)處理問題。1000多顆低空衛(wèi)星要處理全球幾十億人的信息通訊需求，這就對衛(wèi)星的數(shù)據(jù)處理能力提出了很高的要求。首先必須能夠很快的判斷源數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)終端所在服務(wù)區(qū)域的衛(wèi)星（可通過衛(wèi)星自動定位技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)終端主動發(fā)送重新定位請求來實時刷新），然后確定最短星間鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以減少星間數(shù)據(jù)傳輸所涉及的衛(wèi)星數(shù)量。云計算的出現(xiàn)和快速的發(fā)展（中國的云計算技術(shù)也不甘落后，如王堅的阿里云），必將對低空衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理技術(shù)提供極大地幫助。正如王堅所說，云計算可以讓你做以前不能做的事情，做以前不能做的規(guī)模。

（4）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問題。任何事物的發(fā)展都是從起步階段一步一步擴展的，低空衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也不例外。這就要求在低空衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的初級階段，必須做好其與地面網(wǎng)絡(luò)的對接功能。衛(wèi)星通信與地面網(wǎng)絡(luò)融合是必然趨勢，而地面數(shù)字技術(shù)的發(fā)展也將影響并引導(dǎo)衛(wèi)星通信的發(fā)展。在不久的將來，低空衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)必將徹底替代目前的地面網(wǎng)絡(luò)。

3 結(jié)語

當(dāng)今社會，已離不開網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了一種新的文化，給我們的生活生產(chǎn)學(xué)習(xí)帶來了翻天覆地的變化。各種新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，解決各種難題，極大地提高了人們的生活水平。低空衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，蘊藏著巨大的潛力，特別是人們的生活節(jié)奏越來越快，對于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的要求就會越來越高。技術(shù)開發(fā)商應(yīng)該盡快投身于低空衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)（硅谷已致力于這方面的研究），讓低空衛(wèi)星盡早上天，讓無線網(wǎng)絡(luò)無處不在。運營商也應(yīng)該抓住市場發(fā)展的基本規(guī)律，著手打造自己的無線網(wǎng)絡(luò)終端，準(zhǔn)備低空衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)化模式，在今后的運營中占據(jù)先機。另外，低空衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該與WIFI技術(shù)緊密結(jié)合，取長補短，酌盈劑虛。雖然目前很多技術(shù)實現(xiàn)起來非常困難（如數(shù)字器件的性能），但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和社會的持續(xù)發(fā)展，低空衛(wèi)星無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必將有著廣泛的發(fā)展前景。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張茁.無線WiFi技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展分析[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014（6）：24-26.

[2]劉振華.未來通信衛(wèi)星的發(fā)展趨勢[J].硅谷，2014（9）：55-58.

[3]王明會.下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J].現(xiàn)代有線傳輸，2005（2）：44-46.

The Prospect of Low Altitude Satellite Wireless Network Technology

Zhang Chenggui（Jiangsu Broadcasting Cable Information Network Co.，Ltd.， Lianyungang Branch， Lianyungang 222000， China）

Abstract： Today is the era of rapid development of information technology.Today is the era of the computer network technology has penetrated into every corner of the society.Today is the era of the internet has a great influence on social life and economic development. Its put forward higher requirements on wireless network technology with the rapid development of computer， tablet computer and mobile phone network terminal technology. In this paper， the future development of low altitude satellite wireless network technology is elaborated.

Key words： low altitude satellite； wireless network； suspension； interconnection； development prospect