“互聯(lián)網(wǎng)+衛(wèi)星通信”：加速“一帶一路”融合互通

文/李嵩

▲衛(wèi)星移動(dòng)通信解決高鐵上無法打電話問題

隨著網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)與人類社會(huì)生產(chǎn)和與生活的聯(lián)系愈發(fā)緊密，全球范圍內(nèi)衛(wèi)星通信寬帶化、移動(dòng)化和個(gè)人化已成必然趨勢。這與我國“一帶一路”信息化建設(shè)需求，以及我國相繼實(shí)施的“三網(wǎng)融合”“寬帶中國”等發(fā)展策略的整體趨勢相契合。

我國的衛(wèi)星通信既可以在這個(gè)黃金機(jī)遇期內(nèi)為經(jīng)濟(jì)文化交流、信息化建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供強(qiáng)力支撐，也可以以此為驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級和涵蓋上下游產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展。

“一帶一路”引領(lǐng)市場需求

“一帶一路”貫通中亞、南亞、東南亞等亞洲區(qū)域，連接歐洲與亞太地區(qū)兩大經(jīng)濟(jì)圈，隨著建設(shè)的推進(jìn)，經(jīng)濟(jì)、文化合作和交流的加深，人員、資金流動(dòng)的增加，組織、企業(yè)及個(gè)人實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的進(jìn)行多媒體信息交互式通信的需求將越來越迫切，通信總量將呈幾何級數(shù)增長。

作為絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶上重要中轉(zhuǎn)站的中亞和西亞地區(qū)，人口分布不均勻，地形地貌復(fù)雜，通信等基礎(chǔ)設(shè)施欠發(fā)達(dá)，通過地面光纖或蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)普及多媒體通信，其成本高、周期長、起效慢，加上生態(tài)環(huán)境惡化造成的自然災(zāi)害頻發(fā)以及不穩(wěn)定的政治環(huán)境導(dǎo)致的軍事沖突，都可能引起地面通信網(wǎng)絡(luò)的失效，因此，寬帶衛(wèi)星通信是實(shí)現(xiàn)這一地區(qū)信息化和網(wǎng)絡(luò)化的可行途徑。

海上運(yùn)輸方面，衛(wèi)星移動(dòng)通信應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，但目前還沒有覆蓋“一帶一路”海上和陸路的區(qū)域通信衛(wèi)星系統(tǒng)。目前，在軌運(yùn)營的只有我國的“天通一號”、印尼的“亞洲蜂窩”和阿聯(lián)酋的“瑟拉亞一號”等幾個(gè)獨(dú)立的區(qū)域衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，不僅覆蓋區(qū)域面積有限，而且受容量限制，為客戶提供寬帶多媒體通信業(yè)務(wù)的能力不足。

伴隨衛(wèi)星和通信技術(shù)發(fā)展，衛(wèi)星移動(dòng)通信在自然資源監(jiān)測和勘探、能源、交通物流信息和調(diào)度、遠(yuǎn)洋運(yùn)輸、漁業(yè)、海洋及氣象調(diào)查、遠(yuǎn)端設(shè)備的遙測遙控、應(yīng)急通信、個(gè)性化旅游以及荒野山區(qū)通信、遠(yuǎn)程教育和醫(yī)療等方面都將在“一帶一路”信息化建設(shè)中發(fā)揮獨(dú)特作用。

個(gè)人通信方面，無時(shí)、無處、無限制多媒體交互式實(shí)時(shí)通信已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?。從世界發(fā)展趨勢來看，能夠向高鐵、民航客機(jī)等提供“動(dòng)中通”等多媒體通信服務(wù)，以及向地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到的區(qū)域提供互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)的地球同步軌道寬帶通信衛(wèi)星發(fā)展迅猛。

截至2016年，世界在軌運(yùn)營的寬帶通信衛(wèi)星達(dá)到56顆，而目前亞洲國家運(yùn)營的寬帶通信衛(wèi)星僅有我國的“中星十六號”和泰國的“iPStar”，不僅在單星容量上與歐美國家新一代寬帶衛(wèi)星差距明顯，更無法滿足“一帶一路”區(qū)域未來10年內(nèi)商業(yè)移動(dòng)通信100Tbps的市場需求。

2015年，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)建設(shè)成為新熱點(diǎn)，世界多家公司向全球無線電頻率協(xié)調(diào)委員會(huì)提出了動(dòng)輒數(shù)千顆衛(wèi)星的頻率軌位申請表，發(fā)展以面向個(gè)人互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)的低軌道通信衛(wèi)星星座。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球互聯(lián)網(wǎng)流量每隔5年翻4倍，智能手機(jī)問世后，移動(dòng)智能終端的流量占全部流量的69%?！耙粠б宦贰眳^(qū)域龐大的市場和需求，將成為未來商業(yè)衛(wèi)星通信增長最快的市場，預(yù)計(jì)將會(huì)占全球1/4的份額。

目前，我國擁有全球最多的互聯(lián)網(wǎng)用戶，但每100萬人平均占有衛(wèi)星空間段帶寬量僅是美國的1/50。大力發(fā)展寬帶通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，首先要解決國內(nèi)“高鐵無法打電話、飛機(jī)無法上網(wǎng)”的實(shí)際問題，再填補(bǔ)國內(nèi)不同地區(qū)的“數(shù)字鴻溝”，實(shí)現(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋所有行政村，建立一個(gè)有中國特色的立足于服務(wù)國內(nèi)，惠及“一帶一路”地區(qū)的大型寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，這不僅利于我國搶占頻率和軌位等珍稀戰(zhàn)略資源，也對維護(hù)國家信息安全，保持空間信息領(lǐng)域的國家競爭力具有重要作用。

▲衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)

▲衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)

“三網(wǎng)融合”驅(qū)動(dòng)融合發(fā)展

近年來，隨著衛(wèi)星固定通信、衛(wèi)星移動(dòng)通信、衛(wèi)星直接廣播三種業(yè)務(wù)融合，地面電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)三網(wǎng)融合，各種衛(wèi)星通信網(wǎng)與各種地面通信網(wǎng)、互聯(lián)互通，以及未來的通信網(wǎng)，必將是一個(gè)包含地下的光纜、地面的微波和蜂窩移動(dòng)通信，低軌道、中軌道以及地球同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成的服務(wù)于全球的混合通信網(wǎng)。

它們之間既可以單獨(dú)組成通信系統(tǒng)，也可以在不同的系統(tǒng)間互聯(lián)互通真正構(gòu)成全球無縫覆蓋天地一體化的能夠提供各種寬帶和多種業(yè)務(wù)的綜合信息網(wǎng)。在未來綜合信息網(wǎng)中，任何個(gè)人可在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間、與任何人互通任何種類的信息。

此外，融合的發(fā)展趨勢也將影響衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展，寬帶多媒體衛(wèi)星通信將成為地面信息高速公路的一個(gè)重要組成部分，將為正在到來的信息化社會(huì)提供各種服務(wù)。衛(wèi)星移動(dòng)通信業(yè)務(wù)將成為個(gè)人通信業(yè)務(wù)不可缺少的組成部分，第三代移動(dòng)通信業(yè)務(wù)將由地面和衛(wèi)星移動(dòng)通信共同組成，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)提供干線傳輸和蜂窩回程業(yè)務(wù)，成為地面網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，解決“最后一公里問題”。

▲衛(wèi)星互聯(lián)互通

另外，衛(wèi)星通信載荷會(huì)朝兩個(gè)方向發(fā)展：一是繼續(xù)發(fā)展地球同步軌道衛(wèi)星載荷，二是發(fā)展低軌小衛(wèi)星載荷。衛(wèi)星載荷由透明轉(zhuǎn)發(fā)器向處理轉(zhuǎn)發(fā)器變化，使用的頻段由低向高變化，轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬在逐漸變大，轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)量在逐漸增多，天線向多波束點(diǎn)波束變化，且數(shù)量也在增加。

小衛(wèi)星是衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展的重要方向。隨著全球移動(dòng)通信需求的增加和微電子、微機(jī)械和高級材料等新技術(shù)的迅速發(fā)展，衛(wèi)星小型化和小衛(wèi)星的發(fā)展正在蓬勃興起。小衛(wèi)星“好、快、省”的特點(diǎn)既可以單顆廉價(jià)快速完成專項(xiàng)任務(wù)，又可以組成分布式星座完成某些大衛(wèi)星的任務(wù)，是21世紀(jì)衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。

▲通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行示意圖

“天地一體”實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破

▲2015年8月，由中國航天科技集團(tuán)公司承制的天津聯(lián)通衛(wèi)星通信應(yīng)急指揮車緊急出動(dòng)，抵達(dá)天津港，為“8·12”瑞海公司危險(xiǎn)品倉庫特別重大火災(zāi)爆炸事故災(zāi)情評估和救援指揮提供服務(wù)

目前，我國寬帶移動(dòng)通信衛(wèi)星與國際先進(jìn)水平尚有較大差距，但也便于利用后發(fā)優(yōu)勢，少走彎路，基于現(xiàn)有載荷、平臺技術(shù)水平與工程實(shí)現(xiàn)能力，以實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)“天地一體化”為目標(biāo)，開展技術(shù)攻關(guān)。

天地一體化衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星間、衛(wèi)星與地面間，以及地面各系統(tǒng)間交叉?zhèn)鬏敳粩嘣龆啵幸惶捉y(tǒng)一兼容高效的空間通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)來保障。由于地面網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不能直接用在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)上，因此有必要為天地一體化衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)制定合適的協(xié)議。

對于寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)，要著力解決天地一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，面對的關(guān)鍵技術(shù)主要有：空中接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、星上處理及交換、衛(wèi)星IP技術(shù)、優(yōu)化和提升服務(wù)質(zhì)量、降低高頻段傳輸雨耗，特別是對于我國南方經(jīng)常下雨的地區(qū)具有重要研究價(jià)值。

地球同步軌道大型衛(wèi)星平臺方面，需要持續(xù)開展電源、推進(jìn)、控制和熱控制四個(gè)方面研究，提升功率和有效載荷質(zhì)量，完善平臺的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)和應(yīng)用。有效載荷方面，關(guān)鍵技術(shù)主要有通信衛(wèi)星天線、通信轉(zhuǎn)發(fā)器、星上信號處理、衛(wèi)星ATM、自適應(yīng)調(diào)零天線等。從長遠(yuǎn)角度看，衛(wèi)星上處理和交換方式的處理轉(zhuǎn)發(fā)器是未來轉(zhuǎn)發(fā)器的主流，應(yīng)盡早開始預(yù)研。

衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)主要包括空中接口技術(shù)，運(yùn)行控制技術(shù)和移動(dòng)性管理技術(shù)。從國外發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來看，地球同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)由于前期部署成本較低，較為適宜系統(tǒng)部署市場需求較小、盈利模式不清晰的市場；中低軌衛(wèi)星星座系統(tǒng)由于單顆部署成本較低，衛(wèi)星數(shù)量龐大、系統(tǒng)容量較高，對于全球覆蓋具有巨大優(yōu)勢。

目前，移動(dòng)通信衛(wèi)星上要解決的關(guān)鍵技術(shù)有星載多波束天線技術(shù)和星上處理及交換技術(shù)。小衛(wèi)星有效載荷的關(guān)鍵技術(shù)包括微小型化、低功耗技術(shù)，綜合一體化通信載荷技術(shù)和分布式載荷技術(shù)等。手持終端則要解決自主位置確定和小區(qū)快速搜索等技術(shù)問題。

低軌小衛(wèi)星星座除了要解決復(fù)雜的協(xié)同飛行和星間鏈路問題，還需要在衛(wèi)星飛過赤道上空時(shí)調(diào)整功率通量密度，避免對地球同步軌道衛(wèi)星的地面服務(wù)造成干擾。另外，由于衛(wèi)星在變軌過程中要頻繁穿越高能粒子輻射帶，提高抗輻射能力也十分關(guān)鍵。

“互聯(lián)網(wǎng)+”帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)成形

衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)主要包括衛(wèi)星業(yè)務(wù)應(yīng)用（移動(dòng)通信、寬帶通信、固定通信和廣播電視等）、衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射和地面系統(tǒng)制造4個(gè)部分。根據(jù)近年來國外成熟衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的營收額來看，衛(wèi)星業(yè)務(wù)應(yīng)用收入占整個(gè)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)收入的一半以上，帶動(dòng)了整個(gè)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)收入的增長。

目前，我國的衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)開發(fā)還處在起步階段，衛(wèi)星總體性能和技術(shù)水平與歐美強(qiáng)國相比差距明顯，已入軌運(yùn)行的移動(dòng)通信衛(wèi)星和寬帶衛(wèi)星都帶有技術(shù)驗(yàn)證性質(zhì)，還無法滿足國內(nèi)外用戶面向個(gè)人的移動(dòng)、寬帶等業(yè)務(wù)需求。

▲中國航天有關(guān)單位研制的“動(dòng)中通”

▲電信運(yùn)營商應(yīng)急通信車

市場開發(fā)方面，缺乏推動(dòng)衛(wèi)星通信市場化運(yùn)行的資源和頂層指導(dǎo)，專用網(wǎng)絡(luò)多，商業(yè)開發(fā)少，產(chǎn)業(yè)鏈不健全，衛(wèi)星業(yè)務(wù)應(yīng)用不成體系，往往空間先建設(shè)，地面后應(yīng)用，無法有效提高衛(wèi)星通信的技術(shù)優(yōu)勢和資源效率。

為迎合市場需求，加快技術(shù)進(jìn)步，應(yīng)該形成機(jī)制，鼓勵(lì)民間資本進(jìn)入航天領(lǐng)域，采用“互聯(lián)網(wǎng)+衛(wèi)星通信”形成產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展。同時(shí)，衛(wèi)星業(yè)務(wù)應(yīng)用的市場開發(fā)可由互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)參與運(yùn)營和推廣，既帶來創(chuàng)新的活力，也能加快衛(wèi)星通信和互聯(lián)網(wǎng)在市場和技術(shù)方面的雙向融合。

衛(wèi)星制造領(lǐng)域，鼓勵(lì)民營企業(yè)進(jìn)入，通過采用大量工業(yè)級元器件替代航天級產(chǎn)品、“三化”設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)，降低成本、縮短研制周期?！皣谊?duì)”則專注于靜止軌道大型衛(wèi)星平臺和載荷的高新技術(shù)創(chuàng)新，并對民營企業(yè)通過技術(shù)入股形式進(jìn)行技術(shù)扶持，將成熟、通用技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。

衛(wèi)星發(fā)射領(lǐng)域，“國家隊(duì)”專注于大型衛(wèi)星發(fā)射，并通過“一箭多星”形式集中發(fā)射小衛(wèi)星，進(jìn)行衛(wèi)星星座組網(wǎng)；民營公司的小火箭則在星座的填隙和靈活部署時(shí)使用，最大限度地降低整個(gè)星座的發(fā)射成本。地面系統(tǒng)方面與電信運(yùn)營商深度合作，可以解決通信網(wǎng)絡(luò)的天地一體化問題。

總之，通過“互聯(lián)網(wǎng)+”思維實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信市場的成功開發(fā)，既可以打破行業(yè)壁壘和壟斷，通過競爭加速創(chuàng)新并降低成本；外部資本的進(jìn)入也可以改變單一國家投資模式，帶來活力和動(dòng)力，加速產(chǎn)業(yè)成形和快速發(fā)展。在“一帶一路”大市場牽引下，天地一體的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)一定會(huì)加速與“三網(wǎng)融合”，促進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+衛(wèi)星通信”產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，支撐“一帶一路”互聯(lián)互通信息化建設(shè)進(jìn)程。