展望低軌星座寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)

+ 西安星展測控董事長 韓 磊

展望低軌星座寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)

+ 西安星展測控董事長 韓 磊

衛(wèi)星通信再現(xiàn)發(fā)展空間

2006年，以蘋果手機的誕生為標志，人類進入了移動互聯(lián)網(wǎng)時代?，F(xiàn)在，人們購買商品、出行打車、餐館排隊、購買機票乃至醫(yī)院掛號都可以通過手機移動網(wǎng)絡來解決。很難想象，現(xiàn)代人離開移動互聯(lián)網(wǎng)將怎樣生活。然而，移動互聯(lián)網(wǎng)從誕生到現(xiàn)在全面滲透人類生活僅僅只用了十年的時間。

令人感慨的是，盡管衛(wèi)星通信系統(tǒng)早在上世紀60年代就已誕生，然而，目前絕大多數(shù)人們的生活與衛(wèi)星通信系統(tǒng)構建的衛(wèi)星網(wǎng)絡并無關聯(lián)。其實，在光纖網(wǎng)絡以及移動互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)之前的很長一段時間，遠距離的寬帶數(shù)據(jù)通信，主要是依靠衛(wèi)星通信系統(tǒng)來完成的，在上世紀90年代初期，互聯(lián)網(wǎng)剛剛進入中國的時候，中國連接世界其他區(qū)域的網(wǎng)絡只能依靠衛(wèi)星組網(wǎng)。

雖然現(xiàn)代城市擁有完善的通信網(wǎng)絡，我們的手機可以隨時高速接入互聯(lián)網(wǎng)，但世界上還有非常多的區(qū)域無法有效地接入寬帶互聯(lián)網(wǎng)：絕大多數(shù)飛機、遠洋貨輪還無法連接網(wǎng)絡，沙漠、高山、偏遠地區(qū)由于經(jīng)濟性的原因，地面運營商網(wǎng)絡覆蓋欠佳，使地球上依然有30億以上的人口無法輕易地接入互聯(lián)網(wǎng)。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)經(jīng)過了半個多世紀的發(fā)展，已經(jīng)從最初的模擬低帶寬通信發(fā)展到了高通量數(shù)字通信。現(xiàn)在同步軌道上的通信衛(wèi)星最主要的用途是廣播電視覆蓋，也有一些同步軌道衛(wèi)星資源被用于專網(wǎng)服務以及互聯(lián)網(wǎng)接入服務。但是，由于目前衛(wèi)星通信領域很少出現(xiàn)類似地面運營商體量的超大型公司，衛(wèi)星公司及運營商的規(guī)模相對地面運營商來說都非常小，資金規(guī)模與客戶數(shù)量也相對較小。由于無法產(chǎn)生足夠的規(guī)模效應，對于用戶來說，高昂的使用資費一直都是衛(wèi)星通信大規(guī)模應用的主要障礙。

近年來，非常多的Ka頻段的HTS衛(wèi)星陸續(xù)提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務，在北美、歐洲等地區(qū)，由于地廣人稀，衛(wèi)星網(wǎng)絡對許多的家庭來說是性價比最高、最適合的上網(wǎng)方式。采用點波束覆蓋的HTS衛(wèi)星能夠提供傳統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)百倍的通信容量，這使得衛(wèi)星通信的成本大大降低，也促使人們對衛(wèi)星通信這個相對傳統(tǒng)的方式進行重新思考。

低軌星座寬帶衛(wèi)星通信迎來風口

目前，全世界將近500顆通信衛(wèi)星當中，絕大多數(shù)是同步衛(wèi)星。大名鼎鼎的O3b系統(tǒng)則采用的是中軌道衛(wèi)星。在低軌星座衛(wèi)星系統(tǒng)中，最出名的就是銥星系統(tǒng)了。

與此同時，美國SpaceX公司與OneWeb公司也在布局未來的低軌星座。兩個公司在近幾年不斷發(fā)布消息，數(shù)千顆衛(wèi)星將在未來10年內(nèi)發(fā)射升空，為全球提供互聯(lián)網(wǎng)服務。若這些計劃變成現(xiàn)實，將是人類通信方式的又一次重大革命。帶寬將更加廉價，接入方式也將更加方便，并最終實現(xiàn)人們“互聯(lián)無處不在”的夢想。

未來十年，低軌星座寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)將與地面移動通信系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展，共同構建天地一體的寬帶通信網(wǎng)絡。資金實力雄厚的地面運營商也會關注到這一市場。低軌衛(wèi)星的使用就如同將地面基站架設在了1000千米左右的高空，覆蓋范圍大大增加，數(shù)千顆衛(wèi)星組成的星座覆蓋全球各個角落，也使全球無覆蓋盲區(qū)的運營成為可能。

我們可以大膽設想，很多人口稀少地區(qū)，運營商將不再采用鐵塔+大型基站設備進行覆蓋，而是直接采用架設在屋頂上的轉(zhuǎn)發(fā)天線來實現(xiàn)對房屋以及周邊地區(qū)的信號覆蓋，這將使得硬件投入成本大大降低。另外，由于低軌衛(wèi)星的時延非常小，遠低于同步衛(wèi)星的時延，這就使許多需要大帶寬、低時延的應用得以開展，比如VR購物、視頻通話等應用。對于移動載體來說，低軌星座通信衛(wèi)星系統(tǒng)將帶來巨大的改變，過去我們乘坐飛機時，無法輕易連接互聯(lián)網(wǎng)，即便是目前已經(jīng)有飛機能夠提供上網(wǎng)服務，帶寬也無法得到保證，在未來，我們能夠在飛機上得到和家中一樣的上網(wǎng)體驗。

低軌星座寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展，也必將帶動超小型相控陣通信天線技術的發(fā)展。在各類移動載體以及固定用途的通信系統(tǒng)中，低成本、小型化、超低輪廓將是此類天線產(chǎn)品共同的特點。據(jù)美國北方天空研究公司（NSR）的《平板衛(wèi)星天線報告（第二版）》的預測，到2026年，全球平板相控陣衛(wèi)星通信天線設備銷售額將達到91億美元。

可以預見，在未來幾年，各主要國家必然在空間段以及頻率資源上展開激烈爭奪，以獲得低軌星座寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展的良好條件。中國的航天、電子相關部門目前已經(jīng)開始了這方面的工作，爭取在此領域能夠?qū)崿F(xiàn)自主系統(tǒng)的廣泛應用。國內(nèi)很多企業(yè)也在積極參與相應的研發(fā)論證工作。

人類正在大規(guī)模地開發(fā)太空資源，服務于全球日益增長的帶寬需求。我們有理由期待，天地一體融合的通信網(wǎng)絡將給人類社會的進步帶來前所未有的助推力。20MHz均衡開關矩

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