衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展亮點分析及啟示

文|孫晨華 盧山 趙海峰

中國電科網(wǎng)絡(luò)通信研究院

圖3 傳統(tǒng)高軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)模式示意

圖4 新興低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)模式示意

（4）手機直連衛(wèi)星

傳統(tǒng)的通信衛(wèi)星因為距離地面遠(yuǎn)，到達(dá)地面功率弱，均不支持與通常使用的地面移動通信手機直連。近年來，隨著地面天線技術(shù)和芯片技術(shù)的發(fā)展，在地面移動通信手機中可以嵌入相關(guān)衛(wèi)星通信模塊，支持直接與衛(wèi)星通信。為了達(dá)到手機直連衛(wèi)星與手機地面移動相同的能力，衛(wèi)星需要超大型天線，通過更大的輻射功率和接收增益提供相比地面移動速率不降低、用戶體驗不下降的手機直連衛(wèi)星服務(wù)。目前市場上的蘋果和華為Mate50 具有直接使用衛(wèi)星的模式，但能力非常弱，只能提供短信等服務(wù)，而后續(xù)隨著衛(wèi)星向大天線發(fā)展，使得地面移動手機同時支持直連衛(wèi)星，用戶可獲得更高質(zhì)量的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)體驗。

三、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展亮點概要及分析

近期衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展可總結(jié)為如下6 個亮點。

一是全球首個中密度星間無鏈路Ku 頻段低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)建成，并規(guī)劃了后續(xù)中軌互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。2023 年3 月26 日，OneWeb 部署完成其低軌空間段618 顆衛(wèi)星的星座。OneWeb 是世界上第一個全球連續(xù)覆蓋、衛(wèi)星超低成本、地面全球布站的Ku頻段寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座。OneWeb 還謀劃了中、高軌擴展思路，規(guī)劃的中軌星座獲得美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）批準(zhǔn)，為未來實現(xiàn)高、中、低一體化運營奠定基礎(chǔ)。

二是全球首個高密度互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)百萬級以上用戶服務(wù)，且不斷派生子星座。星鏈?zhǔn)侨蛭ㄒ豢焖俳ㄔO(shè)中的高密度互聯(lián)網(wǎng)星座，截至2023 年5 月已成功發(fā)射4469 顆衛(wèi)星，全球布站超150 個，用戶數(shù)超150 萬個，星座已形成全球服務(wù)能力。目前星鏈發(fā)展的四個子星座分別為：星鏈小衛(wèi)星星座（低安全等級，高頻段用戶）；大衛(wèi)星子星座（星上承載高性能處理）；L 頻段子星座（手機直連星座）；星盾子星座（高安全等級，高頻段用戶）。

三是全球首個直連跟蹤層和感知層的傳輸星座試驗取得進(jìn)展，形成中繼和通信融合星座。美國太空發(fā)展局（SDA）提出的太空體系架構(gòu)包含了全球首個直連跟蹤層星座、感知層星座的中繼傳輸?shù)蛙壭亲?023 年4 月，SpaceX 公司為美國太空發(fā)展局發(fā)射了2 顆跟蹤層衛(wèi)星和8 顆傳輸層中繼傳輸層衛(wèi)星，軌道高度為1000km，主要用于軍事目的。功能示意如圖 5 所示。

五是進(jìn)行衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)研究，提高衛(wèi)星星座在軌信息處理能力。在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)方面，國外多所高校和實驗室已經(jīng)取得一定的體系性研究進(jìn)展，但未達(dá)到體系應(yīng)用水平；哈里斯（Harris）、衛(wèi)迅（Viasat）、休斯（Hughes）等多家公司已開展跨衛(wèi)星網(wǎng)系終端智能自動切換方面的研究；多種智能算法用于系統(tǒng)運維管控中，但整體智能管控水平較為低級；遙感類在軌智能處理技術(shù)應(yīng)用最為成熟；在軌高性能處理軟硬件平臺已受到廣泛關(guān)注。

六是我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)（全球首個多功能星間互聯(lián)低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)）建設(shè)加速推進(jìn)，形成中繼、寬帶通信、窄帶通信融合星座。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施，是保障國家安全的戰(zhàn)略性工程，我國實施多項舉措推動衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用。2020年4 月，國家發(fā)改委首次明確將“5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)為代表的通信基礎(chǔ)設(shè)施”納入新基建。低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是功能最復(fù)雜、難度最大的系統(tǒng)，為減少對全球布站的依賴，同時考慮初期用戶量少，因此采用少量衛(wèi)星，星間全互聯(lián)是一種比較合適的解決思路。

四、對我國低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的啟示和發(fā)展建議

研究星鏈、一網(wǎng)等在建低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，結(jié)合在寬帶衛(wèi)星通信方面的工作，從構(gòu)建我國低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的角度出發(fā)，啟示如下。

1）低軌寬帶星座資源全球高效利用十分關(guān)鍵。低軌寬帶星座造價高，衛(wèi)星全球分布，必須有全球范圍的應(yīng)用，才能獲得系統(tǒng)建設(shè)成本和應(yīng)用效益的匹配。

2）寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)的應(yīng)用深度廣度拓展十分必要。隨著低軌寬帶星座和高通量衛(wèi)星的發(fā)展，全球進(jìn)入寬帶資源“過剩時期”，如果寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)依然圍繞原有市場，不僅造成資源浪費，而且對行業(yè)發(fā)展十分不利。

3）低軌中繼傳輸星座的軍事意義需要高度關(guān)注。低軌中繼傳輸星座直接在太空實現(xiàn)傳感器與射手關(guān)聯(lián)，其應(yīng)用模式與面向人的通信有很大差別。面向人的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要海量用戶隨遇接入，而低軌傳輸星座面向戰(zhàn)術(shù)級，十分強調(diào)安全性和時效性。

4）良好行業(yè)文化和產(chǎn)業(yè)生態(tài)是持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。產(chǎn)業(yè)鏈上下游是一個整體，如果上游一味擠壓下游生存空間，短期效益顯著，但發(fā)展不可持續(xù)。

5）解決從“產(chǎn)品”到“精品”比解決有無更需要重視。我們可以解決低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有無問題，產(chǎn)品有無問題，如何解決從產(chǎn)品到精品的問題，需要更多的關(guān)注和投入。

基于以上發(fā)展啟示，結(jié)合我國目前低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展思路，建議如下。

1）民、商衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展路線研究。需要不斷深入學(xué)習(xí)全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展經(jīng)驗和新思路，結(jié)合國情，加強研討和調(diào)研，吸收各種不同意見，選擇適合的路線，并不斷根據(jù)形勢和需求進(jìn)行調(diào)整。

2）加強國內(nèi)外系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)鏈成本價格體系研究。需做到對技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、成本、服務(wù)與模式等體系性全面了解，需要系統(tǒng)性地進(jìn)行國內(nèi)外對比，需要根據(jù)國情，向有利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展、規(guī)模應(yīng)用的方向推動。

3）需要加快衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)體系性智能技術(shù)研究，推動6G 智能全面發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)的智能化往往由于缺乏數(shù)據(jù)，難以采用僅基于數(shù)據(jù)的算法實現(xiàn)，因此需研究數(shù)據(jù)和知識雙驅(qū)動的方法，同時需要提前考慮衛(wèi)星載荷、地面站、地面終端需要的智能算力平臺。另外，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)涉及物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層等多層架構(gòu)，需要開展體系模型設(shè)計和各層中不同應(yīng)用場景的研究。

4）需要加快天地融合云網(wǎng)一體技術(shù)研究，支持6G 通感一體發(fā)展。隨著地面云網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建，作為天地一體信息網(wǎng)絡(luò)重要的天基平面，更需要平行開展天基云網(wǎng)構(gòu)建方法和技術(shù)積累，以實現(xiàn)在軌智能、在軌服務(wù)。

5）需要圍繞應(yīng)用拓展，推動地面設(shè)備精品化。地面設(shè)備研制單位承擔(dān)著地面應(yīng)用拓展的重要職責(zé)，應(yīng)該在應(yīng)用的不斷推廣中逐步發(fā)現(xiàn)不足和新需求，不斷創(chuàng)新完善，實現(xiàn)由產(chǎn)品到精品的跨越。