低空衛星無線網絡技術前瞻

張成貴

摘 要：當下是信息技術飛速發展的時代，是計算機網絡技術已深入到社會的各個角落的時代，是Internet對社會生活和經濟發展產生巨大影響的時代。隨著手提電腦、平板電腦和手機等網絡終端技術的飛速發展，對無線網絡技術也提出了更高的要求。文章將對未來低空衛星無線網絡技術的發展進行闡述。

關鍵詞：低空衛星；無線網絡；懸浮；互聯；發展前景

隨著智能手機等智能網絡移動終端技術的日新月異，移動互聯網網民的數量呈現出爆炸式的增加，已遠遠超過使用布滿連接線的普通計算機網民，目前的WIFI等無線網絡技術越來越呈現出其難以適應移動網民需求的弊端，未來無線網絡的發展，必然向高覆蓋、低成本、高穩定、低門檻的低空衛星無線網絡前進。低空衛星無線網絡技術有著其無與倫比的發展前景。

1 低空衛星無線網絡技術的特點

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

（2）傳輸速度快。低空衛星通信延遲小，與地面的蜂窩通信相近。遠距離通信通過星間鏈路轉發。云計算技術的應用，單一形式衛星網絡的架構都有利于數據的快速交換。

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

（4）數據傳輸穩定。空中的干擾相對地面少得多，同一地區可同時被兩顆以上的衛星覆蓋，可避免信號被遮擋。低空衛星通信延遲小，誤碼率低。統一的計算規則也大大減少了數據傳輸過程中可能出現的問題。

（5）成本低。低空衛星無線網絡技術成熟以后，無需在太平洋底下鋪設光纜就可以輕易實現中美信息互動，無需在城市、樓棟之間架設纜線就可以實現隨時隨地網上交流。它的成本集中在了衛星及其管理維護上，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在相比也會大幅度下降。

2 低空衛星技術

（1）衛星升空的問題。低空衛星最適宜的高度應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，衛星就會到達空氣垂直對流強烈而且相對稀薄的中間層，不利于衛星的穩定；如果太低，衛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生危險。如果要保持衛星不墜落，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，并且衛星所覆蓋的地域范圍會一直在改變，大大增加了衛星處理數據的工作量。所以必須采取懸浮技術，讓衛星懸浮在4萬米左右高空的相對固定位置浮動。要實現這一狀況，就目前的技術手段，需要用到復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。將這種飛行器制設計成內外球套球的充氣結構，通過空氣泵抽氣充氣的方法控制其內部空氣的密度來達到其在大氣中升降的目的，萬一外球破損，內球會依然保持真空狀態，將衛星拉住。并將三套該飛行器扎成一束，共同承載一顆衛星，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星緩慢著陸進行維護。在飛行器外壁貼滿太陽能電池板，以收集足以支撐衛星正常運行所需的電能。它巨大的外形也有利于衛星在天空中能夠及時被發現。

（2）星間鏈路的問題。1000多顆衛星建立起一張覆蓋全球的無線衛星通訊網絡，這就需要各個衛星之間有功能強大的星間鏈路做數據傳輸的支撐。星上處理和交換技術現在已經得到了廣泛使用。所有信息的轉發將過星間鏈路傳輸，星間鏈路將采用V波段、W波段或激光傳輸，傳輸帶寬目前已達到GB量級，美國的軍用和民用衛星大多具有星間傳輸功能。由于低空衛星的覆蓋面積較之于高空衛星要小得多，遠距離傳輸需要經過中間衛星實現，增加了衛星處理的數據量，可采用高低空衛星組網來減少數據傳輸環節，降低星間傳輸延遲，但這樣無疑增加了組網的復雜度和數據傳輸的不穩定性。在星間鏈路帶寬足夠的情況下，低空衛星之間數據傳輸就不成問題了。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星之間的數據交換。

（3）衛星如何分布。低空衛星應當采用正六邊形頂點結構分布于地球上空，衛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，低空衛星分布要密集，以減小單個衛星的數據處理壓力，在大洋和兩極上空，則只需分布少量衛星即可。這也正是只有懸浮衛星可以實現、運動衛星無法企及的性能。六邊形頂點結構可以使每顆衛星更大限度的覆蓋其服務區，同一地區可同時被2顆以上衛星覆蓋，可避免信號被遮擋。

還有就是數據處理問題。1000多顆低空衛星要處理全球幾十億人的信息通訊需求，這就對衛星的數據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據和目標數據網絡終端所在服務區域的衛星（可通過衛星自動定位技術和網絡終端主動發送重新定位請求來實時刷新），然后確定最短星間鏈路進行數據交換，以減少星間數據傳輸所涉及的衛星數量。云計算的出現和快速的發展（中國的云計算技術也不甘落后，如王堅的阿里云），必將對低空衛星數據處理技術提供極大地幫助。正如王堅所說，云計算可以讓你做以前不能做的事情，做以前不能做的規模。

（4）網絡互聯問題。任何事物的發展都是從起步階段一步一步擴展的，低空衛星無線網絡技術也不例外。這就要求在低空衛星無線網絡技術發展的初級階段，必須做好其與地面網絡的對接功能。衛星通信與地面網絡融合是必然趨勢，而地面數字技術的發展也將影響并引導衛星通信的發展。在不久的將來，低空衛星無線網絡必將徹底替代目前的地面網絡。

3 結語

當今社會，已離不開網絡，網絡創造了一種新的文化，給我們的生活生產學習帶來了翻天覆地的變化。各種新的網絡技術不斷發展，解決各種難題，極大地提高了人們的生活水平。低空衛星無線網絡技術，蘊藏著巨大的潛力，特別是人們的生活節奏越來越快，對于無線網絡技術的要求就會越來越高。技術開發商應該盡快投身于低空衛星無線網絡技術的研發（硅谷已致力于這方面的研究），讓低空衛星盡早上天，讓無線網絡無處不在。運營商也應該抓住市場發展的基本規律，著手打造自己的無線網絡終端，準備低空衛星無線網絡的商業化模式，在今后的運營中占據先機。另外，低空衛星無線網絡技術的發展應該與WIFI技術緊密結合，取長補短，酌盈劑虛。雖然目前很多技術實現起來非常困難（如數字器件的性能），但隨著科學技術的不斷進步和社會的持續發展，低空衛星無線網絡技術必將有著廣泛的發展前景。

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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