基于空間通信信息系統的“一帶一路”信息聯通走廊

·文|中國空間技術研究院通信衛星事業部 沈宇飛 周鈉 高素 馮瑄

基于空間通信信息系統的“一帶一路”信息聯通走廊

·文|中國空間技術研究院通信衛星事業部 沈宇飛 周鈉 高素 馮瑄

一、前言

“一帶一路”戰略涉及的國家地域廣闊、自然環境多樣。“一帶一路”戰略涉及的國家65個，44億人口，占全球63%，發展中國家居多，基礎設施建設水平普遍較差，影響了互聯互通，也阻礙了資金、物流、信息流以及人文合作交流。

“一帶一路”戰略涉及基礎設施建設、高鐵、礦產資源開發、能源通道建設等多個領域的中國企業，涉及各個國家和地區，地域廣闊，地理情況復雜，對信息互聯互通的實時性、安全性和可靠性提出了更高要求，亟待通過自主可控的空間通信信息系統解決上述問題。

空間信息技術是解決信息“互聯互通”的重要甚至唯一途徑。衛星通信廣播具有傳輸距離遠、覆蓋區域廣、投送容量大、業務類型多、抗毀能力強、組網靈活快捷等優勢，固定通信衛星可滿足沿線國家在固定通信廣播、廣播電視傳輸、互聯網寬帶接入、遠程教育和遠程醫療、地面災備、數字內容投遞，以及車載、船載、機載寬帶通信等方面的需求；移動通信衛星可滿足沿線國家在移動通信多個方面的需求。

充分利用現有和規劃發展的衛星通信資源，適度補充完善天基系統，共建分布合理、功能齊全、穩定運行的信息服務網絡，將為“一帶一路”總體戰略的實施、工程建設、設施聯通和運營服務提供空間信息支持，保障“一帶一路”信息互聯互通，支撐我國企業“走出去”，推動航天產業國際化發展。

二、國內外發展趨勢與“一帶一路”需求

1.發展趨勢

固定業務、移動業務、廣播業務正在向寬帶多媒體方向發展，各種衛星通信廣播系統的統一性在不斷增加，互異性在不斷減少，各種系統之間正在趨于融合，將逐步形成不同功能類型（通信、廣播、導航），不同頻段（L、S、C、Ku、Ka等）、不同技術體制和使用特性相結合的綜合性體系。

衛星通信廣播網絡應用的具體發展趨勢是：固定業務向靈活組網、高傳輸速率和用戶容量、全IP化發展；移動業務向高系統容量、高用戶接入速率、多媒體發展；廣播業務向高碼率大容量、雙向交互、移動便攜、安全條件接收、多載波發布、多波束混合使用、擴大覆蓋面、與其他網絡業務融合發展；衛星數據中繼業務向多目標接入、超高速數據傳輸、無線激光通信、按需分配資源等方向發展。

為了降低單位帶寬成本，衛星通信廣播頻段正在向更高頻段擴展，包括現在的Ka頻段、未來的V和Q頻段，以及激光頻段等；為提高衛星通信廣播系統的性能、容量，新的技術體制不斷推出。

隨著Wildblue-1、Spaceway-3、Viasat-1、Kasat等多顆Ka頻段寬帶多媒體通信衛星的入軌運行，Ka頻段逐漸成為寬帶多媒體業務的首選頻段。Inmarsat在成功部署了四代L頻段區域移動通信衛星系統之后，第五代系統的頻段也提升至了Ka頻段。

全球數據中繼衛星系統同樣經歷了從S、Ku頻段到Ka以及激光頻段的發展歷程，早期的數據中繼衛星系統，美國第一代TDRSS采用了S、Ku頻段；而2000年后的第二代TDRSS則采用了S、Ku、Ka頻段，歐洲和日本的數據中繼衛星系統同樣采用了S、Ka、激光頻段。

2.國內發展現狀

（1）衛星固定通信和電視直播領域初具規模，實現整星出口零的突破

從我國首顆GEO通信衛星成功發射至今，經過30多年的發展，在衛星固定通信方面，我國已有十余顆在軌固定通信衛星，多采用C和Ku頻段，主要用于向我國境內和亞太等周邊國家提供固定通信服務，并正朝著商業化方向邁進。

基于成熟的東方紅-4衛星平臺的固定通信衛星使我國擺脫了大容量通信衛星研制受制于人的被動局面，提高了國產化程度，并實現了整星出口零的突破。截至目前，我國已獲得多個國際商業通信衛星采購合同，包括委內瑞拉衛星、玻利維亞衛星、巴基斯坦衛星、尼日利亞衛星及接替星，打造并初步樹立了“東方紅”的國際化品牌。

（2）衛星寬帶通信和移動通信領域拓展應用、自主研制齊頭并進

在衛星寬帶通信方面，利用現有常規通信衛星進行寬帶通信技術的研究與應用已取得了很多成果，未來自主研制的Ka頻段寬帶通信衛星將對推動遠程教育、促進資源共享、構建公平信息社會起到重要作用。

在衛星移動通信方面，自主研制的GEO移動通信衛星系統建成后將為遠洋運輸、科學考察、搶險救災、國際外交和其他民商業應用提供高可靠的基本移動通信連接，同時LEO衛星移動通信系統和移動多媒體廣播衛星系統也在穩步推進。

3.存在的差距

我國的空間通信信息系統存在巨大的發展空間，具體如下：

首先是擴展服務區域，提供“一帶一路”區域通信保障。目前尚缺少寬帶通信衛星系統對“一帶一路”地區的覆蓋能力，無法為“一帶一路”全部地區的石油、港口、勘探、建筑等行業提供靈活的寬帶專網連接，阻礙了我國在“一帶一路”地區影響力的擴大。另外，至今尚無一個真正意義上的全球通信廣播衛星系統，難以提供基本的全球移動通信保障能力。因此需要加強寬帶和移動通信衛星系統建設，進一步擴展服務區域，滿足“一帶一路”乃至全球通信保障需求。

其次是健全體系架構、填補業務空白。目前尚不具備支持大容量衛星固定寬帶通信、衛星移動通信、衛星移動多媒體廣播等業務能力，需要建設現代寬帶通信衛星系統、移動通信衛星系統和多媒體廣播衛星系統，健全體系架構，填補業務空白。

再次是加強技術攻關、推動應用和產業的發展。現有通信廣播衛星系統在系統容量、通信體制、頻譜利用率、多波束天線、星上處理交換等關鍵技術上與國外相比尚存在一定差距，亟待突破；下一代大型地球同步軌道公用平臺的通信廣播衛星能力與國外在軌主流通信廣播衛星基本相當，突破有望；后續仍需持續開展技術攻關，提升基礎技術能力，帶動應用和產業的深入發展。

4.“一帶一路”沿線需求

“一帶一路”國家衛星資源中，當前在軌的寬帶衛星通信系統覆蓋區域尚有缺失。當前在軌衛星覆蓋了“一帶一路”沿線國家中絲綢之路經濟帶的大部分的陸地地區和少量海洋地區，陸地地區中對中亞和東亞北部廣闊區域存在覆蓋缺失，對21世紀海上絲綢之路東部地區、即東南亞部分國家和地區存在覆蓋缺失，海洋地區中對印度洋、東南亞部分國家周邊的海域存在覆蓋缺失。

根據當前在軌衛星軌位資料分析，在“一帶一路”區域覆蓋的軌位資源中具有可用的空余軌位。后續可依托我國已申報的網絡資料，在與我國其它規劃統籌協調的前提下、并與國際上相關國家規劃協調基礎上，利用可用的軌位頻率資源，滿足服務“一帶一路”的建設需求。

三、“一帶一路”信息聯通走廊發展思路

充分利用現有空間通信信息系統的“存量”、“增量”資源；加快空間基礎設施規劃中可服務“一帶一路”的設施建設；增建部分必要資源，開展衛星通信應用，形成覆蓋“一帶一路”不間斷的天基通信信息互聯互通能力，保障“一帶一路”戰略構想的實施。

空間通信信息系統是開放的系統，考慮擴展使用“一帶一路”沿線國家衛星資源如老撾星、尼日利亞衛星、阿爾及利亞衛星、白俄羅斯衛星、巴基斯坦衛星等，或共同建設新的衛星資源，與當地運營商互利共贏，共同運營，互聯互通，拓展空間通信信息系統能力，同時帶動航天裝備走出去。

空間通信信息系統由現有通信衛星資源（在軌、在建）、空間基礎設施規劃可用于“一帶一路”的衛星資源、新建通信衛星資源及地面應用系統構成。

1.固定寬帶通信衛星系統提供“一帶一路”區域基礎服務

固定寬帶通信廣播衛星系統建設及應用將得到持續發展。

一方面，平滑演進，滿足迫切需求。對現有成熟衛星平臺進行適應性修改，提升新一代大型靜止軌道衛星公用平臺能力，在此基礎上，發展大容量寬帶通信衛星、廣播電視傳輸衛星和電視直播衛星，滿足我國國土及“一帶一路”沿線區域的遠程教育、電視直播戶戶通以及其他新增的固定通信業務等迫切需求。

另一方面，升級換代，實現跨越式發展。突破下一代大型地球同步軌道公用平臺技術和全電推進平臺技術，形成單星上百吉赫茲的寬帶通信能力，達到世界先進水平。在此基礎上，重點發展超大容量通信衛星、高承載比衛星和新一代廣播電視傳輸衛星，實現寬帶通信在國土和周邊區域的覆蓋增強，并具備一帶一路區域寬帶通信的服務能力，同時滿足新增的國家公益性通信和廣播電視傳輸需求，完成在軌直播星的更新換代。

典型的超大容量寬帶通信衛星系統采用下一代大型地球同步軌道公用平臺，支持機載、艦載、高鐵等高速移動載體的雙向寬帶通信接入。全面提高我國寬帶通信在空間覆蓋能力、空間帶寬總支持能力、終端應用支持能力等方面的業務水平。

典型的高承載比衛星采用全電推進平臺，在境內外地面通信網絡覆蓋欠佳的特殊地區，可快速建立具有一定安全特性、覆蓋區靈活可變的寬帶衛星網絡。

預計經過未來10年的發展，將形成覆蓋全球主要地區的寬帶通信衛星系統和覆蓋國土及周邊區域的固定通信、電視直播衛星系統。到2025年我國固定寬帶通信廣播衛星系統覆蓋范圍示意圖如圖1所示。

圖1 到2025年我國固定寬帶通信廣播衛星系統覆蓋范圍示意圖

其中，寬帶通信衛星系統將能夠很好地滿足教育、廣電、通信、交通等部門在遠程教育、廣播電影電視傳輸和邊遠地區雙向通信等的應用需求，大幅提高我國西部和邊遠地區的信息化水平，有效提高普及教育質量，縮小數字鴻溝。固定通信衛星系統將和電視直播衛星系統有力強化政府的公共管理和社會服務能力。

2.移動通信廣播衛星系統服務“一帶一路”區域新的業務增長點

自主的移動通信廣播衛星系統建設與應用將成為新的增長點。

對移動通信衛星系統，統籌考慮多方需求，按照從國土及周邊擴展到“一帶一路”區域的思路，分步建設。即第一階段建設國土及周邊區域移動通信衛星系統，開展行業、個人日常及應急話音、信息服務；第二階段根據各方需求，共建支持“一帶一路”的移動通信衛星系統，真正解決“一帶一路”范圍內通信保障問題。

對移動多媒體廣播衛星系統，首先基于新一代大型靜止軌道衛星公用平臺開展建設，填補我國對移動終端通信廣播服務的空白；然后基于下一代大型地球同步軌道公用平臺，實現移動多媒體廣播衛星系統的升級換代，通過對“一帶一路”地區進行中國主流價值觀的輸出，實現中國的聲音走出去。

典型的移動通信衛星系統空間段采用新一代大型靜止軌道衛星公用平臺，并進行適應性修改，配置大型可展開天線，有效提高用戶波束數量，實現對海洋、山區和高原等地區近乎無縫的覆蓋，并采用星間鏈路技術，具備可擴展至全球的中低速實時移動通信能力。

典型的移動多媒體廣播衛星采用新一代大型靜止軌道衛星公用平臺并進行適應性修改，有效載荷采用高效大功率合成及大規模波束形成網絡技術。

預計經過未來5～10年的發展，形成覆蓋“一帶一路”區域的移動通信衛星系統和移動多媒體廣播衛星系統。其中，移動通信衛星系統將進一步完善我國應急通信保障系統和提升海外通信保障能力，移動多媒體廣播衛星系統將滿足我國商用運營車、船、飛機以及個人用戶和周邊國家市場存在的衛星移動數據廣播業務需求，有效改善政府應對自然災害、事故災害、公共衛生、社會安全等領域的突發事件的能力。

四、結論

建設“一帶一路”是黨中央立足當前、著眼長遠作出的一項重大戰略決策，是實施新一輪擴大開放的重要舉措，也是我國刻不容緩的重要戰略任務。為加快空間通信信息系統建設，踐行“一帶一路”戰略，還需要從以下幾個方面深入開展工作。

第一，基礎設施建設、產業扶持政策先行。國家主導推動，先期投入，采用先扶持、后產業，邊扶持、邊轉變的方式，發揮衛星通信的基礎設施效能；通過納入“一帶一路”開展頂層設計規劃，通過技術進步帶動業務發展，通過政策扶持不斷擴大業務規模，充分發揮效能。

第二，國家系統建設、資源儲備政策先行。加大推動并主導建立更高層面的統籌機制工作力度，有效確保“一帶一路”的用頻安全；把衛星頻率軌位資源超前論證、基礎研究納入戰略規劃中，并研究制定相應的組織、管理、資金保證制度，確保系統建設應用與網絡資料儲備相匹配；從戰略規劃角度依托專業隊伍，加大專業技術基礎研究支撐與管理力度，包括軟件系統開發、國家標準制定、專項課題研究等制定相應管理辦法，并組織實施；設置機構，開展必要的頻率軌道資源和技術儲備，突破現有技術尋求新的頻段拓展方案，為可持續發展從技術角度奠定基礎。

第三，國家自主創新、技術推動政策先行。以國家投入為主，加強載荷、平臺、關鍵元器件等相關技術研究，依法制定知識產權政策，保護企業產品研發和投入的積極性，加大國產化推進力度，提高競爭力；適時地開展新一代衛星平臺能力提升，開展下一代衛星平臺開發，在國家層面為這些平臺尋求首發星、提高其成熟度，為國家“一帶一路”空間通信信息系統建設提供必要的能力儲備；積極借鑒國際先進發展理念，引進國外先進技術和經驗，促進相關設備、技術和服務的出口，提升國際影響力和國際競爭力。

空間通信信息系統可為我國“一帶一路”戰略構想的實施提供多種手段、隨需接入的信息保障能力，形成覆蓋“一帶一路”不間斷的信息互聯互通能力，為“一帶一路”個人用戶和行業用戶提供廣播電視傳輸、衛星專用通信網、寬帶互聯網接入、移動通信、地面公眾通信網補充和應急保障等服務，全面提高行業用戶信息化水平，極大滿足個人用戶個性化需求。

通過空間通信信息系統建設，形成信息聯通走廊，實現信息互聯互通，不間斷地覆蓋“一帶一路”區域，保障“一帶一路”戰略構想的順利實施。