“互聯網+衛星通信”：加速“一帶一路”融合互通

文/李嵩

▲衛星移動通信解決高鐵上無法打電話問題

隨著網絡和信息技術與人類社會生產和與生活的聯系愈發緊密，全球范圍內衛星通信寬帶化、移動化和個人化已成必然趨勢。這與我國“一帶一路”信息化建設需求，以及我國相繼實施的“三網融合”“寬帶中國”等發展策略的整體趨勢相契合。

我國的衛星通信既可以在這個黃金機遇期內為經濟文化交流、信息化建設和基礎設施建設提供強力支撐，也可以以此為驅動實現技術升級和涵蓋上下游產業的全面發展。

“一帶一路”引領市場需求

“一帶一路”貫通中亞、南亞、東南亞等亞洲區域，連接歐洲與亞太地區兩大經濟圈，隨著建設的推進，經濟、文化合作和交流的加深，人員、資金流動的增加，組織、企業及個人實時、準確、穩定的進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增長。

作為絲綢之路經濟帶上重要中轉站的中亞和西亞地區，人口分布不均勻，地形地貌復雜，通信等基礎設施欠發達，通過地面光纖或蜂窩通信網絡普及多媒體通信，其成本高、周期長、起效慢，加上生態環境惡化造成的自然災害頻發以及不穩定的政治環境導致的軍事沖突，都可能引起地面通信網絡的失效，因此，寬帶衛星通信是實現這一地區信息化和網絡化的可行途徑。

海上運輸方面，衛星移動通信應用已經十分成熟，但目前還沒有覆蓋“一帶一路”海上和陸路的區域通信衛星系統。目前，在軌運營的只有我國的“天通一號”、印尼的“亞洲蜂窩”和阿聯酋的“瑟拉亞一號”等幾個獨立的區域衛星移動通信系統，不僅覆蓋區域面積有限，而且受容量限制，為客戶提供寬帶多媒體通信業務的能力不足。

伴隨衛星和通信技術發展，衛星移動通信在自然資源監測和勘探、能源、交通物流信息和調度、遠洋運輸、漁業、海洋及氣象調查、遠端設備的遙測遙控、應急通信、個性化旅游以及荒野山區通信、遠程教育和醫療等方面都將在“一帶一路”信息化建設中發揮獨特作用。

個人通信方面，無時、無處、無限制多媒體交互式實時通信已經成為人們日常生活的一部分。從世界發展趨勢來看，能夠向高鐵、民航客機等提供“動中通”等多媒體通信服務，以及向地面網絡覆蓋不到的區域提供互聯網接入業務的地球同步軌道寬帶通信衛星發展迅猛。

截至2016年，世界在軌運營的寬帶通信衛星達到56顆，而目前亞洲國家運營的寬帶通信衛星僅有我國的“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星差距明顯，更無法滿足“一帶一路”區域未來10年內商業移動通信100Tbps的市場需求。

2015年，衛星互聯網組網建設成為新熱點，世界多家公司向全球無線電頻率協調委員會提出了動輒數千顆衛星的頻率軌位申請表，發展以面向個人互聯網接入服務的低軌道通信衛星星座。據統計，全球互聯網流量每隔5年翻4倍，智能手機問世后，移動智能終端的流量占全部流量的69%。“一帶一路”區域龐大的市場和需求，將成為未來商業衛星通信增長最快的市場，預計將會占全球1/4的份額。

目前，我國擁有全球最多的互聯網用戶，但每100萬人平均占有衛星空間段帶寬量僅是美國的1/50。大力發展寬帶通信衛星網絡，首先要解決國內“高鐵無法打電話、飛機無法上網”的實際問題，再填補國內不同地區的“數字鴻溝”，實現寬帶網絡覆蓋所有行政村，建立一個有中國特色的立足于服務國內，惠及“一帶一路”地區的大型寬帶衛星互聯網系統，這不僅利于我國搶占頻率和軌位等珍稀戰略資源，也對維護國家信息安全，保持空間信息領域的國家競爭力具有重要作用。

▲衛星通信網絡

▲衛星互聯網

“三網融合”驅動融合發展

近年來，隨著衛星固定通信、衛星移動通信、衛星直接廣播三種業務融合，地面電信網、互聯網和廣播電視網三網融合，各種衛星通信網與各種地面通信網、互聯互通，以及未來的通信網，必將是一個包含地下的光纜、地面的微波和蜂窩移動通信，低軌道、中軌道以及地球同步軌道衛星通信系統組成的服務于全球的混合通信網。

它們之間既可以單獨組成通信系統，也可以在不同的系統間互聯互通真正構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務的綜合信息網。在未來綜合信息網中，任何個人可在任何地點、任何時間、與任何人互通任何種類的信息。

此外，融合的發展趨勢也將影響衛星通信技術的發展，寬帶多媒體衛星通信將成為地面信息高速公路的一個重要組成部分，將為正在到來的信息化社會提供各種服務。衛星移動通信業務將成為個人通信業務不可缺少的組成部分，第三代移動通信業務將由地面和衛星移動通信共同組成，衛星網絡提供干線傳輸和蜂窩回程業務，成為地面網絡的補充，解決“最后一公里問題”。

▲衛星互聯互通

另外，衛星通信載荷會朝兩個方向發展：一是繼續發展地球同步軌道衛星載荷，二是發展低軌小衛星載荷。衛星載荷由透明轉發器向處理轉發器變化，使用的頻段由低向高變化，轉發器的帶寬在逐漸變大，轉發器的數量在逐漸增多，天線向多波束點波束變化，且數量也在增加。

小衛星是衛星通信技術發展的重要方向。隨著全球移動通信需求的增加和微電子、微機械和高級材料等新技術的迅速發展，衛星小型化和小衛星的發展正在蓬勃興起。小衛星“好、快、省”的特點既可以單顆廉價快速完成專項任務，又可以組成分布式星座完成某些大衛星的任務，是21世紀衛星技術發展的重要趨勢。

▲通信衛星在軌運行示意圖

“天地一體”實現技術突破

▲2015年8月，由中國航天科技集團公司承制的天津聯通衛星通信應急指揮車緊急出動，抵達天津港，為“8·12”瑞海公司危險品倉庫特別重大火災爆炸事故災情評估和救援指揮提供服務

目前，我國寬帶移動通信衛星與國際先進水平尚有較大差距，但也便于利用后發優勢，少走彎路，基于現有載荷、平臺技術水平與工程實現能力，以實現通信網絡“天地一體化”為目標，開展技術攻關。

天地一體化衛星網絡衛星間、衛星與地面間，以及地面各系統間交叉傳輸不斷增多，要有一套統一兼容高效的空間通信協議標準來保障。由于地面網絡協議不能直接用在衛星網絡上，因此有必要為天地一體化衛星網絡制定合適的協議。

對于寬帶衛星系統，要著力解決天地一體化系統設計問題，面對的關鍵技術主要有：空中接口標準化設計、星上處理及交換、衛星IP技術、優化和提升服務質量、降低高頻段傳輸雨耗，特別是對于我國南方經常下雨的地區具有重要研究價值。

地球同步軌道大型衛星平臺方面，需要持續開展電源、推進、控制和熱控制四個方面研究，提升功率和有效載荷質量，完善平臺的標準化、模塊化、系列化設計和應用。有效載荷方面，關鍵技術主要有通信衛星天線、通信轉發器、星上信號處理、衛星ATM、自適應調零天線等。從長遠角度看，衛星上處理和交換方式的處理轉發器是未來轉發器的主流，應盡早開始預研。

衛星移動通信系統及關鍵技術主要包括空中接口技術，運行控制技術和移動性管理技術。從國外發展經驗來看，地球同步軌道衛星系統由于前期部署成本較低，較為適宜系統部署市場需求較小、盈利模式不清晰的市場；中低軌衛星星座系統由于單顆部署成本較低，衛星數量龐大、系統容量較高，對于全球覆蓋具有巨大優勢。

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

低軌小衛星星座除了要解決復雜的協同飛行和星間鏈路問題，還需要在衛星飛過赤道上空時調整功率通量密度，避免對地球同步軌道衛星的地面服務造成干擾。另外，由于衛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鍵。

“互聯網+”帶動產業成形

衛星通信產業主要包括衛星業務應用（移動通信、寬帶通信、固定通信和廣播電視等）、衛星制造、衛星發射和地面系統制造4個部分。根據近年來國外成熟衛星通信產業的營收額來看，衛星業務應用收入占整個衛星通信產業收入的一半以上，帶動了整個衛星通信產業收入的增長。

目前，我國的衛星通信產業開發還處在起步階段，衛星總體性能和技術水平與歐美強國相比差距明顯，已入軌運行的移動通信衛星和寬帶衛星都帶有技術驗證性質，還無法滿足國內外用戶面向個人的移動、寬帶等業務需求。

▲中國航天有關單位研制的“動中通”

▲電信運營商應急通信車

市場開發方面，缺乏推動衛星通信市場化運行的資源和頂層指導，專用網絡多，商業開發少，產業鏈不健全，衛星業務應用不成體系，往往空間先建設，地面后應用，無法有效提高衛星通信的技術優勢和資源效率。

為迎合市場需求，加快技術進步，應該形成機制，鼓勵民間資本進入航天領域，采用“互聯網+衛星通信”形成產業鏈健康發展。同時，衛星業務應用的市場開發可由互聯網企業參與運營和推廣，既帶來創新的活力，也能加快衛星通信和互聯網在市場和技術方面的雙向融合。

衛星制造領域，鼓勵民營企業進入，通過采用大量工業級元器件替代航天級產品、“三化”設計和批量生產，降低成本、縮短研制周期。“國家隊”則專注于靜止軌道大型衛星平臺和載荷的高新技術創新，并對民營企業通過技術入股形式進行技術扶持，將成熟、通用技術產業化。

衛星發射領域，“國家隊”專注于大型衛星發射，并通過“一箭多星”形式集中發射小衛星，進行衛星星座組網；民營公司的小火箭則在星座的填隙和靈活部署時使用，最大限度地降低整個星座的發射成本。地面系統方面與電信運營商深度合作，可以解決通信網絡的天地一體化問題。

總之，通過“互聯網+”思維實現衛星通信市場的成功開發，既可以打破行業壁壘和壟斷，通過競爭加速創新并降低成本；外部資本的進入也可以改變單一國家投資模式，帶來活力和動力，加速產業成形和快速發展。在“一帶一路”大市場牽引下，天地一體的衛星通信網絡一定會加速與“三網融合”，促進“互聯網+衛星通信”產業健康發展，支撐“一帶一路”互聯互通信息化建設進程。