低成本船用移動通信解決方案

李超 李明 安玉拴

摘?要：為解決遠洋漁船低成本寬帶通信問題，文章梳理了國內外海上寬帶移動通信的各種解決方案，綜合分析了地球靜止軌道衛星通信、中低軌衛星通信、熱氣球方案、高空無人機方案等四種方案，從研究進展、終端費用、流量費用、產品功能指標等方面綜合對比，認為未來的重點關注方向為國內低軌衛星通信系統。

關鍵詞：遠洋通信;衛星通信;低成本

我國近海存在著嚴重的過度捕撈現象，因此提倡遠洋捕撈。當前，我國經批準的遠洋作業漁船約3000艘，由于海上的基礎網絡建設存在許多障礙，遠洋移動通信主要依賴衛星通信，但是當前衛星通信費用過高，造成遠洋移動寬帶通信手段的欠普及，給漁民的通信、娛樂、求救帶來諸多不便，大大影響漁民遠海捕魚的積極性。為方便漁民遠海捕撈，迫切需要尋求一種可行的低成本通信方式。

1 GEO衛星通信

在全世界將近500顆通信衛星當中，絕大多數是同步衛星。L頻段的海事衛星終端、S頻段的天通一號終端、Ku頻段動中通系統是當前船用寬帶通信的主流選擇。近年來隨著海事衛星五代星、中星十六等高通量衛星的運營開啟，Ka頻段動中通系統以其更具競爭性的帶寬和流量資費，也變得越來越普及。

由于船載Ka、Ku動中通系統的能力要求高，一般需要采用高功率功放和定向天線，短期內硬件成本高且難以大幅降低，這種方式在大型漁船中比較普及，但在中小型漁船中較難廣泛應用。L頻段和S頻段限于帶寬資源，最高碼率較低，且流量資費較高，在小型漁船中也較難普及。

2 中低軌衛星星座方案

各國提出數十種星座方案，主要以全球無縫、終端可手持的大容量移動衛星通信系統為主。部分計劃部署的中低軌道高通量衛星星座如下表所示[12]。

中低軌道衛星與地球靜止軌道相比，具備傳輸時延低、容量使用成本低、地面終端尺寸小等優點。在為遠洋漁船提供高速且低成本的通信服務中，具有非常廣闊的應用前景[3]。

（1）信號傳輸時延低。中低軌高通量衛星星座系統的優勢主要體現在時延方面。GEO衛星，傳輸時延在250ms左右，無法滿足實時交互通信需要;MEO衛星的傳輸時延為150ms左右，主要適用于干線傳輸和蜂窩回程等應用;LEO衛星的傳輸時延僅為30～50ms，與地面通信手段較為接近。而較低的網絡延遲是提供實時語音、視頻傳輸等對延遲敏感服務的關鍵。

（2）用戶成本低。GEO衛星單顆衛星容量有限，如今在軌的高通量衛星單顆衛星容量大多在數百吉比特每秒，限制了市場的發展。而中低軌星座一旦入軌，星座容量在太比特每秒級別量級，可大大降低用戶的容量使用成本，擴大用戶群。

（3）地面終端尺寸小。LEO衛星網絡的低軌道減少了信息在傳輸過程中的損耗，從而可以降低誤碼率，也可以減少地面通信終端的尺寸;Ka波段高帶寬低軌衛星技術的發展也將顯著提高LEO衛星的信息處理能力和服務質量[4]。

3 其他方案

（1）熱氣球方案。谷歌公司提出氣球計劃，用漂浮于18～25km之間的平流層的氣球來為無基礎網絡覆蓋的地區提供網絡接入。平層風速低，大氣湍流小，適合氣球飛行。每個氣球攜帶一個太陽能無線發射器，可與其他的氣球進行中繼通信。每個氣球可以為40公里直徑的地面地區提供網絡連接，網速可以達到3G網絡的水平。熱氣球項目進展緩慢，因為涉及市場、法律和隱私等諸多不利因素，現有市場排斥、各國法律監管、隱私問題等。

（2）無人機方案。臉書計劃采用太陽能無人機，在18km高度為海上用戶提供互聯網接入服務，其太陽能電池板續航能力約為3個月。無人駕駛飛機之間可使用激光進行中繼通信，最終將信號傳遞到一個地面站以接入互聯網。單個飛機的覆蓋面比低軌道衛星小很多，但是無人機可以環繞缺乏互聯網接入的特定位置提供服務。由于激光傳輸容易受到云、雨、霧干擾，太陽能面板轉換效率非常低，難以支持無人機長時間飛行。另外，大量無人機在高空巡航是一個嚴重的安全隱患。臉書于2018年6月關閉此計劃。

4 總結

遠洋缺乏地面基礎設施，可采用的通信方式主要局限于衛星、熱氣球、無人機等高空中繼方式。其中熱氣球、無人機方案因技術成熟度與安全性較低等原因，采用較少。衛星通信是目前應用最為廣泛的方式。遠洋船一般通過船載動中通天線實現互聯網接入，因終端和帶寬租用資費均較高，難以普及。未來的中低軌道衛星互聯網，必將有效減小移動終端的體積，降低流量費用，增加覆蓋范圍，提高通信帶寬與便捷性，實現遠洋移動寬帶通信的普及。由于安全原因，國外主導的衛星互聯網對中國海域的覆蓋具備較大的政策風險，建議積極關注國內鴻雁星座及虹云工程的動態，跟蹤其采用的協議與方案，提出針對性通信解決方案。

參考文獻：

[1]劉悅.國外中低軌高通量通信衛星星座發展研究[J].國際太空，2017（5）：5963.

[2]李明.微小衛星發展的若干思考[J].航天器工程，2016（06）：59.

[3]王曉海.基于小衛星星座的移動互聯網系統及應用發展[J].衛星與網絡，2017，172（06）：5863.

[4]楊昕，孫智立，劉華峰，等.新一代低軌衛星網絡和地面無線自組織網絡融合技術的探討[J].中興通訊技術，2016，22;129（04）：5863.