衛星互聯網發展亮點分析及啟示

文|孫晨華 盧山 趙海峰

中國電科網絡通信研究院

圖3 傳統高軌衛星互聯網模式示意

圖4 新興低軌衛星互聯網模式示意

（4）手機直連衛星

傳統的通信衛星因為距離地面遠，到達地面功率弱，均不支持與通常使用的地面移動通信手機直連。近年來，隨著地面天線技術和芯片技術的發展，在地面移動通信手機中可以嵌入相關衛星通信模塊，支持直接與衛星通信。為了達到手機直連衛星與手機地面移動相同的能力，衛星需要超大型天線，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星服務。目前市場上的蘋果和華為Mate50 具有直接使用衛星的模式，但能力非常弱，只能提供短信等服務，而后續隨著衛星向大天線發展，使得地面移動手機同時支持直連衛星，用戶可獲得更高質量的衛星互聯網服務體驗。

三、衛星互聯網發展亮點概要及分析

近期衛星互聯網的發展可總結為如下6 個亮點。

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

二是全球首個高密度互聯網實現百萬級以上用戶服務，且不斷派生子星座。星鏈是全球唯一快速建設中的高密度互聯網星座，截至2023 年5 月已成功發射4469 顆衛星，全球布站超150 個，用戶數超150 萬個，星座已形成全球服務能力。目前星鏈發展的四個子星座分別為：星鏈小衛星星座（低安全等級，高頻段用戶）；大衛星子星座（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展，形成中繼和通信融合星座。美國太空發展局（SDA）提出的太空體系架構包含了全球首個直連跟蹤層星座、感知層星座的中繼傳輸低軌星座。2023 年4 月，SpaceX 公司為美國太空發展局發射了2 顆跟蹤層衛星和8 顆傳輸層中繼傳輸層衛星，軌道高度為1000km，主要用于軍事目的。功能示意如圖 5 所示。

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

六是我國衛星互聯網（全球首個多功能星間互聯低軌衛星互聯網）建設加速推進，形成中繼、寬帶通信、窄帶通信融合星座。衛星互聯網是重大戰略性基礎設施，是保障國家安全的戰略性工程，我國實施多項舉措推動衛星互聯網發展和應用。2020年4 月，國家發改委首次明確將“5G、物聯網、工業互聯網、衛星互聯網為代表的通信基礎設施”納入新基建。低軌衛星互聯網是功能最復雜、難度最大的系統，為減少對全球布站的依賴，同時考慮初期用戶量少，因此采用少量衛星，星間全互聯是一種比較合適的解決思路。

四、對我國低軌衛星互聯網發展的啟示和發展建議

研究星鏈、一網等在建低軌衛星互聯網的發展，結合在寬帶衛星通信方面的工作，從構建我國低軌衛星互聯網的角度出發，啟示如下。

1）低軌寬帶星座資源全球高效利用十分關鍵。低軌寬帶星座造價高，衛星全球分布，必須有全球范圍的應用，才能獲得系統建設成本和應用效益的匹配。

2）寬帶衛星系統的應用深度廣度拓展十分必要。隨著低軌寬帶星座和高通量衛星的發展，全球進入寬帶資源“過剩時期”，如果寬帶衛星系統依然圍繞原有市場，不僅造成資源浪費，而且對行業發展十分不利。

3）低軌中繼傳輸星座的軍事意義需要高度關注。低軌中繼傳輸星座直接在太空實現傳感器與射手關聯，其應用模式與面向人的通信有很大差別。面向人的通信網絡系統需要海量用戶隨遇接入，而低軌傳輸星座面向戰術級，十分強調安全性和時效性。

4）良好行業文化和產業生態是持續發展的基礎。產業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，但發展不可持續。

5）解決從“產品”到“精品”比解決有無更需要重視。我們可以解決低軌衛星互聯網系統有無問題，產品有無問題，如何解決從產品到精品的問題，需要更多的關注和投入。

基于以上發展啟示，結合我國目前低軌衛星互聯網的發展思路，建議如下。

1）民、商衛星互聯網發展路線研究。需要不斷深入學習全球衛星互聯網發展經驗和新思路，結合國情，加強研討和調研，吸收各種不同意見，選擇適合的路線，并不斷根據形勢和需求進行調整。

2）加強國內外系統和產業鏈成本價格體系研究。需做到對技術和產業基礎、成本、服務與模式等體系性全面了解，需要系統性地進行國內外對比，需要根據國情，向有利于產業發展、規模應用的方向推動。

3）需要加快衛星互聯網體系性智能技術研究，推動6G 智能全面發展。網絡的智能化往往由于缺乏數據，難以采用僅基于數據的算法實現，因此需研究數據和知識雙驅動的方法，同時需要提前考慮衛星載荷、地面站、地面終端需要的智能算力平臺。另外，衛星互聯網涉及物理層、鏈路層、網絡層等多層架構，需要開展體系模型設計和各層中不同應用場景的研究。

4）需要加快天地融合云網一體技術研究，支持6G 通感一體發展。隨著地面云網系統的構建，作為天地一體信息網絡重要的天基平面，更需要平行開展天基云網構建方法和技術積累，以實現在軌智能、在軌服務。

5）需要圍繞應用拓展，推動地面設備精品化。地面設備研制單位承擔著地面應用拓展的重要職責，應該在應用的不斷推廣中逐步發現不足和新需求，不斷創新完善，實現由產品到精品的跨越。