我國天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想（二）

閔士權(quán)

（1.中國衛(wèi)通集團有限公司，北京 100094；2.航天恒星科技有限公司，北京 100086）

我國天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想（二）

閔士權(quán)1，2

（1.中國衛(wèi)通集團有限公司，北京 100094；2.航天恒星科技有限公司，北京 100086）

（接6月刊）

3　我國天地一體化衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)［1～6］

3.1 天地一體化全球覆蓋衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)類型

3.1.1 天地一體化“天星地網(wǎng)”式網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)前，國外全球覆蓋的天地一體化衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)主要是采用“天星地網(wǎng)”的方式來構(gòu)造，各種衛(wèi)星之間的互聯(lián)互通主要在地面網(wǎng)絡(luò)完成。如靜止軌道的國際通信衛(wèi)星（Intelsat）和國際海事衛(wèi)星（Inmarsat）通信網(wǎng)絡(luò)，低軌道的美國的全球星（Globalstar）衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和軌道通信（ORBCOMM）衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。其中，全球星衛(wèi)星通信天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1　全球星衛(wèi)星通信系統(tǒng)天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3.1.2 天地一體化“天網(wǎng)地站”式網(wǎng)絡(luò)

國外全球覆蓋的天地一體化衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中，也有采用“天網(wǎng)地站”式網(wǎng)絡(luò)。在這種網(wǎng)絡(luò)中，每顆衛(wèi)星都是一個具有星上處理能力的網(wǎng)絡(luò)交換器或者路由器，且衛(wèi)星之間存在星間鏈路。此星間鏈路具備網(wǎng)絡(luò)路由能力，空間段在星間鏈路的協(xié)助下具備網(wǎng)絡(luò)層功能。這種網(wǎng)絡(luò)特點是不需要在本地關(guān)口站或者地面網(wǎng)絡(luò)支持下，通過星間鏈路可實現(xiàn)不同衛(wèi)星覆蓋區(qū)各個用戶終端之間通信。這種系統(tǒng)如美國的靜止軌道的軍事星（Milstar）通信系統(tǒng)和低軌道的銥（Iridium）衛(wèi)星通信系統(tǒng)，后者網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

圖2　銥衛(wèi)星通信系統(tǒng)天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3.2 空間段

實現(xiàn)任何人在任何時間任何地點可與任何人進行任何業(yè)務(wù)通信或與相關(guān)物體進行相關(guān)信息聯(lián)系的設(shè)計目標(biāo)，此目標(biāo)有二種：一是人與人間通信，二是人與物間通信（即是物聯(lián)網(wǎng)中人與物間信息聯(lián)系）。實現(xiàn)此目標(biāo)的空間段方案有多種，本方案釆用“天網(wǎng)地站”一體化方案，且天網(wǎng)由雙層網(wǎng)絡(luò)組成。它分別由靜止軌道（GEO）通信衛(wèi)星星座（包括3～5顆一定間隔分布的衛(wèi)星）和低軌道（LEO）通信衛(wèi)星星座（包括數(shù)十顆衛(wèi)星）組成。兩層不同高度的星座共同組成一個立體交叉、優(yōu)勢互補、互聯(lián)互通的雙層星座網(wǎng)絡(luò)，見圖3（圖中未畫星間鏈路）。圖3中為了便于討論，假設(shè)低軌道星座采用極地圓軌道星座。在此網(wǎng)絡(luò)中，GE0衛(wèi)星既作為骨干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點，也作為用戶接入點；LEO衛(wèi)星主要作為具有交換功能的用戶接入點。骨干網(wǎng)衛(wèi)星對接入網(wǎng)衛(wèi)星承擔(dān)系統(tǒng)的路由并實施動態(tài)管理。這種星座優(yōu)點可利用國內(nèi)測控和管理站通過GE0衛(wèi)星全球全時監(jiān)控和管理LEO衛(wèi)星星座所有衛(wèi)星，無需國外設(shè)站。

圖3　GEO/LEO雙層星座網(wǎng)絡(luò)示意圖

3.2.1 靜止軌道星座

靜止軌道衛(wèi)星星座由沿地球赤道上空彼此相隔一定間距的3～5顆靜止軌道衛(wèi)星組成，衛(wèi)星間設(shè)有星間鏈路，組成環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)。該星座作全球覆蓋低軌通信衛(wèi)星星座的骨干網(wǎng)，兼作空間段用戶航天器、臨近空間飛行器和地面層海陸空用戶終端接入網(wǎng)。在地面段相應(yīng)設(shè)施配合下該星座可承擔(dān)如下任務(wù)：

⊙ 作全球覆蓋的跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星星座，對全球中低軌道航天器和臨近空間飛行器進行跟蹤、測控，并提供數(shù)據(jù)傳輸、處理和分發(fā)服務(wù)。

⊙ 作全球覆蓋的寬帶多媒體衛(wèi)星星座，對全球特定地區(qū)（常態(tài)覆蓋）和突發(fā)事件地區(qū)（機動覆蓋）提供寬帶多媒體通信業(yè)務(wù)。

⊙ 作全球覆蓋的應(yīng)急通信等相關(guān)信息廣播系統(tǒng)。

⊙ 作全球?qū)Ш叫l(wèi)星增強系統(tǒng)的星基傳輸系統(tǒng)星座，承擔(dān)我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航增強系統(tǒng)生成的完好信息和誤差修正信息向全球傳輸和分發(fā)任務(wù)。

⊙ 通過星間鏈路對低軌通信衛(wèi)星星座實施通信業(yè)務(wù)管理。

⊙ 視需要還可考慮通過星間鏈路對低軌通信衛(wèi)星星座進行測控服務(wù)。

由上述眾多業(yè)務(wù)可以看出，此星座衛(wèi)星將起天基信息港（空間信息港）作用。為實施上述眾多業(yè)務(wù)，如單顆靜止軌道大平臺難以承載多用途有效載荷，可分裝于2顆或多顆衛(wèi)星（組成衛(wèi)星簇）上，并在同一軌道位置運行。

有關(guān)學(xué)者提出的由5顆靜止軌道衛(wèi)星為中繼節(jié)點組成環(huán)狀骨干網(wǎng)并連接各用戶組成的空間段設(shè)想示例如圖4所示。

圖4　靜止軌道衛(wèi)星組成環(huán)狀骨干網(wǎng)應(yīng)用示例［9］

3.2.2 低軌道星座

為了便于討論，假設(shè)本天地一體化信息網(wǎng)的低軌道星座類似于極地圓軌道銥星星座，各衛(wèi)星之間設(shè)有星間鏈路，覆蓋全球（含南北兩極）。在國內(nèi)地球站管理下，地球上任意兩地用戶終端可不通過國外地面關(guān)口站和地面網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)直接通過星間鏈路進行通信。此低軌星座承擔(dān)移動寬帶多媒體業(yè)務(wù)的雙向傳輸，并與地面移動通信3G/4G 或5G業(yè)務(wù)融合。低軌星座按一定的方法將星座分組，每個組按一定的選取法從其中選取一顆衛(wèi)星為組長，它既管理組內(nèi)衛(wèi)星，又與靜止軌道衛(wèi)星聯(lián)系接受其管理。 （未完待續(xù)）

An Idea of China's Space-ground integrated Information Network（II）

Min Shiquan1，2
（1.China Satellite Communications Group Co.， Ltd.， Beijing， 100094；2.Space Star Technology Co.， Ltd.， Beijing， 100086）

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.07.013

TN927，TN96，TN91，P228，P237

A

1672-7274（2016）07-0032-02