低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展前景

黃小華

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081）

0 引 言

衛(wèi)星通信系統(tǒng)也稱(chēng)為微波通信，作為信息中繼站來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)地面站之間的通信，能夠全面覆蓋以實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域之間的遠(yuǎn)距離溝通[1]。根據(jù)工作軌道的不同，通信系統(tǒng)分為低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)、中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)和高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)，不同軌道的衛(wèi)星在通信服務(wù)中所覆蓋的范圍和提供的相應(yīng)通信服務(wù)品質(zhì)存在很大的差異性。相較而言，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的成本投入低，應(yīng)用品質(zhì)可以保障，因此得到廣泛的應(yīng)用。各個(gè)國(guó)家也在不斷通過(guò)構(gòu)建相應(yīng)的低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)來(lái)更好地服務(wù)于國(guó)家的相關(guān)通信服務(wù)工作。但是要真正地使低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用達(dá)到更優(yōu)的效果，需要探索未來(lái)低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展前景，以便為當(dāng)前低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展指明方向。

1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本概述

1.1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由衛(wèi)星端、地面端和用戶(hù)端3個(gè)部分組成，衛(wèi)星在空中起到信息中繼站的作用，可以將地面站發(fā)來(lái)的電磁波經(jīng)過(guò)放大后返送到另一地面站，從而實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域之間的通信。衛(wèi)星星體包含星體設(shè)備和衛(wèi)星母體。地面站是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面公眾網(wǎng)的接口，地面用戶(hù)可以通過(guò)地面站接入衛(wèi)星系統(tǒng)，從而形成通信鏈，有效地結(jié)合衛(wèi)星端來(lái)真正地實(shí)現(xiàn)信息的交流和溝通[2]。

1.2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的調(diào)制

衛(wèi)星通信系統(tǒng)也是一種微波通信，相應(yīng)的波段頻率等也會(huì)在很大程度上影響通信質(zhì)量。但是隨著通信業(yè)務(wù)的增加，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信負(fù)荷增加，非常容易使各個(gè)頻段之間出現(xiàn)信息干擾，導(dǎo)致通信出現(xiàn)延時(shí)或者失真，甚至受到相位噪聲等的影響。因此在當(dāng)前衛(wèi)星通信系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中要不斷地優(yōu)化相應(yīng)的調(diào)制技術(shù)來(lái)更好地保證通信質(zhì)量。如正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術(shù)和小波包多載波調(diào)制技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)制可以提升衛(wèi)星通信系統(tǒng)的整體性能，更好地保證相應(yīng)的通信質(zhì)量[3]。

1.3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為當(dāng)前通信服務(wù)的重要支撐技術(shù)，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)非常明顯。

（1）覆蓋范圍大。地球的環(huán)境非常復(fù)雜，運(yùn)用傳統(tǒng)的通信非常容易受到地面環(huán)境等的影響，這使最終的通信質(zhì)量不佳而影響到相關(guān)工作的正常開(kāi)展。而衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)于高山、海洋等是不敏感的，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的覆蓋，即使距離相較再遠(yuǎn)，也可以有效地借助相應(yīng)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)來(lái)完成相應(yīng)的通信工作，而且衛(wèi)星通信系統(tǒng)的構(gòu)建成本與距離無(wú)關(guān)[4]。

（2）傳播穩(wěn)定。衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要依靠電磁波在大氣層以外進(jìn)行傳播，電波傳播非常穩(wěn)定，即使可能會(huì)受到天氣情況的影響，其通信質(zhì)量仍然相對(duì)較高，是非?？煽康囊环N通信系統(tǒng)。

（3）成本投入低。衛(wèi)星通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度快，而且成本投入低，除了地面站的建設(shè)之外，基本不需要再進(jìn)行地面施工，后續(xù)所需要的維護(hù)費(fèi)用也相對(duì)較低。

1.4 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀

信息化發(fā)展背景下，通信工作對(duì)于各行各業(yè)的發(fā)展都至關(guān)重要，可以有效地提升相應(yīng)的工作效率和工作質(zhì)量。而相較于其他的通信系統(tǒng)而言，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本低、運(yùn)行質(zhì)量高，因此得到了廣泛的應(yīng)用，而且隨著當(dāng)前科技人才的培養(yǎng)和科技研發(fā)投入的增加，我國(guó)當(dāng)前的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段，可以有效地服務(wù)于當(dāng)前的通信工作。頻譜資源與軌道資源豐富，相關(guān)資源的高效利用使得我國(guó)當(dāng)前衛(wèi)星通信系統(tǒng)的服務(wù)品質(zhì)處于世界先進(jìn)水平。研制出的大容量通信衛(wèi)星的平臺(tái)和小衛(wèi)星平臺(tái)使得高、中、低各種軌道發(fā)展迅速。監(jiān)測(cè)臺(tái)、站的建立可以及時(shí)獲取通信衛(wèi)星運(yùn)行情況等來(lái)幫助衛(wèi)星通信系統(tǒng)及時(shí)了解、分析并加強(qiáng)管理，有效克服和減少電磁波的干擾。

低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳輸時(shí)延和功率損耗相對(duì)較小，對(duì)于衛(wèi)星和用戶(hù)終端的要求也相對(duì)較低，因此在低軌道衛(wèi)星構(gòu)建過(guò)程中，可以采用微型或小型衛(wèi)星和手持用戶(hù)端。但是每顆衛(wèi)星的覆蓋范圍也相對(duì)小，因此要使通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，需要增加相應(yīng)的衛(wèi)星數(shù)目。此外，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的構(gòu)成和控制相對(duì)復(fù)雜，因此技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大且建設(shè)成本高[5]。

中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)是低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)和高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的折中，因此兼有這兩類(lèi)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，損耗小、傳播時(shí)延小，對(duì)于相應(yīng)的衛(wèi)星數(shù)量相對(duì)較低，可以實(shí)現(xiàn)全球大部分地區(qū)的覆蓋，而且系統(tǒng)的穩(wěn)定性相對(duì)較高。但是利用中軌道通信系統(tǒng)為地面終端提供寬帶業(yè)務(wù)相對(duì)較難[6]。

高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)利用同步軌道的衛(wèi)星能完成通信全覆蓋。相較而言，同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳播時(shí)延和鏈路損耗大。但是高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)在理論上利用3顆高軌道衛(wèi)星即可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。

總而言之，不同軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)劣勢(shì)不同，所適用的范圍也不同，所以在不同領(lǐng)域應(yīng)用相應(yīng)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)時(shí)也要有效地分析其優(yōu)劣勢(shì)來(lái)更好地選擇合適的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

2 中國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

中國(guó)衛(wèi)星研究發(fā)展起步相對(duì)較晚，但是發(fā)展速度快，中國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)已經(jīng)處于世界先進(jìn)水平。我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平突飛猛進(jìn)，已經(jīng)建成了較多的衛(wèi)星資源，形成了空間段，為通信業(yè)務(wù)使用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。除了衛(wèi)星資源比較豐富，我國(guó)的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)也逐步完善，能夠有效地滿(mǎn)足各類(lèi)型的通信業(yè)務(wù)，當(dāng)前的衛(wèi)星通信系統(tǒng)除了應(yīng)用于通信工作之外，也可以有效地為民航、水利、氣象、鐵路、媒體等行業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持。中國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)形成了規(guī)模，更好地服務(wù)于各行各業(yè)的發(fā)展[7]。

我國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展為通信業(yè)務(wù)開(kāi)展提供了有效的技術(shù)支撐，但是相較于國(guó)外的衛(wèi)星通信系統(tǒng)而言，其應(yīng)用質(zhì)量和技術(shù)水平仍然相對(duì)落后，這主要是因?yàn)槲覈?guó)當(dāng)前的衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中仍然面臨著一些問(wèn)題，導(dǎo)致衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展質(zhì)量與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家仍有較大差距。

（1）以衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器為例，中國(guó)的民用通信衛(wèi)星資源相對(duì)有限，因?yàn)槿狈ο鄳?yīng)的資金支持，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器而言，其規(guī)模和性能容量都相對(duì)較差。

（2）國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家擁有自建的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，而當(dāng)前國(guó)內(nèi)使用的大多為國(guó)外的商用衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，因此一旦受到國(guó)外的制裁，民用移動(dòng)通信會(huì)受到很大程度的影響。

（3）國(guó)外的衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展比較成熟，市場(chǎng)開(kāi)發(fā)也相對(duì)比較深入。但是我國(guó)當(dāng)前衛(wèi)星通信系統(tǒng)的市場(chǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)仍然具有一定的局限性。直播電視、因特網(wǎng)接入等由于用戶(hù)對(duì)于衛(wèi)星通信系統(tǒng)缺乏正確的認(rèn)識(shí)以及成本投入過(guò)高，影響了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，很難實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)[8]。

3 低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展前景

3.1 低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展情況

中國(guó)的低軌衛(wèi)星通信領(lǐng)域起步較晚，但是隨著科研產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展速度相對(duì)較快。隨著航天和通信技術(shù)的發(fā)展，小衛(wèi)星的發(fā)射成本逐步降低，我國(guó)的低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)構(gòu)建逐步完善。最初發(fā)射了60余顆骨干衛(wèi)星，為全球的移動(dòng)通信和重點(diǎn)區(qū)域的寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供了有效的支持，后期又發(fā)射了近300顆補(bǔ)網(wǎng)衛(wèi)星，使寬帶業(yè)務(wù)能夠遍布全球，有效地通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)接入為全球用戶(hù)提供通信導(dǎo)航等服務(wù)。隨著我國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)逐步發(fā)展成熟，部分企業(yè)實(shí)現(xiàn)了民營(yíng)衛(wèi)星和運(yùn)載火箭的突破，低軌衛(wèi)星的星座計(jì)劃實(shí)施得到了有效的落實(shí)，推動(dòng)了低軌衛(wèi)星通信行業(yè)的飛速發(fā)展。

3.2 低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展前景和挑戰(zhàn)

近些年來(lái)，航天技術(shù)和通信技術(shù)不斷建設(shè)發(fā)展，衛(wèi)星通信系統(tǒng)中低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)成本不斷縮減。但是傳統(tǒng)的衛(wèi)星發(fā)射通常都是服務(wù)于國(guó)家建設(shè)，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)構(gòu)建投入大多是依賴(lài)國(guó)家財(cái)政完成。隨著技術(shù)的成熟和企業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的民用企業(yè)開(kāi)始通過(guò)衛(wèi)星發(fā)射來(lái)提供相應(yīng)的技術(shù)支撐。

低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)非常重要的一個(gè)發(fā)展前景就是低軌通信系統(tǒng)的市場(chǎng)得到了不斷的開(kāi)發(fā)，可以有效地服務(wù)于企業(yè)，如農(nóng)業(yè)種植、民用航空以及地質(zhì)勘查等領(lǐng)域。但是隨著低軌道衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量的增加，不同衛(wèi)星站之間的信號(hào)頻率等非常容易發(fā)生互相干擾，因此未來(lái)的低軌衛(wèi)星交通系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展過(guò)程中也要不斷優(yōu)化相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，避免信號(hào)的互相干擾而影響到最終的通信質(zhì)量。而且低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)本身因?yàn)榫嚯x地面相對(duì)較近，非常容易受到風(fēng)雨雷電等氣候環(huán)境的影響，雖然前期的成本投入逐步降低，但是后期需要固定的資金分配來(lái)用于衛(wèi)星的維護(hù)，以更好地保證衛(wèi)星通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

此外，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程中，市場(chǎng)的開(kāi)拓需要構(gòu)建相對(duì)比較完善的產(chǎn)業(yè)鏈。但是相較于國(guó)外而言，我國(guó)的低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建有待完善，產(chǎn)業(yè)鏈不完善容易導(dǎo)致相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失[9]。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)的構(gòu)建與國(guó)家的政策、資本以及相應(yīng)的市場(chǎng)有很大的關(guān)聯(lián)性。為保證低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量，我國(guó)政府在航天領(lǐng)域出臺(tái)了相應(yīng)的優(yōu)惠政策和資金支持。中國(guó)的航天技術(shù)成熟使得衛(wèi)星的發(fā)射不再困難，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用可以逐步推廣到各個(gè)領(lǐng)域，推動(dòng)了國(guó)家的建設(shè)與發(fā)展[10]。

信息化時(shí)代的到來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為各行各業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的相關(guān)通信領(lǐng)域仍然需要有效地借助衛(wèi)星通信系統(tǒng)來(lái)完成。衛(wèi)星通信系統(tǒng)的市場(chǎng)開(kāi)拓過(guò)程中越來(lái)越多的企業(yè)擁有相應(yīng)的實(shí)力進(jìn)行衛(wèi)星發(fā)射，從而構(gòu)建獨(dú)屬于相關(guān)企業(yè)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，為互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)以及其他相關(guān)企業(yè)的技術(shù)研發(fā)等工作開(kāi)展提供技術(shù)支撐[11]。

4 結(jié) 論

中國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的研發(fā)起步相對(duì)較晚，但是發(fā)展速度快。在不同軌道的衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)用過(guò)程中，低軌道通信系統(tǒng)因?yàn)榻ㄔO(shè)成本低以及通信質(zhì)量有保障，開(kāi)始廣泛應(yīng)用在國(guó)家軍事、農(nóng)業(yè)種植以及互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)發(fā)展等多個(gè)領(lǐng)域。與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的衛(wèi)星通信系統(tǒng)相較而言，我國(guó)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設(shè)相對(duì)比較落后，因此在低軌道通信系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展過(guò)程中要逐步構(gòu)建完整的產(chǎn)業(yè)鏈，并有效地加強(qiáng)航天技術(shù)、通信技術(shù)等研發(fā)來(lái)保障衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量，更好地推動(dòng)國(guó)家建設(shè)與發(fā)展。