基于寬帶衛星互聯網的Ka頻段動中通應急通信車的應用與實踐

文|雒永剛 劉志國 扎西 徐平

1.中國衛通集團股份有限公司 2.中國移動通信集團西藏有限公司

一、實現意義

如何在施工更加困難、人口分布更為稀疏的偏遠地區開展并推廣網絡建設，保障政府等重點用戶的應急通信，是當前我國偏遠地區網絡發展建設面臨的難題。據英國Avanti公司測算，通過地面通信網絡連通最后1%人口的建設費用將是前95%人口平均費用的40倍，而衛星通信網絡的建設不受地域影響，是實現人口分布稀疏地域通信網絡覆蓋的最佳選擇，基于Ka高通量衛星的寬帶互聯網已成為各國解決偏遠地區通信盲點網絡覆蓋的重要手段。

為進一步實現XZ全區無縫通信網絡覆蓋，解決偏遠地區通信盲區和信號中斷的難題，提升寬帶通信網絡覆蓋能力，確保偏遠地區突發事件下網絡連接與電話通信暢通,中國衛通配合中國移動XZ公司開展了基于寬帶衛星互聯網的Ka動中通應急通信車的應用與實踐，該方法以偏遠地區的實際通信需求為導向，依托我國首個寬帶衛星互聯網，針對XZ地區的維穩任務、應急保障等特殊應用場景進行深度挖掘分析，與中國移動XZ公司現有的高質量話音、互聯網接入、微基站、3G/4G基站中繼傳輸等綜合業務進行深度融合，為偏遠地區提供價格低、速率快、體驗佳的4G網絡和互聯網服務，并滿足快速搭建臨時熱點的應急通信需求，形成了支撐偏遠地區快速應急通信的新能力，滿足未來全域覆蓋、全時通信的要求。

二、創新方案

本方法針對偏遠地區通信盲區的實際需求，依托我國首個寬帶衛星互聯網，采用小型化Ka車載動中通衛星終端，建立了支撐互聯網、微基站和4G基站等多種業務場景的動中通應急通信車。具體的方案和創新點如下：

1.新技術——全新的寬帶衛星互聯網支撐移動網絡業務

寬帶衛星互聯網采用天地一體化設計理念，使用了全新的Ka頻段資源，通過多點波束和頻率復用等新技術，衛星容量可達20Gbit/s；同時，Ka頻段的地面終端更加小型化，其建設和維護的成本大幅降低；其用戶終端的下載和回傳速率最高分別可達150Mbit/s和12Mbit/s，真正意義上實現了寬帶無縫雙向接入（見圖1）。

（1）全新的衛星通信網絡

基于Ka頻段的寬帶衛星互聯網，其衛星容量至少是傳統通信衛星的數倍甚至數十倍，使得單位帶寬的通信成本大幅降低；同時，衛星終端的小型化，使其建設和維護的成本大幅降低；而傳輸速率成倍增加，則能夠滿足寬帶業務的接入。Ka衛星通信網絡與傳統通信衛星的對比見表1。

表1 Ka衛星通信網絡與傳統通信衛星對比

（2）無縫網絡覆蓋

靈活便捷地通過小型化衛星通信終端實現通信盲點網絡覆蓋，可以快速解決偏遠地區寬帶通信盲區和信號中斷的難題，提升寬帶通信網絡覆蓋。

2.新能力——Ka衛星動中通終端實現了行進途中的通信網絡覆蓋

Ka衛星動中通終端可滿足應急通信車在靜止或運動過程中實時通信能力。小型化（等效口徑0.45m）的Ka衛星動中通終端能夠自動采集應急通信車所在位置的經度、緯度和方向，顯示天線的方位角、俯仰角；根據衛星參數，進行一鍵式對星，自動對準衛星；能夠依據應急通信車的行進過程，實時跟蹤目標衛星；天線的伺服控制采用慣導測量/信標跟蹤的方式，能夠精準測量載體的位置和姿態信息，為動中通終端的尋星及精準跟蹤提供可靠的數據支撐，保證天線能夠實時跟蹤目標衛星以及當載體駛出遮擋區域后，天線能夠快速重新鎖定目標衛星。

Ka衛星動中通終端可以滿足載體在運動過程中實時跟蹤目標衛星，提供寬帶互聯網，通過衛星實現不間斷的話音、數據、圖像和視頻等多媒體業務傳輸，滿足應急通信和移動條件下的通信需求。

基于Ka衛星動中通終端應急通信車，能夠支撐通信盲點區域內的互聯網接入、微基站和4G基站等多種業務場景，在地面網絡被切斷（重大突發事件）或被損壞（自然災害事件）時，通過Ka衛星動中通終端能夠快速搭建現場通信熱點，通過Ka衛星動中通快速將現場圖像、視頻傳至指揮中心，實現總部和現場一線的高清視頻會議（見圖2）。

圖2 Ka衛星車載終端實現道路盲區的通信網絡覆蓋

3.新場景——基于衛星互聯網的多業務場景

基于Ka衛星寬帶互聯網，能夠與中國移動XZ公司現有的高質量話音、互聯網接入、微基站、3G/4G基站中繼傳輸等綜合業務進行融合，保障政府行業客戶應急通信需要，滿足全域覆蓋、全時通信的要求。

通過Ka衛星動中通應急通信車的寬帶互聯網接入方式，能夠在無基站信號的情況下實現上下行最大速率（上行8Mbps，下行40Mbps）的綜合數據傳輸業務：智能手機連接由Ka寬帶衛星終端提供的WiFi網絡，通過安裝在智能手機上的專業App軟件，實現語音通話；VoIP電話連接到由Ka寬帶衛星終端提供的互聯網網絡，實現高質量VoIP通話的應用（見圖3）。

圖3 基于衛星互聯網的“Ka+WiFi”業務場景

通過Ka衛星終端作為微基站的傳輸鏈路，能夠實現一定范圍內的2G和4G手機信號覆蓋，實現語音通話，同時個人用戶也可以通過手機4G上網，信號的穩定性和速率滿足用戶的數據、話音和上網等通信需求（見圖4）。

圖4 基于衛星互聯網的“Ka+微基站”業務場景

基于Ka衛星動中通應急通信車實現的3G/LTE基站數據回傳，可以為基站覆蓋區域內部的手機、隨身上網卡提供通信服務。實現單UE最大速率（上行8Mbps，下行40Mbps），并確保VoLTE語音通話質量清晰，正常進行微信語音、上傳現場視頻等業務（見圖5）。

圖5 基于衛星互聯網的“Ka+2G/4G基站”業務場景

三、應用效果

1.Ka衛星終端與地面通信業務的融合測試

依托我國首個自主可控的Ka寬帶衛星通信網絡，中國衛通協同中國移動XZ公司先后開展了“Ka+WiFi”、“Ka+微基站”和“Ka+2G/4G基站”三種業務場景的融合調測。其中 ：“Ka+WiFi”場景中，在無線路由覆蓋范圍內，均能夠成功接入互聯網進行各種業務應用（微信、網頁、視頻等），并支持VoIP語音通話；在“Ka+微基站”場景，用戶可通過手機加入微基站網絡，并正常進行通話和上網，速率可達44M（bit/s）/8M（bit/s）；在“Ka+2G/4G基站”場景中，4G基站的下行速率可達60Mbit/s、上行速率可達8Mbit/s，支持寬帶互聯網和VoLTE等服務。圖6、7是融合測試的總體情況。

圖6 Ka衛星終端與地面通信業務的融合測試結果1

圖7 Ka衛星終端與地面通信業務的融合測試結果2

2.率先開通全國首臺Ka動中通應急通信車，保障政府行業客戶應急通信需要

對于政府行業客戶的應急通信需求，中國衛通和中國移動XZ公司共同開展了針對性的分析，基于Ka寬帶衛星互聯網，于2018年7月率先開通了全國首臺Ka動中通應急通信車。采用了完全國產化的車載動中通衛星天線，能夠實現靜止和運動過程中的自動對星并全時跟蹤；實際測試中，Ka動中通下載速率61.8Mbit/s、上傳速率7.9Mbit/s；車輛在靜止和行駛過程中，能夠通過寬帶衛星互聯網，同時承載語音通話、WiFi上網、4G數據等業務的穩定運行。2018年10月，為滿足江達縣“金沙江堰塞湖”搶險指揮部和群眾安置點的通信需求，中國移動XZ公司緊急調派Ka衛星動中通應急通信車，現場保障搶險指揮的通信網絡暢通，標志著全國首臺Ka衛星應急通信車正式應用到通信保障的實戰工作；同時，也利用車載“Ka+4G基站”為新聞媒體在現場提供4G網絡直播的服務。

四、推廣建議

Ka衛星寬帶通信系統具有覆蓋廣、容量大、成本低、抗災強和部署快等優勢。在地面通信網絡未達或者遭到不可抗力破壞難以短時間修復的場景中，以及人員聚集型大型活動中，通過Ka動中通應急通信車承載2G/4G基站中繼傳輸、微基站、高質量話音、數據等綜合業務有著不可替代的優勢，能夠有效保障政府行業客戶應急通信需要。

基于Ka衛星寬帶通信網絡，能夠與地面通信網絡相互補充，進一步解決XZ地區通信盲點的網絡覆蓋難題，后續可應用在政府行業客戶的維穩任務、應急保障等工作上，滿足全域覆蓋、全時通信的要求。