低軌寬帶通信衛(wèi)星應(yīng)用淺析

許幼成，陳滌非，孫 強(qiáng)

（上海埃威航空電子有限公司，上海 200233）

0 引言

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由于制造、發(fā)射、運(yùn)營(yíng)成本十分高昂，如20世紀(jì)90年代的低軌星座“銥星”和“全球星”等都經(jīng)歷了破產(chǎn)和重組。隨著移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，一大批新興低軌衛(wèi)星星座，如國(guó)外的OneWeb、Telesat、SpaceX，國(guó)內(nèi)的鴻雁計(jì)劃、虹云計(jì)劃又重新回歸到這一通信領(lǐng)域。本文針對(duì)低軌寬帶衛(wèi)星通信的優(yōu)劣勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景等進(jìn)行了相關(guān)分析。

1 優(yōu)劣勢(shì)分析

低軌衛(wèi)星星座構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)能夠確保露天環(huán)境下在任何時(shí)間、任何空間通信可達(dá)。從通信的可達(dá)性和實(shí)時(shí)性角度而言，相對(duì)于高軌通信衛(wèi)星，具有“極地覆蓋”和“低時(shí)延”的優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于地面網(wǎng)絡(luò)，其優(yōu)勢(shì)在于“天基”和“全球無(wú)死角覆蓋”。

低軌通信衛(wèi)星相對(duì)于地面網(wǎng)絡(luò)最大的劣勢(shì)是價(jià)格高昂，與地球靜止衛(wèi)星不同，低軌寬帶星座配套的天線需要能夠跟蹤多顆衛(wèi)星，因此必須使用相控陣天線，同時(shí)低軌衛(wèi)星通常采用了可用頻帶較寬的Ka波段，也將造成了應(yīng)用終端及天線的研制難度和價(jià)格較高，因此成本效率和能量效率都很低。

因此，由于低軌衛(wèi)星有著天然的“性價(jià)比”劣勢(shì)，應(yīng)避開(kāi)5G網(wǎng)絡(luò)的潛在應(yīng)用領(lǐng)域，要與5G網(wǎng)絡(luò)形成差異化的競(jìng)爭(zhēng)，其應(yīng)用和市場(chǎng)定位應(yīng)該在5G網(wǎng)絡(luò)涵蓋的應(yīng)用領(lǐng)域之外。

從技術(shù)相關(guān)度和市場(chǎng)潛力兩個(gè)維度，可以把應(yīng)用領(lǐng)域大致切分為4個(gè)區(qū)域，分別用市場(chǎng)潛力高、低，和技術(shù)相關(guān)度高、低進(jìn)行描述。

圖1 技術(shù)相關(guān)度和市場(chǎng)潛力

2 關(guān)注領(lǐng)域

低軌衛(wèi)星通信應(yīng)與5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域形成差異化，應(yīng)關(guān)注技術(shù)相關(guān)度較高的領(lǐng)域，具體可表現(xiàn)為以下方面：

（1）全球覆蓋優(yōu)勢(shì)帶來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域需求：一是陸地網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)（沙漠、山區(qū)、偏遠(yuǎn)村落等特殊通信需求）；二是災(zāi)害區(qū)域（地震、海嘯、龍卷風(fēng)、戰(zhàn)爭(zhēng)等應(yīng)急通信）；三是高空（飛機(jī)、熱氣球、高空無(wú)人機(jī)等）；四是海洋（遠(yuǎn)海船舶、深海油氣平臺(tái)、海洋氣象傳感網(wǎng)絡(luò)等）；五是極地（南、北極）。

（2）功能增強(qiáng)領(lǐng)域需求：一是星基AISVDES、星基ADS-B數(shù)據(jù)應(yīng)用；二是衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)數(shù)據(jù)；三是高移動(dòng)性通信；四是低延時(shí)通信。

3 應(yīng)用評(píng)估

這里匯總了前期調(diào)研的所有可能的應(yīng)用領(lǐng)域，并多名相關(guān)業(yè)內(nèi)人士打分并取平均值，對(duì)這些應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)相關(guān)性和市場(chǎng)潛力進(jìn)行了評(píng)估。

市場(chǎng)評(píng)估是低軌衛(wèi)星通信在該應(yīng)用方向的市場(chǎng)價(jià)值的判斷。價(jià)值很大，10-9分；價(jià)值大，8-7分；價(jià)值一般，6-5分；價(jià)值較低，4-3分；價(jià)值低，2-0分。技術(shù)相關(guān)性評(píng)估是該應(yīng)用方向?qū)Φ蛙壭l(wèi)星通信技術(shù)依賴性、關(guān)聯(lián)性的判斷。高相關(guān)性，10-9分；較高相關(guān)性，8-7分；中相關(guān)性，6-5分；較低相關(guān)性，4-3分；低相關(guān)性，2-0分。

評(píng)估結(jié)果如表1所示。

表1 技術(shù)相關(guān)性和市場(chǎng)潛力

圖2 技術(shù)相關(guān)性和市場(chǎng)潛力

4 應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)想

表2列舉了應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)想，并從連接方式，優(yōu)先級(jí)、產(chǎn)品類型、連接時(shí)延、連接實(shí)時(shí)性、地理分布等進(jìn)行了分析。

表2 應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)想

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，地球靜止通信衛(wèi)星正在受到新興低軌寬帶通信衛(wèi)星星座的挑戰(zhàn)，這些巨型星座通常由幾百甚至上千顆衛(wèi)星組成，國(guó)外如OneWeb、SpaceX、Telesat等都已經(jīng)有明確的發(fā)展計(jì)劃，而我國(guó)的“虹云”計(jì)劃與“鴻雁”計(jì)劃也已完成了首顆試驗(yàn)星的發(fā)射和在軌測(cè)試，可以想象在更遠(yuǎn)的未來(lái)將會(huì)構(gòu)建成一個(gè)天地一體化無(wú)縫連接的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，期望通過(guò)本文對(duì)低軌寬帶衛(wèi)星的應(yīng)用場(chǎng)景的粗淺分析能拋磚引玉，并同時(shí)為推動(dòng)低軌寬帶通信衛(wèi)星技術(shù)和商業(yè)的發(fā)展提供一些參考。