衛星互聯網的技術體系、發展趨勢與應用

柏 亮

（中國電子科學研究院，北京 100041）

0 引 言

21世紀，衛星互聯網有著較大的進步。在系統運用上，衛星廣播系統與寬帶系統增長速度最顯著。最早的通信衛星由美國發射，后發達國家相繼發展了各種移動通信系統，同步衛星和通信也逐漸得到了人們的廣泛認可[1]。隨后，掀起了世界上全球衛星互聯網系統的熱潮，進一步實現了衛星互聯網的長足發展。目前，太空有幾百顆同步的通信衛星，為多個國家和地區提供了便利，同時大大提高了人們的生活水平。

1 國內外衛星互聯網的發展現狀

隨著航空航天產業和互聯網技術的發展，國際社會也開展了互聯網業務的應用。目前，我國開展衛星業務的企業包括中國電信、中信網絡和亞洲衛星等，同時也可以投資和租用其他國家的衛星公司來謀劃衛星互聯網產業，共同促進國際衛星互聯網的發展。當前，衛星互聯網存在一定的風險：無法阻斷跨境傳播，通信渠道不受各國間的監管[2]；威脅航空航天安全，造成太空垃圾，導致經濟損失；缺乏有效監管制度和監測水平。針對這些問題，需要互聯網工作者進行積極規劃、研發，提高互聯網衛星的監測能力，才有利于衛星互聯網系統的完善。

1.1 Starlink衛星星座

Starlink衛星是SpaceX公司4425星低軌移動的通信星座，可以為全球客戶提供移動互聯網的通信入口端。這種量產型衛星搭載了通信載荷，通信頻點采用Ku波段和Ka波段，衛星采用光學星間鏈路、相控陣波束形成和數字處理技術。

1.2 OneWeb衛星系統

OneWeb始建于2012年，計劃通過發射超過600個小衛星到低軌道來實現創建覆蓋全球的高速電信網絡。它所設想的網絡將允許其用戶即使在發生災難、地面上的各類基礎設施遭到損壞的情況下，也能與他人取得通信。目前，因為許多發展中國家的通信環境普遍較差，該衛星系統的發展在未來還會使很多發展中國家人民受益。

1.3 鴻雁星座

鴻雁全球衛星星座通信系統是中國航天科技集團公司計劃建成的項目。該通信系統將由300顆低軌道小衛星和全球數據業務處理中心組成，具有全天候、全時段以及在復雜地形條件下的實時雙向通信能力，可為用戶提供全球實時數據通信和綜合信息服務。

1.4 虹云星座

虹云工程是中國航天科工集團五大商業航天工程之一。該工程計劃發射156顆衛星，在距離地面1 000 km的軌道上組網運行，致力于構建一個星載寬帶全球移動互聯網絡。2022年完成星座部署后，虹云工程將可以提供全球無縫覆蓋的寬帶移動通信服務，為各類用戶構建“通導遙”一體化的綜合信息平臺。

1.5 天地一體化

天地一體化信息網絡是科技創新2030重大項目中首個啟動的重大工程項目，被列入國家“十三五”規劃綱要以及《“十三五”國家科技創新規劃》。天地一體化信息網絡由天基骨干網、天基接入網和地基節點網組成，并與地面互聯網和移動通信網互聯互通，建成“全球覆蓋、隨遇接入、按需服務、安全可信”的天地一體化信息網絡體系。建成后，它將使中國具備全球時空連續通信、高可靠安全通信、區域大容量通信以及高機動全程信息傳輸等能力。

2 衛星互聯網的技術體系

2.1 衛星移動通信系統

衛星移動通信系統主要采用TDMA和CDMA多址聯接技術，為全世界的用戶提供大跨度、高水平、靈活性和可行性的移動通信服務。它具有很大的優越性，在情況危險的災害區也具有獨特的快捷性，對于遠洋船舶也有快速的延伸性。衛星移動通信系統能夠覆蓋地球的表面并且迅速移動，解決了海陸空及通信不發達地區的移動通信服務，為人們提供了極大便利。衛星移動通信系統示意圖如圖1所示。

圖1 衛星移動通信系統示意圖

2.2 寬帶衛星通信系統

我進入互聯網時代，人們對信息追求無止境。衛星傳送語音、視圖，實現了多媒體衛星通信，導致對寬帶的需求迅速增長，也為很多互聯網新興產業提供了商業契機。系統構成如圖2所示。

圖2 寬帶衛星通信系統示意圖

表1 高低軌衛星應用系統優缺點分析

2.3 衛星固定通信系統

固定通信系統作為衛星通信傳統的業務，涉及范圍有電信服務、數據采集等領域。現階段，為實現電視與互聯網接入的需求，寬帶業務成為固定通信業務的主要方向[3]。為了讓用戶使用靈活方便，用戶終端將衛星固定通信系統進一步小型化和智能化。采用新技術后的衛星固定通信系統實現了快速轉型，完善了各個服務區業務的通信連接。

3 衛星互聯網的發展趨勢

目前，衛星互聯網處于發展初級階段，但非常活躍。未來的衛星通信能夠最大限度發揮自身優勢，快捷便利地把用戶所需內容發送給客戶，同時實現了衛星產業的快速發展。

3.1 國內發展趨勢

我國衛星互聯網起步較發達國家晚，近年來逐步提高了對衛星互聯網的重視程度。中國航天科工和航天科技人員都積極研發、規劃、監測衛星互聯網的相關成果。但是，我國衛星互聯網監測技術目前還存在一些弊端，相比于國外仍然需要提升，增加衛星互聯網的檢測能力，逐步建立起安全有效的監測網絡，提高衛星互聯網信號強度，精準定位，統一規劃。衛星通信產業的興起，對我國經濟發展和信息化結構具有重要作用。

我國衛星互聯網發展不足的應對方式：鼓勵科研機構研究衛星互聯網，實現技術突破，不斷創新技術；完善互聯網的監管手段，降低管理風險，減少互聯網無線電的威脅；完善衛星互聯網在各個環節的管理和契合，實現資源的有效利用。面對衛星互聯網的不利條件，應該積極動員各個部門，提高重視，共同致力于發展衛星互聯網技術的水平。

3.2 國外發展趨勢

1957年，蘇聯成功發射第一顆人造地球，開啟了航天事業新紀元。此后，世界上各個國家都相繼發射衛星。美國Google和Facebook項目，旨在將互聯網推向全世界。美國政府對衛星互聯網的監管力度大，小衛星成本低，建設衛星通信網絡成為可能。如今，國外衛星互聯網發展迅速，已不僅僅限于中低軌道。低軌和高軌在各方面有著不同特點，可以利用其優勢對其進行應用[4]。表1從系統規模、容量、運行壽命以及覆蓋范圍等多方面對高軌與低軌衛星應用系統各自的優缺點進行了對比分析。

3.3 技術發展方向

近年來，全球提出了10多家大型衛星星座的研究，大部分星座計劃將會在未來5年內推出新一代衛星互聯網系統。衛星互聯網的發展會得到更大提升，這對衛星互聯網監管帶來了嚴峻挑戰。因此，解決衛星面臨的種種問題，分析并考慮應對措施，對衛星互聯網有效的監管和提升衛星通信的發展至關重要。在衛星互聯網面前，發展前景日益得到全球人的青睞，各國多方爭搶互聯網技術，日益成為發展的焦點[5]。

4 結 論

近年來，國內外新型衛星互聯網的發展不斷進步，但仍然需要后續不斷研究探索。衛星互聯網現如今仍有許多不足，缺乏嚴格的監管，同時也會造成一定的經濟和人身損失。因此，要完善衛星互聯網的技術體系，提高科研水平，加強市場監管和國家監督的力度，精準解決各種互聯網問題。處于初級階段的衛星互聯網，機遇和風險并存，需要把握機遇，減少風險，完善信息化服務，保護用戶信息安全，在國家監測、政府協調、企業分工的共同作用下實現優質的衛星互聯網。