低軌衛星通信系統的發展前景

黃小華

（中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081）

0 引 言

衛星通信系統也稱為微波通信，作為信息中繼站來實現多個地面站之間的通信，能夠全面覆蓋以實現不同區域之間的遠距離溝通[1]。根據工作軌道的不同，通信系統分為低軌道衛星通信系統、中軌道衛星通信系統和高軌道衛星通信系統，不同軌道的衛星在通信服務中所覆蓋的范圍和提供的相應通信服務品質存在很大的差異性。相較而言，低軌衛星通信系統的成本投入低，應用品質可以保障，因此得到廣泛的應用。各個國家也在不斷通過構建相應的低軌道衛星系統來更好地服務于國家的相關通信服務工作。但是要真正地使低軌衛星通信系統的應用達到更優的效果，需要探索未來低軌衛星通信系統的發展前景，以便為當前低軌衛星通信系統的建設發展指明方向。

1 衛星通信系統基本概述

1.1 衛星通信系統的組成

衛星通信系統是由衛星端、地面端和用戶端3個部分組成，衛星在空中起到信息中繼站的作用，可以將地面站發來的電磁波經過放大后返送到另一地面站，從而實現不同區域之間的通信。衛星星體包含星體設備和衛星母體。地面站是衛星系統與地面公眾網的接口，地面用戶可以通過地面站接入衛星系統，從而形成通信鏈，有效地結合衛星端來真正地實現信息的交流和溝通[2]。

1.2 衛星通信系統的調制

衛星通信系統也是一種微波通信，相應的波段頻率等也會在很大程度上影響通信質量。但是隨著通信業務的增加，衛星通信系統的通信負荷增加，非常容易使各個頻段之間出現信息干擾，導致通信出現延時或者失真，甚至受到相位噪聲等的影響。因此在當前衛星通信系統應用過程中要不斷地優化相應的調制技術來更好地保證通信質量。如正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術和小波包多載波調制技術進行系統調制可以提升衛星通信系統的整體性能，更好地保證相應的通信質量[3]。

1.3 衛星通信系統的優勢

衛星通信系統作為當前通信服務的重要支撐技術，其應用優勢非常明顯。

（1）覆蓋范圍大。地球的環境非常復雜，運用傳統的通信非常容易受到地面環境等的影響，這使最終的通信質量不佳而影響到相關工作的正常開展。而衛星通信系統對于高山、海洋等是不敏感的，可以實現大范圍的覆蓋，即使距離相較再遠，也可以有效地借助相應的衛星通信系統來完成相應的通信工作，而且衛星通信系統的構建成本與距離無關[4]。

（2）傳播穩定。衛星通信系統主要依靠電磁波在大氣層以外進行傳播，電波傳播非常穩定，即使可能會受到天氣情況的影響，其通信質量仍然相對較高，是非常可靠的一種通信系統。

（3）成本投入低。衛星通信系統的網絡建設速度快，而且成本投入低，除了地面站的建設之外，基本不需要再進行地面施工，后續所需要的維護費用也相對較低。

1.4 衛星通信系統的現狀

信息化發展背景下，通信工作對于各行各業的發展都至關重要，可以有效地提升相應的工作效率和工作質量。而相較于其他的通信系統而言，衛星通信系統的運營成本低、運行質量高，因此得到了廣泛的應用，而且隨著當前科技人才的培養和科技研發投入的增加，我國當前的衛星通信系統的建設發展進入了一個新的階段，可以有效地服務于當前的通信工作。頻譜資源與軌道資源豐富，相關資源的高效利用使得我國當前衛星通信系統的服務品質處于世界先進水平。研制出的大容量通信衛星的平臺和小衛星平臺使得高、中、低各種軌道發展迅速。監測臺、站的建立可以及時獲取通信衛星運行情況等來幫助衛星通信系統及時了解、分析并加強管理，有效克服和減少電磁波的干擾。

低軌道衛星通信系統的傳輸時延和功率損耗相對較小，對于衛星和用戶終端的要求也相對較低，因此在低軌道衛星構建過程中，可以采用微型或小型衛星和手持用戶端。但是每顆衛星的覆蓋范圍也相對小，因此要使通信網絡實現全球覆蓋，需要增加相應的衛星數目。此外，低軌衛星通信系統的構成和控制相對復雜，因此技術風險大且建設成本高[5]。

中軌道衛星通信系統是低軌道衛星通信系統和高軌道衛星通信系統的折中，因此兼有這兩類衛星通信系統的優勢，損耗小、傳播時延小，對于相應的衛星數量相對較低，可以實現全球大部分地區的覆蓋，而且系統的穩定性相對較高。但是利用中軌道通信系統為地面終端提供寬帶業務相對較難[6]。

高軌道衛星通信系統利用同步軌道的衛星能完成通信全覆蓋。相較而言，同步衛星通信系統的傳播時延和鏈路損耗大。但是高軌道衛星通信系統在理論上利用3顆高軌道衛星即可以實現全球覆蓋。

總而言之，不同軌道衛星通信系統的優劣勢不同，所適用的范圍也不同，所以在不同領域應用相應的衛星通信系統時也要有效地分析其優劣勢來更好地選擇合適的衛星通信系統。

2 中國衛星通信系統發展現狀

中國衛星研究發展起步相對較晚，但是發展速度快，中國衛星通信系統已經處于世界先進水平。我國的科學技術水平突飛猛進，已經建成了較多的衛星資源，形成了空間段，為通信業務使用奠定了堅實的基礎。除了衛星資源比較豐富，我國的衛星通信網絡也逐步完善，能夠有效地滿足各類型的通信業務，當前的衛星通信系統除了應用于通信工作之外，也可以有效地為民航、水利、氣象、鐵路、媒體等行業的發展提供技術支持。中國衛星通信系統的應用已經形成了規模，更好地服務于各行各業的發展[7]。

我國衛星通信系統的發展為通信業務開展提供了有效的技術支撐，但是相較于國外的衛星通信系統而言，其應用質量和技術水平仍然相對落后，這主要是因為我國當前的衛星通信系統發展過程中仍然面臨著一些問題，導致衛星通信系統的發展質量與國外發達國家仍有較大差距。

（1）以衛星轉發器為例，中國的民用通信衛星資源相對有限，因為缺乏相應的資金支持，與國外發達國家的衛星轉發器而言，其規模和性能容量都相對較差。

（2）國外發達國家擁有自建的衛星移動通信系統，而當前國內使用的大多為國外的商用衛星移動通信系統，因此一旦受到國外的制裁，民用移動通信會受到很大程度的影響。

（3）國外的衛星通信系統發展比較成熟，市場開發也相對比較深入。但是我國當前衛星通信系統的市場應用開發仍然具有一定的局限性。直播電視、因特網接入等由于用戶對于衛星通信系統缺乏正確的認識以及成本投入過高，影響了衛星通信系統的廣泛應用，很難實現市場的進一步開發[8]。

3 低軌衛星通信系統的發展前景

3.1 低軌衛星通信系統發展情況

中國的低軌衛星通信領域起步較晚，但是隨著科研產業的發展，低軌道衛星通信系統行業的發展速度相對較快。隨著航天和通信技術的發展，小衛星的發射成本逐步降低，我國的低軌道衛星通信系統構建逐步完善。最初發射了60余顆骨干衛星，為全球的移動通信和重點區域的寬帶互聯網服務提供了有效的支持，后期又發射了近300顆補網衛星，使寬帶業務能夠遍布全球，有效地通過互聯網接入為全球用戶提供通信導航等服務。隨著我國衛星通信系統逐步發展成熟，部分企業實現了民營衛星和運載火箭的突破，低軌衛星的星座計劃實施得到了有效的落實，推動了低軌衛星通信行業的飛速發展。

3.2 低軌衛星通信系統的發展前景和挑戰

近些年來，航天技術和通信技術不斷建設發展，衛星通信系統中低軌衛星通信系統的建設成本不斷縮減。但是傳統的衛星發射通常都是服務于國家建設，低軌衛星通信系統構建投入大多是依賴國家財政完成。隨著技術的成熟和企業的發展，越來越多的民用企業開始通過衛星發射來提供相應的技術支撐。

低軌衛星通信系統非常重要的一個發展前景就是低軌通信系統的市場得到了不斷的開發，可以有效地服務于企業，如農業種植、民用航空以及地質勘查等領域。但是隨著低軌道衛星發射數量的增加，不同衛星站之間的信號頻率等非常容易發生互相干擾，因此未來的低軌衛星交通系統的建設發展過程中也要不斷優化相應的系統設計，避免信號的互相干擾而影響到最終的通信質量。而且低軌道衛星通信系統本身因為距離地面相對較近，非常容易受到風雨雷電等氣候環境的影響，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用于衛星的維護，以更好地保證衛星通信系統的正常運行。

此外，低軌衛星通信系統的發展過程中，市場的開拓需要構建相對比較完善的產業鏈。但是相較于國外而言，我國的低軌衛星通信系統的產業鏈構建有待完善，產業鏈不完善容易導致相應的經濟損失[9]。

衛星通信系統的構建與國家的政策、資本以及相應的市場有很大的關聯性。為保證低軌道衛星通信系統的建設質量，我國政府在航天領域出臺了相應的優惠政策和資金支持。中國的航天技術成熟使得衛星的發射不再困難，衛星通信系統的應用可以逐步推廣到各個領域，推動了國家的建設與發展[10]。

信息化時代的到來，互聯網技術已經成為各行各業發展的重要基礎。互聯網技術中的相關通信領域仍然需要有效地借助衛星通信系統來完成。衛星通信系統的市場開拓過程中越來越多的企業擁有相應的實力進行衛星發射，從而構建獨屬于相關企業的衛星通信系統，為互聯網企業以及其他相關企業的技術研發等工作開展提供技術支撐[11]。

4 結 論

中國衛星通信系統的研發起步相對較晚，但是發展速度快。在不同軌道的衛星通信系統運用過程中，低軌道通信系統因為建設成本低以及通信質量有保障，開始廣泛應用在國家軍事、農業種植以及互聯網企業發展等多個領域。與國外發達國家的衛星通信系統相較而言，我國的衛星通信系統建設相對比較落后，因此在低軌道通信系統的建設發展過程中要逐步構建完整的產業鏈，并有效地加強航天技術、通信技術等研發來保障衛星通信系統的建設質量，更好地推動國家建設與發展。