柏 亮

（中國(guó)電子科學(xué)研究院，北京 100041）

0 引 言

21世紀(jì)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)有著較大的進(jìn)步。在系統(tǒng)運(yùn)用上，衛(wèi)星廣播系統(tǒng)與寬帶系統(tǒng)增長(zhǎng)速度最顯著。最早的通信衛(wèi)星由美國(guó)發(fā)射，后發(fā)達(dá)國(guó)家相繼發(fā)展了各種移動(dòng)通信系統(tǒng)，同步衛(wèi)星和通信也逐漸得到了人們的廣泛認(rèn)可[1]。隨后，掀起了世界上全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的熱潮，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的長(zhǎng)足發(fā)展。目前，太空有幾百顆同步的通信衛(wèi)星，為多個(gè)國(guó)家和地區(qū)提供了便利，同時(shí)大大提高了人們的生活水平。

1 國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著航空航天產(chǎn)業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)際社會(huì)也開展了互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的應(yīng)用。目前，我國(guó)開展衛(wèi)星業(yè)務(wù)的企業(yè)包括中國(guó)電信、中信網(wǎng)絡(luò)和亞洲衛(wèi)星等，同時(shí)也可以投資和租用其他國(guó)家的衛(wèi)星公司來(lái)謀劃衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，共同促進(jìn)國(guó)際衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。當(dāng)前，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)：無(wú)法阻斷跨境傳播，通信渠道不受各國(guó)間的監(jiān)管[2]；威脅航空航天安全，造成太空垃圾，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失；缺乏有效監(jiān)管制度和監(jiān)測(cè)水平。針對(duì)這些問題，需要互聯(lián)網(wǎng)工作者進(jìn)行積極規(guī)劃、研發(fā)，提高互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星的監(jiān)測(cè)能力，才有利于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的完善。

1.1 Starlink衛(wèi)星星座

Starlink衛(wèi)星是SpaceX公司4425星低軌移動(dòng)的通信星座，可以為全球客戶提供移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的通信入口端。這種量產(chǎn)型衛(wèi)星搭載了通信載荷，通信頻點(diǎn)采用Ku波段和Ka波段，衛(wèi)星采用光學(xué)星間鏈路、相控陣波束形成和數(shù)字處理技術(shù)。

1.2 OneWeb衛(wèi)星系統(tǒng)

OneWeb始建于2012年，計(jì)劃通過(guò)發(fā)射超過(guò)600個(gè)小衛(wèi)星到低軌道來(lái)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建覆蓋全球的高速電信網(wǎng)絡(luò)。它所設(shè)想的網(wǎng)絡(luò)將允許其用戶即使在發(fā)生災(zāi)難、地面上的各類基礎(chǔ)設(shè)施遭到損壞的情況下，也能與他人取得通信。目前，因?yàn)樵S多發(fā)展中國(guó)家的通信環(huán)境普遍較差，該衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展在未來(lái)還會(huì)使很多發(fā)展中國(guó)家人民受益。

1.3 鴻雁星座

鴻雁全球衛(wèi)星星座通信系統(tǒng)是中國(guó)航天科技集團(tuán)公司計(jì)劃建成的項(xiàng)目。該通信系統(tǒng)將由300顆低軌道小衛(wèi)星和全球數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理中心組成，具有全天候、全時(shí)段以及在復(fù)雜地形條件下的實(shí)時(shí)雙向通信能力，可為用戶提供全球?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)通信和綜合信息服務(wù)。

1.4 虹云星座

虹云工程是中國(guó)航天科工集團(tuán)五大商業(yè)航天工程之一。該工程計(jì)劃發(fā)射156顆衛(wèi)星，在距離地面1 000 km的軌道上組網(wǎng)運(yùn)行，致力于構(gòu)建一個(gè)星載寬帶全球移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。2022年完成星座部署后，虹云工程將可以提供全球無(wú)縫覆蓋的寬帶移動(dòng)通信服務(wù)，為各類用戶構(gòu)建“通導(dǎo)遙”一體化的綜合信息平臺(tái)。

1.5 天地一體化

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)是科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目中首個(gè)啟動(dòng)的重大工程項(xiàng)目，被列入國(guó)家“十三五”規(guī)劃綱要以及《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》。天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)由天基骨干網(wǎng)、天基接入網(wǎng)和地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)組成，并與地面互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)互聯(lián)互通，建成“全球覆蓋、隨遇接入、按需服務(wù)、安全可信”的天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)體系。建成后，它將使中國(guó)具備全球時(shí)空連續(xù)通信、高可靠安全通信、區(qū)域大容量通信以及高機(jī)動(dòng)全程信息傳輸?shù)饶芰Α?/p>

2 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系

2.1 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)

衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)主要采用TDMA和CDMA多址聯(lián)接技術(shù)，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(dòng)通信服務(wù)。它具有很大的優(yōu)越性，在情況危險(xiǎn)的災(zāi)害區(qū)也具有獨(dú)特的快捷性，對(duì)于遠(yuǎn)洋船舶也有快速的延伸性。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)能夠覆蓋地球的表面并且迅速移動(dòng)，解決了海陸空及通信不發(fā)達(dá)地區(qū)的移動(dòng)通信服務(wù)，為人們提供了極大便利。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)示意圖

2.2 寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)

我進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，人們對(duì)信息追求無(wú)止境。衛(wèi)星傳送語(yǔ)音、視圖，實(shí)現(xiàn)了多媒體衛(wèi)星通信，導(dǎo)致對(duì)寬帶的需求迅速增長(zhǎng)，也為很多互聯(lián)網(wǎng)新興產(chǎn)業(yè)提供了商業(yè)契機(jī)。系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

圖2 寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖

表1 高低軌衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.3 衛(wèi)星固定通信系統(tǒng)

固定通信系統(tǒng)作為衛(wèi)星通信傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)，涉及范圍有電信服務(wù)、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域?，F(xiàn)階段，為實(shí)現(xiàn)電視與互聯(lián)網(wǎng)接入的需求，寬帶業(yè)務(wù)成為固定通信業(yè)務(wù)的主要方向[3]。為了讓用戶使用靈活方便，用戶終端將衛(wèi)星固定通信系統(tǒng)進(jìn)一步小型化和智能化。采用新技術(shù)后的衛(wèi)星固定通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了快速轉(zhuǎn)型，完善了各個(gè)服務(wù)區(qū)業(yè)務(wù)的通信連接。

3 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

目前，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)處于發(fā)展初級(jí)階段，但非?；钴S。未來(lái)的衛(wèi)星通信能夠最大限度發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，快捷便利地把用戶所需內(nèi)容發(fā)送給客戶，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

3.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)起步較發(fā)達(dá)國(guó)家晚，近年來(lái)逐步提高了對(duì)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的重視程度。中國(guó)航天科工和航天科技人員都積極研發(fā)、規(guī)劃、監(jiān)測(cè)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)成果。但是，我國(guó)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)目前還存在一些弊端，相比于國(guó)外仍然需要提升，增加衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的檢測(cè)能力，逐步建立起安全有效的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，提高衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)信號(hào)強(qiáng)度，精準(zhǔn)定位，統(tǒng)一規(guī)劃。衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的興起，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和信息化結(jié)構(gòu)具有重要作用。

我國(guó)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展不足的應(yīng)對(duì)方式：鼓勵(lì)科研機(jī)構(gòu)研究衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，不斷創(chuàng)新技術(shù)；完善互聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)管手段，降低管理風(fēng)險(xiǎn)，減少互聯(lián)網(wǎng)無(wú)線電的威脅；完善衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)環(huán)節(jié)的管理和契合，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用。面對(duì)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的不利條件，應(yīng)該積極動(dòng)員各個(gè)部門，提高重視，共同致力于發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水平。

3.2 國(guó)外發(fā)展趨勢(shì)

1957年，蘇聯(lián)成功發(fā)射第一顆人造地球，開啟了航天事業(yè)新紀(jì)元。此后，世界上各個(gè)國(guó)家都相繼發(fā)射衛(wèi)星。美國(guó)Google和Facebook項(xiàng)目，旨在將互聯(lián)網(wǎng)推向全世界。美國(guó)政府對(duì)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)管力度大，小衛(wèi)星成本低，建設(shè)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)成為可能。如今，國(guó)外衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)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(diǎn)，可以利用其優(yōu)勢(shì)對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用[4]。表1從系統(tǒng)規(guī)模、容量、運(yùn)行壽命以及覆蓋范圍等多方面對(duì)高軌與低軌衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析。

3.3 技術(shù)發(fā)展方向

近年來(lái)，全球提出了10多家大型衛(wèi)星星座的研究，大部分星座計(jì)劃將會(huì)在未來(lái)5年內(nèi)推出新一代衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展會(huì)得到更大提升，這對(duì)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，解決衛(wèi)星面臨的種種問題，分析并考慮應(yīng)對(duì)措施，對(duì)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)有效的監(jiān)管和提升衛(wèi)星通信的發(fā)展至關(guān)重要。在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)面前，發(fā)展前景日益得到全球人的青睞，各國(guó)多方爭(zhēng)搶互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，日益成為發(fā)展的焦點(diǎn)[5]。

4 結(jié) 論

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外新型衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不斷進(jìn)步，但仍然需要后續(xù)不斷研究探索。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)如今仍有許多不足，缺乏嚴(yán)格的監(jiān)管，同時(shí)也會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)和人身?yè)p失。因此，要完善衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系，提高科研水平，加強(qiáng)市場(chǎng)監(jiān)管和國(guó)家監(jiān)督的力度，精準(zhǔn)解決各種互聯(lián)網(wǎng)問題。處于初級(jí)階段的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，機(jī)遇和風(fēng)險(xiǎn)并存，需要把握機(jī)遇，減少風(fēng)險(xiǎn)，完善信息化服務(wù)，保護(hù)用戶信息安全，在國(guó)家監(jiān)測(cè)、政府協(xié)調(diào)、企業(yè)分工的共同作用下實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。