·文|中國空間技術研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部 沈宇飛 周鈉 高素 馮瑄

基于空間通信信息系統(tǒng)的“一帶一路”信息聯(lián)通走廊

·文|中國空間技術研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部 沈宇飛 周鈉 高素 馮瑄

一、前言

“一帶一路”戰(zhàn)略涉及的國家地域廣闊、自然環(huán)境多樣?！耙粠б宦贰睉?zhàn)略涉及的國家65個，44億人口，占全球63%，發(fā)展中國家居多，基礎設施建設水平普遍較差，影響了互聯(lián)互通，也阻礙了資金、物流、信息流以及人文合作交流。

“一帶一路”戰(zhàn)略涉及基礎設施建設、高鐵、礦產(chǎn)資源開發(fā)、能源通道建設等多個領域的中國企業(yè)，涉及各個國家和地區(qū)，地域廣闊，地理情況復雜，對信息互聯(lián)互通的實時性、安全性和可靠性提出了更高要求，亟待通過自主可控的空間通信信息系統(tǒng)解決上述問題。

空間信息技術是解決信息“互聯(lián)互通”的重要甚至唯一途徑。衛(wèi)星通信廣播具有傳輸距離遠、覆蓋區(qū)域廣、投送容量大、業(yè)務類型多、抗毀能力強、組網(wǎng)靈活快捷等優(yōu)勢，固定通信衛(wèi)星可滿足沿線國家在固定通信廣播、廣播電視傳輸、互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入、遠程教育和遠程醫(yī)療、地面災備、數(shù)字內容投遞，以及車載、船載、機載寬帶通信等方面的需求；移動通信衛(wèi)星可滿足沿線國家在移動通信多個方面的需求。

充分利用現(xiàn)有和規(guī)劃發(fā)展的衛(wèi)星通信資源，適度補充完善天基系統(tǒng)，共建分布合理、功能齊全、穩(wěn)定運行的信息服務網(wǎng)絡，將為“一帶一路”總體戰(zhàn)略的實施、工程建設、設施聯(lián)通和運營服務提供空間信息支持，保障“一帶一路”信息互聯(lián)互通，支撐我國企業(yè)“走出去”，推動航天產(chǎn)業(yè)國際化發(fā)展。

二、國內外發(fā)展趨勢與“一帶一路”需求

1.發(fā)展趨勢

固定業(yè)務、移動業(yè)務、廣播業(yè)務正在向寬帶多媒體方向發(fā)展，各種衛(wèi)星通信廣播系統(tǒng)的統(tǒng)一性在不斷增加，互異性在不斷減少，各種系統(tǒng)之間正在趨于融合，將逐步形成不同功能類型（通信、廣播、導航），不同頻段（L、S、C、Ku、Ka等）、不同技術體制和使用特性相結合的綜合性體系。

衛(wèi)星通信廣播網(wǎng)絡應用的具體發(fā)展趨勢是：固定業(yè)務向靈活組網(wǎng)、高傳輸速率和用戶容量、全IP化發(fā)展；移動業(yè)務向高系統(tǒng)容量、高用戶接入速率、多媒體發(fā)展；廣播業(yè)務向高碼率大容量、雙向交互、移動便攜、安全條件接收、多載波發(fā)布、多波束混合使用、擴大覆蓋面、與其他網(wǎng)絡業(yè)務融合發(fā)展；衛(wèi)星數(shù)據(jù)中繼業(yè)務向多目標接入、超高速數(shù)據(jù)傳輸、無線激光通信、按需分配資源等方向發(fā)展。

為了降低單位帶寬成本，衛(wèi)星通信廣播頻段正在向更高頻段擴展，包括現(xiàn)在的Ka頻段、未來的V和Q頻段，以及激光頻段等；為提高衛(wèi)星通信廣播系統(tǒng)的性能、容量，新的技術體制不斷推出。

隨著Wildblue-1、Spaceway-3、Viasat-1、Kasat等多顆Ka頻段寬帶多媒體通信衛(wèi)星的入軌運行，Ka頻段逐漸成為寬帶多媒體業(yè)務的首選頻段。Inmarsat在成功部署了四代L頻段區(qū)域移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)之后，第五代系統(tǒng)的頻段也提升至了Ka頻段。

全球數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)同樣經(jīng)歷了從S、Ku頻段到Ka以及激光頻段的發(fā)展歷程，早期的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，美國第一代TDRSS采用了S、Ku頻段；而2000年后的第二代TDRSS則采用了S、Ku、Ka頻段，歐洲和日本的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)同樣采用了S、Ka、激光頻段。

2.國內發(fā)展現(xiàn)狀

（1）衛(wèi)星固定通信和電視直播領域初具規(guī)模，實現(xiàn)整星出口零的突破

從我國首顆GEO通信衛(wèi)星成功發(fā)射至今，經(jīng)過30多年的發(fā)展，在衛(wèi)星固定通信方面，我國已有十余顆在軌固定通信衛(wèi)星，多采用C和Ku頻段，主要用于向我國境內和亞太等周邊國家提供固定通信服務，并正朝著商業(yè)化方向邁進。

基于成熟的東方紅-4衛(wèi)星平臺的固定通信衛(wèi)星使我國擺脫了大容量通信衛(wèi)星研制受制于人的被動局面，提高了國產(chǎn)化程度，并實現(xiàn)了整星出口零的突破。截至目前，我國已獲得多個國際商業(yè)通信衛(wèi)星采購合同，包括委內瑞拉衛(wèi)星、玻利維亞衛(wèi)星、巴基斯坦衛(wèi)星、尼日利亞衛(wèi)星及接替星，打造并初步樹立了“東方紅”的國際化品牌。

（2）衛(wèi)星寬帶通信和移動通信領域拓展應用、自主研制齊頭并進

在衛(wèi)星寬帶通信方面，利用現(xiàn)有常規(guī)通信衛(wèi)星進行寬帶通信技術的研究與應用已取得了很多成果，未來自主研制的Ka頻段寬帶通信衛(wèi)星將對推動遠程教育、促進資源共享、構建公平信息社會起到重要作用。

在衛(wèi)星移動通信方面，自主研制的GEO移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)建成后將為遠洋運輸、科學考察、搶險救災、國際外交和其他民商業(yè)應用提供高可靠的基本移動通信連接，同時LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)和移動多媒體廣播衛(wèi)星系統(tǒng)也在穩(wěn)步推進。

3.存在的差距

我國的空間通信信息系統(tǒng)存在巨大的發(fā)展空間，具體如下：

首先是擴展服務區(qū)域，提供“一帶一路”區(qū)域通信保障。目前尚缺少寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)對“一帶一路”地區(qū)的覆蓋能力，無法為“一帶一路”全部地區(qū)的石油、港口、勘探、建筑等行業(yè)提供靈活的寬帶專網(wǎng)連接，阻礙了我國在“一帶一路”地區(qū)影響力的擴大。另外，至今尚無一個真正意義上的全球通信廣播衛(wèi)星系統(tǒng)，難以提供基本的全球移動通信保障能力。因此需要加強寬帶和移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)建設，進一步擴展服務區(qū)域，滿足“一帶一路”乃至全球通信保障需求。

其次是健全體系架構、填補業(yè)務空白。目前尚不具備支持大容量衛(wèi)星固定寬帶通信、衛(wèi)星移動通信、衛(wèi)星移動多媒體廣播等業(yè)務能力，需要建設現(xiàn)代寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)、移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)和多媒體廣播衛(wèi)星系統(tǒng)，健全體系架構，填補業(yè)務空白。

再次是加強技術攻關、推動應用和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)有通信廣播衛(wèi)星系統(tǒng)在系統(tǒng)容量、通信體制、頻譜利用率、多波束天線、星上處理交換等關鍵技術上與國外相比尚存在一定差距，亟待突破；下一代大型地球同步軌道公用平臺的通信廣播衛(wèi)星能力與國外在軌主流通信廣播衛(wèi)星基本相當，突破有望；后續(xù)仍需持續(xù)開展技術攻關，提升基礎技術能力，帶動應用和產(chǎn)業(yè)的深入發(fā)展。

4.“一帶一路”沿線需求

“一帶一路”國家衛(wèi)星資源中，當前在軌的寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)覆蓋區(qū)域尚有缺失。當前在軌衛(wèi)星覆蓋了“一帶一路”沿線國家中絲綢之路經(jīng)濟帶的大部分的陸地地區(qū)和少量海洋地區(qū)，陸地地區(qū)中對中亞和東亞北部廣闊區(qū)域存在覆蓋缺失，對21世紀海上絲綢之路東部地區(qū)、即東南亞部分國家和地區(qū)存在覆蓋缺失，海洋地區(qū)中對印度洋、東南亞部分國家周邊的海域存在覆蓋缺失。

根據(jù)當前在軌衛(wèi)星軌位資料分析，在“一帶一路”區(qū)域覆蓋的軌位資源中具有可用的空余軌位。后續(xù)可依托我國已申報的網(wǎng)絡資料，在與我國其它規(guī)劃統(tǒng)籌協(xié)調的前提下、并與國際上相關國家規(guī)劃協(xié)調基礎上，利用可用的軌位頻率資源，滿足服務“一帶一路”的建設需求。

三、“一帶一路”信息聯(lián)通走廊發(fā)展思路

充分利用現(xiàn)有空間通信信息系統(tǒng)的“存量”、“增量”資源；加快空間基礎設施規(guī)劃中可服務“一帶一路”的設施建設；增建部分必要資源，開展衛(wèi)星通信應用，形成覆蓋“一帶一路”不間斷的天基通信信息互聯(lián)互通能力，保障“一帶一路”戰(zhàn)略構想的實施。

空間通信信息系統(tǒng)是開放的系統(tǒng)，考慮擴展使用“一帶一路”沿線國家衛(wèi)星資源如老撾星、尼日利亞衛(wèi)星、阿爾及利亞衛(wèi)星、白俄羅斯衛(wèi)星、巴基斯坦衛(wèi)星等，或共同建設新的衛(wèi)星資源，與當?shù)剡\營商互利共贏，共同運營，互聯(lián)互通，拓展空間通信信息系統(tǒng)能力，同時帶動航天裝備走出去。

空間通信信息系統(tǒng)由現(xiàn)有通信衛(wèi)星資源（在軌、在建）、空間基礎設施規(guī)劃可用于“一帶一路”的衛(wèi)星資源、新建通信衛(wèi)星資源及地面應用系統(tǒng)構成。

1.固定寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)提供“一帶一路”區(qū)域基礎服務

固定寬帶通信廣播衛(wèi)星系統(tǒng)建設及應用將得到持續(xù)發(fā)展。

一方面，平滑演進，滿足迫切需求。對現(xiàn)有成熟衛(wèi)星平臺進行適應性修改，提升新一代大型靜止軌道衛(wèi)星公用平臺能力，在此基礎上，發(fā)展大容量寬帶通信衛(wèi)星、廣播電視傳輸衛(wèi)星和電視直播衛(wèi)星，滿足我國國土及“一帶一路”沿線區(qū)域的遠程教育、電視直播戶戶通以及其他新增的固定通信業(yè)務等迫切需求。

另一方面，升級換代，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。突破下一代大型地球同步軌道公用平臺技術和全電推進平臺技術，形成單星上百吉赫茲的寬帶通信能力，達到世界先進水平。在此基礎上，重點發(fā)展超大容量通信衛(wèi)星、高承載比衛(wèi)星和新一代廣播電視傳輸衛(wèi)星，實現(xiàn)寬帶通信在國土和周邊區(qū)域的覆蓋增強，并具備一帶一路區(qū)域寬帶通信的服務能力，同時滿足新增的國家公益性通信和廣播電視傳輸需求，完成在軌直播星的更新?lián)Q代。

典型的超大容量寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)采用下一代大型地球同步軌道公用平臺，支持機載、艦載、高鐵等高速移動載體的雙向寬帶通信接入。全面提高我國寬帶通信在空間覆蓋能力、空間帶寬總支持能力、終端應用支持能力等方面的業(yè)務水平。

典型的高承載比衛(wèi)星采用全電推進平臺，在境內外地面通信網(wǎng)絡覆蓋欠佳的特殊地區(qū)，可快速建立具有一定安全特性、覆蓋區(qū)靈活可變的寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡。

預計經(jīng)過未來10年的發(fā)展，將形成覆蓋全球主要地區(qū)的寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)和覆蓋國土及周邊區(qū)域的固定通信、電視直播衛(wèi)星系統(tǒng)。到2025年我國固定寬帶通信廣播衛(wèi)星系統(tǒng)覆蓋范圍示意圖如圖1所示。

圖1 到2025年我國固定寬帶通信廣播衛(wèi)星系統(tǒng)覆蓋范圍示意圖

其中，寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)將能夠很好地滿足教育、廣電、通信、交通等部門在遠程教育、廣播電影電視傳輸和邊遠地區(qū)雙向通信等的應用需求，大幅提高我國西部和邊遠地區(qū)的信息化水平，有效提高普及教育質量，縮小數(shù)字鴻溝。固定通信衛(wèi)星系統(tǒng)將和電視直播衛(wèi)星系統(tǒng)有力強化政府的公共管理和社會服務能力。

2.移動通信廣播衛(wèi)星系統(tǒng)服務“一帶一路”區(qū)域新的業(yè)務增長點

自主的移動通信廣播衛(wèi)星系統(tǒng)建設與應用將成為新的增長點。

對移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)，統(tǒng)籌考慮多方需求，按照從國土及周邊擴展到“一帶一路”區(qū)域的思路，分步建設。即第一階段建設國土及周邊區(qū)域移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)，開展行業(yè)、個人日常及應急話音、信息服務；第二階段根據(jù)各方需求，共建支持“一帶一路”的移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)，真正解決“一帶一路”范圍內通信保障問題。

對移動多媒體廣播衛(wèi)星系統(tǒng)，首先基于新一代大型靜止軌道衛(wèi)星公用平臺開展建設，填補我國對移動終端通信廣播服務的空白；然后基于下一代大型地球同步軌道公用平臺，實現(xiàn)移動多媒體廣播衛(wèi)星系統(tǒng)的升級換代，通過對“一帶一路”地區(qū)進行中國主流價值觀的輸出，實現(xiàn)中國的聲音走出去。

典型的移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)空間段采用新一代大型靜止軌道衛(wèi)星公用平臺，并進行適應性修改，配置大型可展開天線，有效提高用戶波束數(shù)量，實現(xiàn)對海洋、山區(qū)和高原等地區(qū)近乎無縫的覆蓋，并采用星間鏈路技術，具備可擴展至全球的中低速實時移動通信能力。

典型的移動多媒體廣播衛(wèi)星采用新一代大型靜止軌道衛(wèi)星公用平臺并進行適應性修改，有效載荷采用高效大功率合成及大規(guī)模波束形成網(wǎng)絡技術。

預計經(jīng)過未來5～10年的發(fā)展，形成覆蓋“一帶一路”區(qū)域的移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)和移動多媒體廣播衛(wèi)星系統(tǒng)。其中，移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)將進一步完善我國應急通信保障系統(tǒng)和提升海外通信保障能力，移動多媒體廣播衛(wèi)星系統(tǒng)將滿足我國商用運營車、船、飛機以及個人用戶和周邊國家市場存在的衛(wèi)星移動數(shù)據(jù)廣播業(yè)務需求，有效改善政府應對自然災害、事故災害、公共衛(wèi)生、社會安全等領域的突發(fā)事件的能力。

四、結論

建設“一帶一路”是黨中央立足當前、著眼長遠作出的一項重大戰(zhàn)略決策，是實施新一輪擴大開放的重要舉措，也是我國刻不容緩的重要戰(zhàn)略任務。為加快空間通信信息系統(tǒng)建設，踐行“一帶一路”戰(zhàn)略，還需要從以下幾個方面深入開展工作。

第一，基礎設施建設、產(chǎn)業(yè)扶持政策先行。國家主導推動，先期投入，采用先扶持、后產(chǎn)業(yè)，邊扶持、邊轉變的方式，發(fā)揮衛(wèi)星通信的基礎設施效能；通過納入“一帶一路”開展頂層設計規(guī)劃，通過技術進步帶動業(yè)務發(fā)展，通過政策扶持不斷擴大業(yè)務規(guī)模，充分發(fā)揮效能。

第二，國家系統(tǒng)建設、資源儲備政策先行。加大推動并主導建立更高層面的統(tǒng)籌機制工作力度，有效確?！耙粠б宦贰钡挠妙l安全；把衛(wèi)星頻率軌位資源超前論證、基礎研究納入戰(zhàn)略規(guī)劃中，并研究制定相應的組織、管理、資金保證制度，確保系統(tǒng)建設應用與網(wǎng)絡資料儲備相匹配；從戰(zhàn)略規(guī)劃角度依托專業(yè)隊伍，加大專業(yè)技術基礎研究支撐與管理力度，包括軟件系統(tǒng)開發(fā)、國家標準制定、專項課題研究等制定相應管理辦法，并組織實施；設置機構，開展必要的頻率軌道資源和技術儲備，突破現(xiàn)有技術尋求新的頻段拓展方案，為可持續(xù)發(fā)展從技術角度奠定基礎。

第三，國家自主創(chuàng)新、技術推動政策先行。以國家投入為主，加強載荷、平臺、關鍵元器件等相關技術研究，依法制定知識產(chǎn)權政策，保護企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)和投入的積極性，加大國產(chǎn)化推進力度，提高競爭力；適時地開展新一代衛(wèi)星平臺能力提升，開展下一代衛(wèi)星平臺開發(fā)，在國家層面為這些平臺尋求首發(fā)星、提高其成熟度，為國家“一帶一路”空間通信信息系統(tǒng)建設提供必要的能力儲備；積極借鑒國際先進發(fā)展理念，引進國外先進技術和經(jīng)驗，促進相關設備、技術和服務的出口，提升國際影響力和國際競爭力。

空間通信信息系統(tǒng)可為我國“一帶一路”戰(zhàn)略構想的實施提供多種手段、隨需接入的信息保障能力，形成覆蓋“一帶一路”不間斷的信息互聯(lián)互通能力，為“一帶一路”個人用戶和行業(yè)用戶提供廣播電視傳輸、衛(wèi)星專用通信網(wǎng)、寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入、移動通信、地面公眾通信網(wǎng)補充和應急保障等服務，全面提高行業(yè)用戶信息化水平，極大滿足個人用戶個性化需求。

通過空間通信信息系統(tǒng)建設，形成信息聯(lián)通走廊，實現(xiàn)信息互聯(lián)互通，不間斷地覆蓋“一帶一路”區(qū)域，保障“一帶一路”戰(zhàn)略構想的順利實施。