肖永偉 孫晨華 趙偉松（中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所）

從低軌移動通信星座、低軌寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座兩個發(fā)展方向，分析了包括“銥”（Iridium）衛(wèi)星系統(tǒng)、“一網(wǎng)”（OneWeb）衛(wèi)星系統(tǒng)等在內(nèi)的多個國外典型系統(tǒng)的總體發(fā)展情況、應(yīng)用支持能力以及“小衛(wèi)星多功能”、“小衛(wèi)星大容量”的設(shè)計特點(diǎn)。針對我國低軌通信星座發(fā)展，從頻率、應(yīng)用定位以及系統(tǒng)實用性等方面探討了總體設(shè)計應(yīng)關(guān)注的問題；從解決我國全球通信保障急需出發(fā)，提出以移動通信為主、多功能綜合、兼顧寬帶通信、規(guī)模逐步擴(kuò)展的低軌星座發(fā)展建議，并給出了空間組網(wǎng)、全球服務(wù)、頻譜感知、頻率共用、寬窄結(jié)合、協(xié)同應(yīng)用的總體設(shè)計思路。

1 國外低軌通信星座發(fā)展概況與特點(diǎn)

低軌通信星座從20世紀(jì)90年代末、21世紀(jì)初的發(fā)展低谷后，在物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶動下，為低軌通信星座發(fā)展注入了新的活力，迎來一個嶄新的發(fā)展高潮。以L、S、VHF等低頻段為主的Iridrum、“全球星”（Globalstar）、“軌道通信”（Orbcomm）系統(tǒng)等傳統(tǒng)的三大低軌移動通信星座已經(jīng)完成升級換代，并向多功能綜合、物聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展；以Ku、Ka頻段甚至更高頻段的新興互聯(lián)網(wǎng)星座計劃呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，如一網(wǎng)公司（OneWeb）、美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）、低軌衛(wèi)星公司（LEOSat）、加拿大電信衛(wèi)星公司（TeleSat）等提出的計劃，彌補(bǔ)了低頻段移動通信星座寬帶支持能力的不足。2014年12月－2015年4月，國內(nèi)外相關(guān)單位向國際電信聯(lián)盟（ITU）遞交的非地球同步軌道（NGSO）星座申報資料就超過了10份，涉及衛(wèi)星數(shù)量達(dá)數(shù)萬顆。

國外低軌通信星座發(fā)展過程

國外典型低軌高通量衛(wèi)星星座計劃

根據(jù)應(yīng)用方向和支持的業(yè)務(wù)，與地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星通信系統(tǒng)劃分方式一樣，低軌通信星座也可以劃分為移動和寬帶2個方向。移動通信星座，如Iridrum、Globalstar，采用L、S低頻段工作，以中低速率業(yè)務(wù)為主，支持面向手持移動通信和低功耗小型化物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)；寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座，又稱為低軌高通量衛(wèi)星（HTS）星座，如OneWeb、SpaceX等公司的星座，采用Ku、Ka等高頻段工作，衛(wèi)星數(shù)量多，以中高速業(yè)務(wù)為主（幾十兆比特每秒到吉比特每秒量級），支持互聯(lián)網(wǎng)接入、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)以及基站回程等服務(wù)。

根據(jù)市場應(yīng)用的細(xì)分，不同低軌通信星座采用的設(shè)計思路和技術(shù)路線區(qū)別也比較大，以下針對幾個典型低軌通信星座分別進(jìn)行簡單分析和對比。

Iridium及Iridium NEXT

到目前為止，在移動通信領(lǐng)域，Iridium系統(tǒng)設(shè)計依然是其他系統(tǒng)無法超越的，如基于星間鏈和星載路由交換的空間組網(wǎng)、真正全球無縫覆蓋和服務(wù)、不依賴地面關(guān)口站的端到端通信等。

2015年啟動了“下一代銥星”（Iridium

NEXT）部署，延續(xù)了Iridium的星座構(gòu)型設(shè)計和用頻設(shè)計，近極軌道，6個軌道面，66顆衛(wèi)星，L和Ka頻段。依然采用空間組網(wǎng)技術(shù)，具備全球無縫覆蓋、全球無縫服務(wù)的能力。在提供業(yè)務(wù)種類方面，從原來較為單一的話音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，擴(kuò)展到移動通信、寬帶通信、航空監(jiān)視[廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)（ADS-B）]、導(dǎo)航增強(qiáng)、機(jī)器對機(jī)器（M2M）以及低分辨率對地觀測等，具備多功能綜合服務(wù)能力。業(yè)務(wù)支持能力方面，一是提升了原有業(yè)務(wù)的速率；其次增加了L頻段高速業(yè)務(wù)，速率可達(dá)512kbit/s～1.5Mbit/s；另外還面向便攜和移動載體，提供Ka頻段寬帶通信能力，速率可達(dá)8Mbit/s。

Globalstar

Globalstar系統(tǒng)應(yīng)用定位與Iridium系統(tǒng)有所區(qū)別，定位于地面移動通信系統(tǒng)的延伸。

Globalstar星座構(gòu)型為“玫瑰”（Walker）星座，高度1400km，覆蓋范圍為70°（S）～70°（N）。Globalstar衛(wèi)星采用星上透明轉(zhuǎn)發(fā)模式工作，系統(tǒng)設(shè)計相對簡單。由于沒有星間鏈路和星上處理，每顆衛(wèi)星對外提供服務(wù)均需要關(guān)口站的支持。

受限于關(guān)口站部署，Globalstar系統(tǒng)不能實現(xiàn)與覆蓋相匹配的業(yè)務(wù)服務(wù)能力。Globalstar系統(tǒng)全球部署24個關(guān)口站，服務(wù)能力僅限于陸地和沿海周邊。

2013年完成Globalstar二代24顆衛(wèi)星的部署。在提供業(yè)務(wù)種類方面，從原來較為單一的移動話音和低速數(shù)據(jù)等通信業(yè)務(wù)外，擴(kuò)展支持“自動識別系統(tǒng)”（AIS）、ADS-B以及M2M等，具備多功能綜合服務(wù)的能力。Globalstar二代系統(tǒng)注重與地面業(yè)務(wù)融合發(fā)展，提供基于衛(wèi)星的WiFi服務(wù)（Sat-Fi）。

Orbcomm

Orbcomm是一個低速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，定位于物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，是唯一一個專用于M2M的低軌星座。用戶鏈路工作在VHF頻段，星上采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式工作，沒有星間鏈路。

Orbcomm星座部署3種類型軌道，傾斜圓軌道、赤道圓軌道和近極軌道，盡可能實現(xiàn)全球覆蓋。目前，Orbcomm一代與二代衛(wèi)星同時在軌，依托地面部署的16個關(guān)口站對外提供服務(wù)。Orbcomm二代單星質(zhì)量達(dá)到170kg，在傳輸能力和處理容量方面有了明顯提升。Orbcomm二代衛(wèi)星還搭載了AIS載荷，是目前世界最大的天基AIS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商，每天處理來自大約15萬艘船只超過1800萬條的AIS消息。

OneWeb

OneWeb應(yīng)該是目前最有影響力的寬帶互聯(lián)網(wǎng)低軌星座，目標(biāo)是使每個人都能夠使用互聯(lián)網(wǎng)接入，支持面向用戶的互聯(lián)網(wǎng)直接接入、熱點(diǎn)接入（WiFi/3G/4G）等。

OneWeb星座構(gòu)型為近極軌道，18個軌道面，軌道高度1200km，每個軌道面部署40顆衛(wèi)星，共計720顆衛(wèi)星，支持全球覆蓋。

OneWeb衛(wèi)星面向用戶接入采用Ku頻段，每顆衛(wèi)星配置16個固定Ku點(diǎn)波束，星上為透明轉(zhuǎn)發(fā)模式工作。與GEO-HTS衛(wèi)星的“點(diǎn)波束、頻率復(fù)用、透明轉(zhuǎn)發(fā)”設(shè)計理念類似，單星容量大，150kg小衛(wèi)星可以提供超過5Gbit/s的容量，面向小口徑終端（0.36m×0.16m），可以提供50Mbit/s的互聯(lián)網(wǎng)接入。

由于OneWeb系統(tǒng)沒有星間鏈路和星上處理能力，服務(wù)區(qū)域受限于關(guān)口站部署。OneWeb系統(tǒng)計劃全球部署70余個關(guān)口站，但對于大部分洋區(qū)和部分偏遠(yuǎn)山區(qū)，存在關(guān)口站部署困難的問題，依然會存在服務(wù)盲區(qū)。

LEOSat

LEOSat互聯(lián)網(wǎng)星座首期將發(fā)射108顆衛(wèi)星完成星座構(gòu)建，軌道高度1400km，星座采用星間激光鏈路、星上處理交換技術(shù)，提供Ka頻段大容量寬帶數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。具有按需全球可達(dá)、低時延、點(diǎn)對點(diǎn)大容量。LEOSat系統(tǒng)服務(wù)與“另外三十億人”（O3b）系統(tǒng)類似，將自身視為衛(wèi)星固定運(yùn)營商的容量補(bǔ)充，只為大型企業(yè)和政府提供高速數(shù)據(jù)接入，未來計劃為3000家大型企業(yè)和機(jī)構(gòu)用戶提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

典型星座主要參數(shù)對比

在單星設(shè)計方面，LEOSat系統(tǒng)將會使用高功率衛(wèi)星平臺，通過提高單星能力的方式減少衛(wèi)星數(shù)量。每顆LEOSat衛(wèi)星配置4個星間鏈路，包括同軌道星間鏈路和異軌道星間鏈路。每顆LEOSat衛(wèi)星配置12個Ka頻段跟蹤點(diǎn)波束，10個用戶鏈路波束，每個波束可支持1.6Gbit/s點(diǎn)對點(diǎn)連接；2個饋電鏈路波束（也支持面向用戶互連），支持高達(dá)10Gbit/s的星地傳輸。

從國外低軌通信星座發(fā)展來看，其中2個特點(diǎn)比較突出：

1）小衛(wèi)星多功能?！耙苿油ㄐ?物聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用成為低軌衛(wèi)星移動星座發(fā)展的共識，特別是衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，已成為低軌星座新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。單純的移動通信業(yè)務(wù)很難支撐低軌星座可持續(xù)發(fā)展，如Iridium NEXT、Globalstar二代均支持ADS-B、M2M業(yè)務(wù)，Orbcomm本身就定位于M2M業(yè)務(wù)，二代還增加了AIS等。Orbcomm在近幾年則出現(xiàn)了快速的增長，保持了每年近10%的收入增速。

2）小衛(wèi)星大容量。寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)的普及與推廣應(yīng)用，促進(jìn)了低軌互聯(lián)網(wǎng)星座的發(fā)展。隨著衛(wèi)星通信技術(shù)和衛(wèi)星平臺能力的提升，為降低系統(tǒng)費(fèi)效比，小衛(wèi)星大容量成為低軌互聯(lián)網(wǎng)星座發(fā)展的顯著特征。如OneWeb系統(tǒng)的衛(wèi)星質(zhì)量約150kg，單星容量可達(dá)5Gbit/s；LEOSat衛(wèi)星質(zhì)量約800kg，單星容量可達(dá)10Gbit/s，而且支持激光星間鏈路和星上處理交換。

2 低軌通信星座設(shè)計需關(guān)注的問題

頻率問題

頻率軌道資源是低軌通信星座發(fā)展不可或缺的戰(zhàn)略資源。從目前來看，我國提出的低軌通信星座計劃，頻率資源問題是后續(xù)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用面臨的最大瓶頸，無論是支持衛(wèi)星移動通信的L、S頻段，還是支持寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入的Ku、Ka頻段。

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的頻率和軌道資源是極為稀缺的戰(zhàn)略性資源，1.5GHz和2GHz的L、S頻段有衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)“黃金頻段”之稱。根據(jù)ITU《無線電規(guī)則》頻率劃分規(guī)定，在全球以主要業(yè)務(wù)形式劃分給衛(wèi)星移動通信業(yè)務(wù)的L、S頻率資源共計2×87.5MHz。對于上行1610.0～1626.5MHz/下行2483.5～2500.0MHz及上行1626.5～1660.5MHz/下 行1525.0～1559.0MHz這2對頻率資源，幾乎沒有獲得頻率獨(dú)立使用的可能。對于上行1668.0～1675.0MHz/下行1518.0～1525.0MHz各7MHz的頻率資源，在我國主要用于衛(wèi)星氣象業(yè)務(wù)，衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)目前是次要業(yè)務(wù)劃分，且在國際上還需要保護(hù)射電天文業(yè)務(wù)以及美國的航空遙測業(yè)務(wù)，實現(xiàn)全球覆蓋的難度較大?；谏闲?980～2010MHz/下行2170～2200MHz各30MHz頻率資源，實現(xiàn)全球覆蓋的難度也比較大。首先，該頻率是我國天通－1衛(wèi)星移動通信使用頻率；另外，該頻率也可用于地面移動業(yè)務(wù)，目前如俄羅斯、加拿大、韓國等很多國家很可能將其用于國際移動通信（IMT）地面移動業(yè)務(wù)。

對于NGSO寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座，大部分都選擇Ku、Ka頻段，頻率干擾協(xié)調(diào)難度越來越大。其一，Ku、Ka頻段是GEO寬帶衛(wèi)星通信主用頻段，Ku、Ka頻段在軌GEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資料數(shù)量大，與GEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)難度大；其二，NGSO之間協(xié)調(diào)難度大，同一區(qū)域的多個NGSO幾乎不可能共享同一頻譜，排他性更嚴(yán)重，如OneWeb，聲稱擁有Ku頻段獨(dú)家頻譜擁有權(quán)。

衛(wèi)星移動通信業(yè)務(wù)常用L、S頻段劃分

從目前頻率劃分形勢來看，對于發(fā)展我國的低軌星座，一是在ITU規(guī)則下，通過先進(jìn)技術(shù)（如頻譜感知、更高頻段技術(shù)等）、雙邊合作等手段推進(jìn)頻率國際協(xié)調(diào)；二是研究ITU規(guī)則，與時俱進(jìn)提出規(guī)則修改建議和提案，為我們及后來者留出一定的發(fā)展空間。

應(yīng)用定位問題

從目前國外典型低軌星座發(fā)展來看，應(yīng)用定位基本可以分為2種。

一種類型是面向大眾服務(wù)的星座。一般采用常態(tài)化無縫覆蓋設(shè)計思路，衛(wèi)星波束設(shè)計一般為固定指向。典型如Iridium、OneWeb星座，均支持全球無縫覆蓋。對于低頻段NGSO星座，波束寬，單星多波束視場覆蓋達(dá)到±60°，衛(wèi)星數(shù)量一般在幾十顆，如L頻段Iridium系統(tǒng)，66顆衛(wèi)星，實現(xiàn)全球無縫覆蓋，為各類用戶提供全球移動通信服務(wù)。對于NGSO低軌互聯(lián)網(wǎng)星座，頻率高，波束窄，為實現(xiàn)全球無縫覆蓋，需要的波束數(shù)量遠(yuǎn)大于移動通信星座，同時，為降低單星成本及實現(xiàn)的難度，低軌互聯(lián)網(wǎng)星座一般需要更多的衛(wèi)星，如OneWeb星座，部署720顆衛(wèi)星，總波束數(shù)量11520個。

另一種類型是面向部分高端用戶服務(wù)的星座。其特點(diǎn)是用戶數(shù)量有限，單用戶對傳輸能力要求較高。服務(wù)的用戶群主要以高端和高價值目標(biāo)為主，如海上大型郵輪、地面骨干節(jié)點(diǎn)、偏遠(yuǎn)基站、石油和天然氣離岸平臺，以及政府/軍隊等。該類型星座一般采用全球可達(dá)的、高頻段可移動點(diǎn)波束的設(shè)計思路，如LEOSat系統(tǒng)，采用Ka頻段，單星面向用戶提供10個可調(diào)點(diǎn)波束，可按需跟蹤指向用戶。該類型星座支持用戶數(shù)量有限（在千量級），但單波束提供能力強(qiáng)，可達(dá)吉比特每秒量級。

從國外典型系統(tǒng)來看，面向不同的應(yīng)用定位，星座總體設(shè)計思路不同；即使應(yīng)用定位類似，但由于頻段的不同，系統(tǒng)實現(xiàn)的差別也非常大。對于我國低軌星座設(shè)計，首先應(yīng)明確應(yīng)用定位，其次還需要綜合考慮技術(shù)路線在技術(shù)風(fēng)險、經(jīng)濟(jì)性等對工程實現(xiàn)的影響。

系統(tǒng)實用性問題

低軌通信星座，特別是寬帶互聯(lián)網(wǎng)低軌星座的系統(tǒng)設(shè)計，需要考慮系統(tǒng)運(yùn)行后能不能提供穩(wěn)定服務(wù)、如何大規(guī)模應(yīng)用等問題。

與GSO衛(wèi)星共線干擾規(guī)避的星地協(xié)同切換示意

不同衛(wèi)星規(guī)模對地面站天線波束掃描范圍的需求

對于Ku、Ka等高頻段低軌互聯(lián)網(wǎng)星座，目前申報資料中的衛(wèi)星數(shù)量大都在幾百顆、上千顆，一方面是提高面向用戶的常態(tài)化無縫覆蓋能力，另外也有利于實現(xiàn)頻率干擾的協(xié)調(diào)和規(guī)避。如對于GEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的干擾規(guī)避，很重要的一點(diǎn)就是避免“地面站－LEO－GEO”的共線發(fā)生。對低軌星座來說，本質(zhì)就是地面站需要切換衛(wèi)星。前提條件就是LEO衛(wèi)星數(shù)量足夠多，地面站同時可見多顆衛(wèi)星，在發(fā)生或即將發(fā)生共線干擾時，保證星地協(xié)同切換的實施。在衛(wèi)星數(shù)量比較少的情況下，在大部分區(qū)域地面站僅能見1顆衛(wèi)星，只能通過關(guān)斷信號規(guī)避共線干擾，影響正常服務(wù)。

對于Ku、Ka等高頻段低軌互聯(lián)網(wǎng)星座，面向大眾用戶在應(yīng)用上還需要解決2個關(guān)鍵技術(shù)：“動中通”和“低成本”。由于低軌衛(wèi)星相對地面的高速運(yùn)動，要求所有地面站都必須具備類似“動中通”的跟蹤指向能力。難點(diǎn)就是地面站天線的體積、質(zhì)量和功耗（SWaP）設(shè)計及低成本設(shè)計。對于傳統(tǒng)拋物面天線，為保證切星過程中業(yè)務(wù)不間斷，地面終端需要配置雙天線，這就導(dǎo)致設(shè)備體積和質(zhì)量增加，一定程度上會影響小平臺用戶及機(jī)動用戶使用；對于相控陣天線，支持波束指向快速變化，體積小，但波束掃描范圍受限（±60°），而且目前成本控制依然是個問題，面向大眾用戶推廣應(yīng)用還有一段很長的路要走。

對于寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座設(shè)計，從降低地面應(yīng)用復(fù)雜度和地面站成本，一是需要關(guān)注地面電掃描天線低成本設(shè)計；二是星座衛(wèi)星數(shù)量應(yīng)盡可能多，降低地面站切換衛(wèi)星時的角度變化范圍，有利于天線小型化和低成本設(shè)計。

3 低軌通信星座總體設(shè)計的幾點(diǎn)思路

應(yīng)用定位考慮

發(fā)展低軌通信星座首先要解決通信全球無縫覆蓋、全球服務(wù)的問題。當(dāng)前，我國GEO通信衛(wèi)星軌位主要位于國土可見范圍，即使在70°（S）～70°（N）范圍也不能實現(xiàn)全覆蓋或可達(dá)覆蓋，南北極覆蓋更是空白。

在支持業(yè)務(wù)方面，應(yīng)分階段發(fā)展，逐步提升能力。第一階段應(yīng)以移動通信和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集服務(wù)為主，低軌通信星座的顯著特點(diǎn)或優(yōu)勢就是軌道低，空間傳輸損耗小，有利于地面終端小型化、低功耗設(shè)計，是面向個人衛(wèi)星移動通信和小目標(biāo)類衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴咽侄?。同時，基于低軌通信星座無縫覆蓋和全球通聯(lián)的優(yōu)勢，通過搭載ADS-B、AIS、導(dǎo)航增強(qiáng)等載荷，提供多功能綜合信息服務(wù)能力。

第一階段的研制建設(shè)應(yīng)兼顧寬帶通信業(yè)務(wù)，但應(yīng)定位于彌補(bǔ)GEO衛(wèi)星通信的覆蓋空白和提供能力增強(qiáng)為主，面向高價值或高端用戶提供按需實時服務(wù)，而不是一開始就力推面向大眾服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)星座，形成與國內(nèi)外GEO-HTS系統(tǒng)、類似OneWeb系統(tǒng)的國外LEO-HTS系統(tǒng)市場競爭的局面，提高系統(tǒng)研制建設(shè)和運(yùn)營的風(fēng)險。

總體設(shè)計思路

（1）空間組網(wǎng)，全球服務(wù)

基于星間鏈路、星上處理交換的空間組網(wǎng)是實現(xiàn)全球無縫服務(wù)能力的唯一途徑，同時還可以解決境外部署關(guān)口站的難題。全球覆蓋并不等于全球服務(wù)，如Globalstar、OneWeb衛(wèi)星均采用星上透明轉(zhuǎn)發(fā)，需要依托關(guān)口站實現(xiàn)服務(wù)，服務(wù)區(qū)域受限于關(guān)口站部署。Globalstar系統(tǒng)全球部署24個關(guān)口站，OneWeb系統(tǒng)計劃部署70余個關(guān)口站，但依然難以實現(xiàn)全球無縫服務(wù)。

為支持空間組網(wǎng)，我國低軌星座的構(gòu)型設(shè)計采用具有良好覆蓋特性、星間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定的近極軌道。在星間鏈路以及星上處理能力設(shè)計上，除移動業(yè)務(wù)外，還需要考慮寬帶業(yè)務(wù)的跨星傳輸與交換，如采用60GHz毫米波或激光星間鏈路，提升星間鏈路能力。

（2）頻譜感知，頻率共用

針對可用頻率資源稀缺、協(xié)調(diào)困難的現(xiàn)狀，設(shè)計上考慮采用基于頻譜感知信號檢測技術(shù)，實現(xiàn)與其他衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的無干擾/低干擾共存?；陬l譜感知，選擇空閑載波進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸，從而達(dá)到低軌衛(wèi)星移動通信星座與已有的GEO衛(wèi)星移動通信網(wǎng)絡(luò)的同頻段共存。另外，利用ITU“落地功率譜小于噪聲功率譜6%”規(guī)則，采用寬帶擴(kuò)頻的方式，構(gòu)建可靠的、全球覆蓋的控制信令傳輸網(wǎng)，為基于頻譜感知的干擾規(guī)避提供控制信令傳輸。重點(diǎn)突破星載實時頻譜分析處理、星地一體資源動態(tài)實時分配等技術(shù)，在實現(xiàn)干擾規(guī)避的情況下，為用戶提供不間斷服務(wù)。

（3）寬窄綜合，協(xié)同應(yīng)用

根據(jù)目前我國相關(guān)單位提交的NGSO申報資料，移動通信以L頻段為主、寬帶通信以Ka頻段為主。基于L頻段多波束設(shè)計，移動通信可以實現(xiàn)全球無縫覆蓋。Ka頻段波束窄，在衛(wèi)星數(shù)量不是足夠多、單顆衛(wèi)星能力受限的情況下，難以實現(xiàn)全球無縫覆蓋，為滿足高價值或高端用戶全球服務(wù)，系統(tǒng)需要采用可調(diào)點(diǎn)波束，按需提供實時服務(wù)。低軌星座單星覆蓋區(qū)域在直徑4000km左右，Ka頻段可移動點(diǎn)波束直徑為100km左右，如何按需實時指向目標(biāo)？結(jié)合L頻段波束全球無縫覆蓋的特點(diǎn)，設(shè)計面向全球覆蓋的信令傳輸網(wǎng)絡(luò)，按照地面終端業(yè)務(wù)需求和申請，為其提供按需的Ka頻段點(diǎn)波束寬帶數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

（4）軟件定義，功能重構(gòu)

對于低軌星座衛(wèi)星載荷在設(shè)計上需要考慮支持在軌軟件定義和功能重構(gòu)，在衛(wèi)星壽命周期內(nèi)，實現(xiàn)星上通信資源的高效按需調(diào)度和配置，能夠針對不斷變化的應(yīng)用需求，及時做出調(diào)整。具體設(shè)計上主要包括波束覆蓋靈活性、頻率帶寬配置和分配、功率分配、星載靈活交換以及空口體制的可重構(gòu)等。如采用數(shù)字化陣列天線技術(shù)，針對不同區(qū)域、不同用戶的業(yè)務(wù)量變化的需求，支持波束按需動態(tài)覆蓋。采用在軌波束間頻率規(guī)劃設(shè)計，一是適應(yīng)ITU不同區(qū)域的監(jiān)管要求和協(xié)調(diào)，避免干擾；二是實現(xiàn)不同波束間的頻率動態(tài)復(fù)用，提高頻譜利用率。面向不同波束間不同顆粒度資源交換需求，采用數(shù)字化透明交換和分組交換技術(shù)。針對未來新波形應(yīng)用，采用重構(gòu)設(shè)計，支持新波形加載。

（5）體制融合，天地一體

與5G融合的低軌星座網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意

在體系架構(gòu)設(shè)計方面，面對未來運(yùn)營和應(yīng)用，采用與5G兼容的“接入網(wǎng)+核心網(wǎng)+軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）/網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）”設(shè)計，與地面5G共用核心網(wǎng)，支持與未來地面5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的融合?？梢哉J(rèn)為低軌星座是5G接入網(wǎng)的一種，在星上主要部署物理層信號處理、鏈路層以及網(wǎng)絡(luò)層路由交換等功能模塊，實現(xiàn)空口協(xié)議處理和路由轉(zhuǎn)發(fā)。在空口波形設(shè)計上，借鑒5G成熟的波形設(shè)計，如正交頻分復(fù)用（OFDM）、Polar碼等，針對低軌星座多普勒頻移大、傳輸時延長等特點(diǎn)進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，其中包括隨機(jī)接入、閉環(huán)功控和混合自動重傳等，降低研發(fā)成本。

4 結(jié)束語

目前，我國多個單位已經(jīng)提出了低軌星座計劃，包括“鴻雁”星座、“虹云”工程等，另外國家“科技創(chuàng)新－2030”天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)重大項目也將低軌星座納入實施任務(wù)內(nèi)，而且均向ITU遞交了申報資料，公布了星座研制建設(shè)計劃。但問題和困難依然存在，在頻率、技術(shù)、經(jīng)費(fèi)等多因素約束下，在未來5～10年內(nèi)，我國完成一個時間、空間連續(xù)覆蓋的低軌通信星座部署難度很大。另外，對于低軌通信星座研制建設(shè)組織模式、寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座盈利模式等還有待于研究，如是否適合我國國情、能否盡快解決國家急需、如何常態(tài)化運(yùn)營等。從國外發(fā)展來看，低軌星座發(fā)展時不我待，我國相關(guān)單位應(yīng)以國家“科技創(chuàng)新－2030”天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)重大項目為牽引，遵循開放、團(tuán)結(jié)、協(xié)作、共享的原則，集中力量辦大事，圍繞一個“目標(biāo)”共同努力，早日完成我國低軌通信星座的研制建設(shè)。