龐江成，徐小濤，李 超

（國防科技大學信息通信學院，武漢 430000）

二戰(zhàn)后，出于國際競爭的需要，衛(wèi)星通信進入了人們的視野。經過幾十年的飛速發(fā)展，衛(wèi)星通信業(yè)務包含的內容已經非常廣泛，包括電視直播、衛(wèi)星音頻廣播、衛(wèi)星寬帶、衛(wèi)星固定通信、衛(wèi)星移動通信以及對地觀測等業(yè)務，本文主要探討分析衛(wèi)星移動通信的發(fā)展現狀。衛(wèi)星移動通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉發(fā)移動用戶間或移動用戶與固定用戶間用于進行通信的無線電波，實現兩點或多點之間的移動通信[1]。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)相比于其他通信系統(tǒng)的固有優(yōu)勢，是其保持飛速發(fā)展和技術不斷進步的關鍵因素，其優(yōu)勢在于通信覆蓋范圍廣、通信費用不受距離的影響、能夠適應各種地理條件下的通信，對于連接地面固定通信保障范圍之外的高山、海洋、海島和高原等偏遠地區(qū)的通信具有重要意義。本文通過分析衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)國內外最新發(fā)展現狀，探討其在應用和發(fā)展趨勢。

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)按照軌道類型可以分為靜止軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)和星座軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。靜止軌道衛(wèi)星軌道高度一般為3.6萬km，采用同步軌道，特點是傳播時延大，不能實現兩極覆蓋，投資少、技術復雜度低；衛(wèi)星一般采用大型多波束天線、高功率等技術。星座軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的軌道高度包括中軌道、低軌道和極低軌道，軌道高度分布在50-20000km之間，其中，中軌道衛(wèi)星主要作用是進行信號中繼和作為星上交換核心，低軌道和極低軌道衛(wèi)星主要進行與地面終端進行信息傳輸。優(yōu)點是衛(wèi)星鏈路傳播損耗小、傳播時延短、衛(wèi)星部署靈活多樣，可以實現真正的全球覆蓋；缺點是需要衛(wèi)星數量較多，運行管理復雜。

表1 靜止軌道和星座軌道衛(wèi)星對比

1 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)國外發(fā)展現狀

靜止軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的典型代表是國際移動衛(wèi)星公司經營的Inmarsat系統(tǒng)、阿聯酋的Thuraya系統(tǒng)和北美衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)MSAT。星座軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的典型代表有美國的銥星系統(tǒng)、全球星系統(tǒng)和空中互聯網系統(tǒng)等，均已投入商業(yè)運營。

表2 國內外典型衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)分類

1.1 靜止軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)

1.1.1 北美衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（MSAT）

作為世界上第一個區(qū)域性衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，MSAT系統(tǒng)由加拿大通信部和美國宇航局于1983年聯合開發(fā)，空間段包括2顆衛(wèi)星，覆蓋區(qū)域為加拿大和美國地區(qū)，包括夏威夷、墨西哥和加勒比群島等區(qū)域。MSAT系統(tǒng)使用兩種頻段：L頻段和Ku頻段，L頻段用于衛(wèi)星和移動終端之間的信息傳輸，而Ku頻段用于衛(wèi)星與關口站、基站、中心控制站之間的通信。MSAT提供的業(yè)務比較豐富，大體可分為兩類，一類是公眾通信業(yè)務，如移動電話業(yè)務、移動無線電業(yè)務和移動數據業(yè)務等；一類是專用通信業(yè)務，如航空業(yè)務、終端可搬移業(yè)務和尋呼業(yè)務等。

1.1.2 海事衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（Inmarsat）

海事衛(wèi)星是一個全球覆蓋的移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，在海上常規(guī)通信、遇險與安全通信及特殊通信中起到了重要作用[2]。海事衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)在全球的應用非常廣泛，迄今為止經歷了第一代到第四代的發(fā)展，其中第四代共有3顆衛(wèi)星，分別分布在大西洋、印度洋和太平洋上空，具有覆蓋面積廣、通信容量大、通信質量高、可全時通信等特點。海事衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)設計之初是為了滿足美國海軍通信需求，后經過不斷發(fā)展，由國際海事衛(wèi)星組織負責運營，應用重心向民用偏移，不僅能夠為海上船只的航行提供穩(wěn)定的通信聯絡，增強航行的安全保障，而且也可實現陸地、航空等領域的通信保障。海事衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的組成包括空間段衛(wèi)星、海上終端、岸上終端以及網絡操作控制中心等，能夠實現話音、傳真、報文轉發(fā)、遇險呼叫、高速數據和視頻傳輸等業(yè)務功能。

1.1.3 瑟拉亞系統(tǒng)（Thuraya）

Thuraya系統(tǒng)是一個由總部設在阿聯酋阿布扎比的Thuraya衛(wèi)星通信公司建立的區(qū)域性靜止衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)[3]。從2000年至2008年，阿聯酋瑟拉亞衛(wèi)星通信公司共發(fā)射了三顆衛(wèi)星，組建了瑟拉亞衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，這是中東第一個衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，主要覆蓋范圍是亞太地區(qū)。瑟拉亞系統(tǒng)融合了通信和定位兩大業(yè)務模塊，既能實現語音、數據、傳真、短信等通信業(yè)務，也能提供GPS定位服務，并且，通過瑟拉亞衛(wèi)星移動終端，可以使用普通的手機SIM卡，接入GSM網絡，從而撥打任何地方的電話。

1.2 星座軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)

1.2.1 銥系統(tǒng)

銥系統(tǒng)最初由摩托羅拉公司設計運營，其中的“銥”來自銥原子，該系統(tǒng)在設計之初計劃由77顆分別圍繞7個極地圓軌道運行的小型衛(wèi)星組成，其衛(wèi)星數量與銥原子的電子數相同而由此得名。雖然后來由于具體設計原因改為66顆衛(wèi)星和6個軌道，但名稱仍然得到沿用。銥系統(tǒng)采用了星上處理、星上交換和星際鏈路技術，其中星際鏈路是一巨大突破和優(yōu)勢，類似于地面蜂窩網絡，但是從另一方面來看也增加了系統(tǒng)的復雜程度和投資成本。除了話音業(yè)務外，銥系統(tǒng)還可提供傳真、數據、定位和尋呼等業(yè)務，主要服務于野外旅行、遠洋航海、航空、應急救援以及邊遠地區(qū)通信。然而，由于經營決策失誤，銥系統(tǒng)在2000年陷入倒閉困境，后得到美國國防部的支持，成立了新的銥公司，得以繼續(xù)運營，并且為美軍提供保密通信服務。最新消息顯示，美軍繼續(xù)選用銥星提供LEO星座衛(wèi)星服務，銥公司獲得了美國防部7年7.385億美元的合同，為銥公司2017年開始部署的“IridiumNEXT”第二星座的發(fā)展注入了巨大能量。IridiumNEXT移動用戶的最高數據速率可達128kb/s，數據用戶可達1.5Mb/s，Ka頻段固定站不低于8Mb/s，IridiumNEXT主要瞄準IP寬帶網絡化和載荷能力的可擴展、可升級，這些能力使得它能夠適應未來空間信息應用的復雜需求[4]。據合同項目計劃，銥星公司將通過66顆近地軌道衛(wèi)星繼續(xù)提供全球安全和非密話音、廣播、網絡或分布式戰(zhàn)術通信系統(tǒng)（DTCS）的接入服務，并為不限數量的國防部和國防部批準的相關用戶選擇其他服務。

1.2.2 全球星系統(tǒng)

全球星系統(tǒng)由48顆衛(wèi)星組成，是覆蓋了除南北極以外地區(qū)的全球衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，由美國勞拉公司和高通公司倡導發(fā)起，并與多家國際公司合作建立。全球星衛(wèi)星系統(tǒng)的用戶可以使用雙模移動終端，既能在地面移動蜂窩網中工作，也可以在蜂窩網絡覆蓋不到的地區(qū)轉為衛(wèi)星通信模式，真正實現全球無盲區(qū)（除南北極）個人通信。系統(tǒng)能夠實現包括話音、傳真、數據、短報文和定位等業(yè)務。與銥系統(tǒng)相比，全球星系統(tǒng)沒有采用星際鏈路技術，不需要進行星上處理，因此投資費用較少，技術復雜度較低，可靠性更高。

1.2.3 OneWeb衛(wèi)星星座系統(tǒng)

OneWeb公司成立于2012年，致力于依靠低軌道衛(wèi)星建立覆蓋全球的高速通信網絡。OneWeb公司獲得了多家國際公司的資金和技術支持，包括法國空客、美國高通、可口可樂、日本軟銀、英國國防部等。由于采用了模塊化設計，OneWeb衛(wèi)星具有體積小、質量輕的特點，并且研發(fā)創(chuàng)新了新的生產設備，保證了高生產率和低成本的優(yōu)勢結合，在諸多星座衛(wèi)星通信系統(tǒng)中有著較強的競爭力。OneWeb計劃第一批發(fā)射650顆衛(wèi)星，后期將增加到1980顆，實現包括兩極在內的全球覆蓋，在地球的任何地方都能為用戶提供高速寬帶服務。2019年2月，OneWeb發(fā)射了6顆測試衛(wèi)星，并在通信測試中網速達到了400Mb/s，平均延遲32ms，公司計劃2020年提供部分寬帶服務，2021年打造完成完整的全球星座衛(wèi)星通信系統(tǒng)。值得一提的是，OneWeb星座系統(tǒng)還將大力應用于軍事領域，其衛(wèi)星數量多，移動速度快，相當于一個個高速移動的空中基站，敵方難以對其干擾，并且采用了先進的加密技術，降低了被竊密的可能性。

1.2.4 SpaceX星鏈衛(wèi)星系統(tǒng)

SpaceX公司的全稱是太空探索技術公司，是一家美國太空運輸公司，2010年12月首次實現了太空飛船的發(fā)射與回收，是目前惟一掌握太空飛船回收技術的公司，在太空探索方面有著雄厚的技術和資金支撐。2018年SpaceX公司公布了其衛(wèi)星互聯網計劃，決定建立低軌道星座衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，為全球提供寬帶業(yè)務，計劃在2024年前之前發(fā)射4425顆衛(wèi)星，部署在地球上方1150千米至1325千米處的近地軌道，傳播波段介于Ku和Ka之間；并且在更低的軌道投放7518顆衛(wèi)星，部署于地球上方335千米至346千米之間的極地地球軌道，使用V波段傳輸數據。目前，美國聯邦通信委員會已經批準了SpaceX公司的衛(wèi)星互聯網計劃。

除上述幾種典型的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)之外，靜止軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)還有Solaris、TerraStar、SkyTerra系統(tǒng)等，星座軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)有軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)（Orbcomm）、亞馬遜的ProjectKuiper系統(tǒng)等。從整個發(fā)展歷程來看，隨著地面固定通信系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的發(fā)展曾進入低谷，但是由于其具有的固有優(yōu)勢和巨大的軍事通信應用價值，又重新受到了人們的重視，尤其是各大軍事強國，受“太空戰(zhàn)”思想的影響，紛紛搶占軌道空間資源，各大國際商業(yè)巨頭也看到了衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)蘊含的巨大商機，從而進一步加大了資金投入，加速了技術進步和換代更新，使衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)進入發(fā)展的高潮期。

表3 幾種典型衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)對比

2 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)國內發(fā)展現狀

我國國土幅員遼闊，地形復雜，有大量地面移動通信系統(tǒng)難以覆蓋的地區(qū)，對衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)有很大的需求。隨著航天事業(yè)的發(fā)展進步，一方面，我國通過國際合作積極參加衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的建設，在使用其服務的過程中，積累經驗，總結教訓，研發(fā)技術。例如，我國與全球星系統(tǒng)簽署服務協議，參與全球星系統(tǒng)地面關口站的建設，分別在北京、廣州和蘭州建立關口站，實現全國范圍覆蓋。銥系統(tǒng)在中國不僅建設了關口站，而且其中的22顆衛(wèi)星由中國的長征二號丙火箭發(fā)射，并成功進入預定軌道，為銥系統(tǒng)的運行提供了必要條件。另一方面，我國緊跟世界移動衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展步伐，積極開展自主創(chuàng)新與研發(fā)，建立自己的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，目前有靜止軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)“天通一號”，星座衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)“虹云”系統(tǒng)、“鴻雁”系統(tǒng)等。

2.1 國內靜止軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)

2.1.1 系統(tǒng)發(fā)展過程

2008年汶川地震后我國啟動了衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的論證和設計；2010、2011年，在“鑫諾6號”和“中星1A”搭載了MSS載荷驗證試驗，使用S頻段；2012年啟動“天通一號”衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)研制建設；2016年發(fā)射第一顆衛(wèi)星，建成系統(tǒng)容量100萬臺，區(qū)域覆蓋的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)；計劃于2020年以后發(fā)射第二、第三顆衛(wèi)星，用于完善網絡、增大總量、擴大衛(wèi)星覆蓋范圍。“天通一號”衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)是根據我國軍民融合發(fā)展特點、著眼作戰(zhàn)使用需求，采用自主制定的通信標準、集成北斗定位技術而研發(fā)的首個衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，被稱為“中國版”的海事衛(wèi)星，填補了我國自主衛(wèi)星移動通信服務的空白。

2.1.2 系統(tǒng)組成和特點

“天通一號”衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)屬于地球同步靜止軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)，由空間段、地面段和用戶段組成，空間段計劃由多顆地球同步軌道移動通信衛(wèi)星組成，有望成為繼海事系統(tǒng)之后的第二大全球移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)。其主要特點表現在：

（1）覆蓋范圍大。目前，雖然“天通一號”僅有一顆衛(wèi)星上天，即“天通一號”01星，但是其覆蓋范圍已經非常廣闊，可以實現對中國及周邊、中東、非洲等相關地區(qū)以及太平洋、印度洋大部分海域的覆蓋。在01星覆蓋范圍內，無論是海洋、山區(qū)、森林，還是高原、沙漠、戈壁，信息的傳遞都可以實現暢通無阻，無縫連接，排除了復雜地形對通信的不利影響。待“天通一號”所有衛(wèi)星發(fā)射完畢，將真正實現全球無縫覆蓋。

（2）應用領域廣?！疤焱ㄒ惶枴毙l(wèi)星移動通信系統(tǒng)應用領域十分廣泛，在軍事領域，不僅能夠滿足軍事訓練、作戰(zhàn)的通信需求，而且可以在諸如海外維和、護航行動、反恐維穩(wěn)、搶險救災等各類非戰(zhàn)爭軍事行動中發(fā)揮重要作用；在民用領域，可以有效保障個人、企業(yè)的通信業(yè)務，還可以有效完成應急救援、地質勘測、科學考察等特殊行業(yè)的通信保障任務。

（3）保密性能好?！疤焱ㄒ惶枴毙l(wèi)星移動通信系統(tǒng)采用中國自主研發(fā)的衛(wèi)星網絡、系統(tǒng)平臺、芯片模塊和通信終端，具有軍用級保密防護能力，安全性很高。

（4）資費價格低。長期以來，由于國外的技術壁壘和市場壟斷，導致衛(wèi)星移動通信的資費價格昂貴，經濟性很差，而“天通一號”采用國內1740專屬號段，通信成本遠遠低于海事等國外衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。

（5）終端種類多?！疤焱ㄒ惶枴毙l(wèi)星移動通信系統(tǒng)支持各類終端接入，包括手持式終端、車載終端、艦載終端、機載終端、固定式終端和便攜式終端等。未來還將推出依托智能手機的集成終端，與目前的地面移動通信系統(tǒng)深度融合，實現終端的無盲區(qū)通聯。

2.1.3 系統(tǒng)主要業(yè)務

“天通一號”衛(wèi)星通信系統(tǒng)的業(yè)務范圍目前主要面向應急通信、野外作業(yè)、野外及海洋物聯網等應用領域。主要業(yè)務有：

（1）短信業(yè)務。支持網內和出網短消息，可與地面公網移動終端互聯互通。

（2）話音業(yè)務?？蓳艽蛉蛉我獾孛婀潭ê鸵苿与娫?。

（3）數據業(yè)務。數據傳輸速率9.6-384kb/s，互聯網接入速率64-384kb/s。

2.2 國內星座軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)

2.2.1“虹云”系統(tǒng)

2018年12月，“虹云”系統(tǒng)第一顆試驗衛(wèi)星發(fā)射成功，這也是我國第一顆低軌道寬帶通信試驗衛(wèi)星?！昂缭啤毙l(wèi)星移動通信系統(tǒng)是由中國航天科工集團設計研發(fā)的我國第一套移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，旨在構建覆蓋全球的星座軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)，系統(tǒng)中融合了導航增強、多樣化遙感等業(yè)務功能，可以實現通信、導航、遙感的信息一體化。“虹云”系統(tǒng)計劃分三步進行部署：2018年底發(fā)射首顆衛(wèi)星；“十三五”末至“十四五”初，發(fā)射4顆業(yè)務試驗衛(wèi)星；“十四五”期間完成全部星座衛(wèi)星部署。整個系統(tǒng)將由156顆衛(wèi)星組成，運行軌道高度為1000千米，可以實現高達500Mb/s的傳輸速度，目前，“虹云”系統(tǒng)已經順利完成網絡通信測試。

2.2.2“鴻雁”系統(tǒng)

“鴻雁”系統(tǒng)主要由中國航天科技集團有限公司聯合多家國內企業(yè)和研究院共同投資研發(fā)，于2018年發(fā)射首顆衛(wèi)星，計劃在2023年建成骨干星座系統(tǒng)?！傍櫻恪毕到y(tǒng)計劃由300余顆衛(wèi)星組成星鏈，可以實現數據通信和導航增強等業(yè)務，傳輸短報文、圖片、音視頻等過媒體數據，支持全天候、全時段、全地形的雙向通信。同時，“鴻雁”系統(tǒng)還具有數據采集功能，通過大地域信息收集，服務于海洋、氣象、交通、環(huán)保、地質、防災減災等領域。

總體來看，雖然我國在衛(wèi)星移動通信領域的發(fā)展起步較晚，技術積累比較薄弱，但是在國家的大力支持和強大的需求牽引下，我國的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)發(fā)展已經進入快車道。在此之前，我國長期通過簽署服務協議使用國外商用移動通信衛(wèi)星，資費昂貴，不僅不能保證通信的安全性，而且信息資源的自主調配也受到很大限制，在國際衛(wèi)星移動通信蓬勃發(fā)展的大背景下，我國正在積極主動參與國際競爭，加強自主創(chuàng)新力度，建成屬于自己的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。

3 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)應用優(yōu)勢分析

3.1 應急救援

衛(wèi)星移動通信應用的顯著特點是可提供不受地理環(huán)境、氣候條件限制的通信服務，適用于地面通信網絡覆蓋不完善、通信質量無法保證、甚至無法提供服務的廣大地區(qū)[5]。地震、海嘯、洪水、冰雪冰凍等自然災害對地面移動和固定通信系統(tǒng)會造成致命打擊，當線路中斷、基站被毀，會形成暫時的“信息孤島”，無法及時傳遞受災情況和救援信息，為開展救援工作帶來巨大的困難，而衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)不受各種地面災害的影響，在極端情況下依然能夠保持通信順暢，依靠穩(wěn)定的話音、數據、圖像傳輸，能夠在各類搶險救災、海上搜救等應急救援工作中發(fā)揮巨大作用。

3.2 盲區(qū)覆蓋

當前地面移動通信系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域多為人口密集地區(qū)，主要依靠光纜和基站建立的蜂窩移動通信網，而在高山、戈壁、海島、森林、海洋等邊遠地區(qū)，沒有基站的覆蓋，通信難以達成，成為現代社會的通信盲區(qū)。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)通過衛(wèi)星作為中繼，甚至可以建立星間鏈路，實現信號的全球無縫覆蓋，而且隨著技術的進步，各類手持終端逐步趨向小型化、智能化、雙?；?，使全域通信更加便捷，為野外探險、遠洋航行、礦產勘探等活動的順利開展提供了保障。

3.3 跨域通信

跨域通信優(yōu)勢主要體現在軍事應用領域，隨著“一帶一路”的建設進程加快，我國對外經貿增多，海外權益得到大大拓展，域外的反恐行動、維和行動、海上護航行動以及海外軍事基地建設等對跨域通信保障提出了更高的要求。首先，傳統(tǒng)的軍事通信如無線電、散射等通信，不僅距離無法達到，而且通信容量有限，無法滿足跨域通信的要求；其次，借助民用通信，保密性低，達不到軍事通信的要求。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，傳輸距離遠，覆蓋范圍廣，通信容量大，保密性能好，能夠很好滿足跨域遠程軍事通信的需要。

3.4 衛(wèi)星物聯網

隨著4G、5G技術的進步和應用，大大推動了物聯網的發(fā)展，城市物聯網往往借助傳統(tǒng)的地面移動通信系統(tǒng)建立，但是，若在偏遠地區(qū)實現物聯網，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)是有效途徑。衛(wèi)星物聯網的應用場景非常豐富，如野生動物保護，對于瀕危動物、珍稀鳥禽的定位監(jiān)控、生理狀況采集是非常有效的保護手段，能夠防止偷獵，并且及時發(fā)現和救助遇險動物；自然災害防治，森林防火、地質災害、水災旱災預警，通過部署攜帶衛(wèi)星終端的數據采集設備，可在無人值守的情況下自主預警；另外，環(huán)境監(jiān)測、畜牧養(yǎng)殖漁業(yè)、無人機遠程控制等可以很好地應用到衛(wèi)星物聯網。

4 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢

4.1 低延時

低延時是衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，也是星座軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的一大優(yōu)勢。首先，星座軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的軌道高度普遍在距離地面1500千米以下的低軌道，甚至可以部署在距地球表面幾百千米的極低軌道；其次，星座軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的在軌衛(wèi)星數量多，衛(wèi)星密度大，衛(wèi)星與衛(wèi)星之間的距離近。因此，信號的傳輸距離近，相較于靜止軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)平均500毫秒的高延時，星座軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)具有低延時的巨大優(yōu)勢，平均延時僅為幾十毫秒，可以充分滿足用戶的實時通話、短信和數據傳輸的業(yè)務需求。同時，星座軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)還具有全覆蓋、速率高、容量大、成本低、部署簡單等優(yōu)點，近幾年發(fā)展迅速的幾大衛(wèi)星通信系統(tǒng)，如OneWeb、SpaceX以及中國的“虹云”、“鴻雁”等系統(tǒng)，均采用的是星座軌道衛(wèi)星進行部署。

4.2 小型化

隨著微電子技術的發(fā)展和星座衛(wèi)星系統(tǒng)的不斷涌現，衛(wèi)星小型化是必然趨勢。小型衛(wèi)星具有體積小、重量輕、集成化高等特點，制造和發(fā)射成本低，發(fā)射方式靈活，可以實現“一箭多星”，大大縮短了發(fā)射周期。小型化衛(wèi)星對衛(wèi)星星座系統(tǒng)的部署具有重要意義，衛(wèi)星星座系統(tǒng)需要部署數量眾多的衛(wèi)星，依靠小型衛(wèi)星的優(yōu)勢，大大加快了衛(wèi)星星座系統(tǒng)的部署進度。同時，小型化衛(wèi)星的大量應用有利于充分利用有限的空間軌道資源。

4.3 智能化

中國在2018年11月20日發(fā)射了國內第一顆軟件定義衛(wèi)星，隨著軟件定義衛(wèi)星技術的進步，衛(wèi)星將向智能化方向發(fā)展。軟件定義衛(wèi)星是以天基先進計算機平臺和星載通用操作環(huán)境為核心，采用開放系統(tǒng)構架，支持有效載荷即插即用、應用軟件按需加載、系統(tǒng)功能按需重構的新一代衛(wèi)星系統(tǒng)[6]。軟件定義的概念最早來源于軟件定義無線電，隨著網絡信息技術、人工智能和編程技術的進步，軟件定義在多個領域得到應用。傳統(tǒng)的衛(wèi)星從設計之初就決定了其功能和性能，即使后期可以升級，也只是更換部分易損耗的部件或小部分換件，成本高、周期長、難度大，而軟件定義衛(wèi)星使得衛(wèi)星的軟件和硬件相對獨立，在規(guī)范的操作系統(tǒng)下，可以按照不同需求安裝、加載各類軟件，實現傳統(tǒng)衛(wèi)星向智能化衛(wèi)星的變革。

4.4 大容量

隨著衛(wèi)星星座系統(tǒng)的加速發(fā)展，移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面移動通信的融合程度越來越高，要求移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)必須具有更高的帶寬，以滿足越來越大的通信容量需求。運用激光衛(wèi)星通信技術可以大大提高衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的容量，激光衛(wèi)星通信技術可以將光功率集中在非常窄的光束中，相當于在衛(wèi)星與衛(wèi)星、衛(wèi)星與地面之間架設了無形的光纜，開辟了通信頻道的新領域，使通信帶寬顯著增加，衛(wèi)星的尺寸、重量、功耗可明顯降低。同時還可以大大減小各衛(wèi)星通信鏈路間的電磁干擾，有利于增強衛(wèi)星通信的保密性。鑒于激光通信的巨大優(yōu)勢，美國、歐洲、日本等國家都在積極研究衛(wèi)星激光通信技術，我國在激光衛(wèi)星通信技術上也已經有較大突破。

5 結束語

2019年8月29日，美國總統(tǒng)特朗普宣布正式成立美國太空司令部，距離組建獨立的“太空軍”更近了一步。美國成立太空軍掀起了新一輪的太空資源競爭熱潮，必將激發(fā)衛(wèi)星技術的快速發(fā)展，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)將會獲得更大的發(fā)展機遇，各種新技術、新理念的應用不斷推動其更新換代。隨著應用領域的不斷拓展，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)將持續(xù)保持高速發(fā)展勢頭，隨之而來的是國際競爭更趨激烈，對空間資源、信道資源和技術資源的爭奪也不可避免。我國必須緊跟先進衛(wèi)星技術的發(fā)展步伐，致力創(chuàng)新，不斷趕超，占領未來衛(wèi)星通信技術的制高點。