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        強大系統(tǒng)“幕后發(fā)力”手機直連衛(wèi)星通話

        2023-11-22 02:52:20孔曉燕
        太空探索 2023年11期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        文/孔曉燕

        8 月底,全球首款支持衛(wèi)星通話的大眾智能手機華為Mate60 Pro 上市,“身懷絕技”:手機持有者即使在無信號的情況下,也可以撥打、接聽衛(wèi)星電話,收音清晰,體驗良好。可以說,手機直連衛(wèi)星通話服務(wù)正在迅速進入尋常百姓家,衛(wèi)星移動通信的大眾手機時代已經(jīng)來臨。

        ▲ 手機直連衛(wèi)星通信示意圖

        “幕后功臣”很強大

        衛(wèi)星通信用戶可以享受語音、數(shù)據(jù)、短消息、視頻等服務(wù),并實現(xiàn)了終端小型化、手機化,“幕后功臣”正是我國自主研制的天通一號衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。

        這款系統(tǒng)是我國自主研制建設(shè)的高軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),也是我國空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。首顆該系列移動通信衛(wèi)星被譽為“中國版海事衛(wèi)星”,其成功發(fā)射標志著我國進入了衛(wèi)星移動通信的手機時代,填補了國家民商用自主衛(wèi)星移動通信服務(wù)空白,具有重要的里程碑意義。

        鮮為人知的是,天通一號衛(wèi)星系統(tǒng)工程是在2008 年汶川大地震后提上日程并由總理專項基金支持的項目,首要任務(wù)是在我國遭受嚴重自然災(zāi)害時實現(xiàn)應(yīng)急通信。

        該系統(tǒng)于2010 年啟動研制工作,其中,衛(wèi)星由航天科技集團五院抓總研制。衛(wèi)星基于東方紅四號通用平臺,配置S 波段移動通信載荷,采用了大口徑可展開天線、多波束成形、低無源互調(diào)、陣列轉(zhuǎn)發(fā)器、功率動態(tài)調(diào)配等先進技術(shù)。

        低無源互調(diào)(PIM)技術(shù)是整個衛(wèi)星系統(tǒng)最關(guān)鍵的技術(shù)之一,也是國際宇航界共同關(guān)注的技術(shù)難題。所謂無源互調(diào),指的是天線在實施大功率發(fā)射的同時,由于天線接收靈敏度高,發(fā)射時產(chǎn)生的雜波會落入接收通道,嚴重干擾通信效能。為此,項目團隊歷經(jīng)艱苦攻關(guān),完成了國際首次整星級無線低無源互調(diào)試驗,滿足了衛(wèi)星任務(wù)要求,標志著我國這一技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。

        ▲ 通信衛(wèi)星在軌運行示意圖

        2016 年8 月,天通一號01 星成功發(fā)射,實現(xiàn)了我國領(lǐng)土常態(tài)化信號覆蓋。2020 年11 月12 日和2021 年1 月20 日,天通一號02 星和03 星相繼發(fā)射升空。尤其是03 星與01 星、02 星組網(wǎng)成功運行后,實現(xiàn)了亞太地區(qū)信號全覆蓋,大大提升了國家應(yīng)急通信保障能力。在我國國土及周邊海域內(nèi),各類手持和小型移動終端的語音與數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍顯著擴展,滿足了更多民商用戶的多樣化通信需求,能夠提供全天候、全天時、穩(wěn)定可靠的話音、短消息和數(shù)據(jù)等移動通信服務(wù),可謂“神通廣大”。

        天通運營單位定期發(fā)布天通終端現(xiàn)網(wǎng)使用情況報告,包括活躍終端數(shù)量、呼叫成功率等數(shù)據(jù)。據(jù)近期數(shù)據(jù)顯示,天通衛(wèi)星電話行業(yè)用戶已達18.8 萬。僅在今年7~8 月北京、河北、黑龍江等地的抗汛救災(zāi)中,天通系統(tǒng)就調(diào)配衛(wèi)星電話2100 多部,通話4.3萬次。在地面網(wǎng)絡(luò)損毀的情況下,天通衛(wèi)星電話作為保底應(yīng)急通信手段,為維護人民群眾的生命財產(chǎn)安全發(fā)揮了重要作用。

        事實上,衛(wèi)星移動通信具有不依賴地面基站、覆蓋范圍廣等特點,可以較好地彌補地面移動通信的不足。

        比如,在地震、洪澇等災(zāi)害面前,一旦地面網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)毀損,搶險救災(zāi)工作就需要衛(wèi)星移動通信作為應(yīng)急保底手段。天通一號01 星自2016 年發(fā)射至今,在軌7 年間,在玉樹和九寨溝抗震、大興安嶺撲滅山火、廣東強臺風(fēng)“山竹”登陸防汛指揮以及今年北京等地防汛救災(zāi)中,都發(fā)揮了重要作用。

        工業(yè)和信息化部在今年8 月11 日召開的防汛救災(zāi)應(yīng)急通信保障調(diào)度會上明確指出,“加快推動衛(wèi)星通信設(shè)備特別是天通衛(wèi)星電話基層預(yù)置,作為極端場景下的保底通信手段”??梢哉f,天通衛(wèi)星電話為老百姓應(yīng)對自然災(zāi)害增加了一重保護。

        ▲ 通信衛(wèi)星配置了巨大的環(huán)狀天線

        而在海洋、沙漠、森林、山區(qū)等地面移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋不佳的區(qū)域,用戶借助天通移動衛(wèi)星通信系統(tǒng),能夠享受語音、短消息、低速數(shù)據(jù)以及視頻服務(wù)。因此,該系統(tǒng)在海上救助、偏遠地帶救援等工作中能夠發(fā)揮重要作用??紤]到游客受困、漁民遇險等意外事件不時見諸報道,天通衛(wèi)星電話大有可為。

        此外,相關(guān)通信衛(wèi)星還能在公共通信方面輔助開展遠程教育、遠程醫(yī)療、廣播和直播等業(yè)務(wù),在商業(yè)通信方面為科考、勘探等特殊用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入、個人移動通信等服務(wù)。

        ▲ 用戶在飛機上、復(fù)雜建筑區(qū)等處連接衛(wèi)星信號

        終端接入有講究

        天通一號衛(wèi)星設(shè)計之初,一個重要的設(shè)計目標就是促使衛(wèi)星通信終端小型化,實現(xiàn)面向個人的手持衛(wèi)星移動通話能力。為此,系統(tǒng)采用了傳播特性較好、便于終端小型化的S 波段;衛(wèi)星采用了大口徑可展開反射面天線、陣列轉(zhuǎn)發(fā)器等先進技術(shù),確保衛(wèi)星具有較高的接收靈敏度,衛(wèi)星信號經(jīng)過36000 千米“長途跋涉”后仍有出色的效果,從而為手機終端直連衛(wèi)星通信奠定了基礎(chǔ)。

        據(jù)天通一號衛(wèi)星研制人員介紹,天通衛(wèi)星電話使用規(guī)定的頻段,和我們通常使用的普通智能手機不同。因此,手機終端廠商在設(shè)計時必須增加兼容這個頻段,同時在衛(wèi)星天線極化方式、通信體制上進行適應(yīng)性修改。

        華為Mate60 Pro 手機上市,標志著天通衛(wèi)星通信智能手機研制取得成功。這類手機在外觀上與普通智能手機沒有明顯區(qū)別,用戶只需開通天通衛(wèi)星通信功能,就可以實現(xiàn)正常通話,操作便捷。目前,廠商陸續(xù)推出了多款支持衛(wèi)星移動通信業(yè)務(wù)的手機,保護更多用戶更安全方便地走向天涯海角。

        ▲ 通信衛(wèi)星協(xié)同天地融合通信示意圖

        或許有人擔(dān)心:隨著相關(guān)終端普及且接入量迅速上升,該系統(tǒng)的承載能力是否滿足需求呢?

        關(guān)于天通一號衛(wèi)星系統(tǒng)的承載力,根據(jù)衛(wèi)星在軌遙測數(shù)據(jù)分析,系統(tǒng)仍有足夠的功率和頻率資源供使用。面對終端普及后接入量上升的情況,科研人員在技術(shù)上至少可以采取兩大對策。

        一方面,根據(jù)使用情況,對衛(wèi)星和地面系統(tǒng)配置、資源調(diào)配策略進一步優(yōu)化,對上下行功率進行精細控制,最大限度地“挖掘”系統(tǒng)潛力。當前,航天科技集團五院通信導(dǎo)航部正在開展天通衛(wèi)星系統(tǒng)在軌效能評估,主要針對保障用戶進行高質(zhì)量、高穩(wěn)定性的連續(xù)通話,特別是在通話需求高峰期能否實現(xiàn)隨撥隨通、一通暢聯(lián)等通信服務(wù),進行充分評估,進一步“挖掘”系統(tǒng)潛能,滿足民商用戶多樣化通信需求。

        另一方面,研制、發(fā)射備份衛(wèi)星,增大系統(tǒng)容量。在技術(shù)狀態(tài)不變的情況下,備份衛(wèi)星可以快速完成研制并投入使用,在技術(shù)上可行,但在具體操作上還需要開展軌位、頻率等眾多協(xié)調(diào)和報批等工作。

        令人欣慰的是,天通一號衛(wèi)星是在2008 年汶川大地震后啟動研制的,而歷經(jīng)10 多年發(fā)展后,高軌衛(wèi)星移動通信技術(shù)有了飛速進步,東方紅四號增強型平臺、東方紅五號大型衛(wèi)星平臺及其配套均已投入使用。在此基礎(chǔ)上,航天人研制更大容量、更高信道速率的新一代高軌移動通信衛(wèi)星,必將更好地滿足國家安全、國民經(jīng)濟和人民群眾的需求。

        衛(wèi)星通信著眼未來

        我國衛(wèi)星通信經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展,已形成了自主可控的衛(wèi)星通信技術(shù)能力和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),也細分出高通量通信衛(wèi)星、數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星、高軌移動通信衛(wèi)星、低軌衛(wèi)星等多個領(lǐng)域和方向。其中,天通一號衛(wèi)星屬于高軌移動通信衛(wèi)星。

        未來,國家主管部門將安排衛(wèi)星通信等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)的規(guī)劃和發(fā)展工作。相關(guān)研究機構(gòu)、運營單位和產(chǎn)業(yè)鏈各單位則會定期對衛(wèi)星通信的發(fā)展需求、技術(shù)路線等進行研討,引領(lǐng)技術(shù)能力提升,促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

        具體到天通衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),國家已有相應(yīng)的發(fā)展和建設(shè)規(guī)劃,相關(guān)部門會根據(jù)民眾需求進一步優(yōu)化和調(diào)整。

        ▲ 通信衛(wèi)星在軌工作示意圖

        僅從技術(shù)方面來講,有必要盡快啟動天通一號在軌備份星的研制工作,實現(xiàn)對衛(wèi)星移動通信能力的擴充,同時確保信號多重覆蓋。這也是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要保障措施。

        目前,智能手機直連天通衛(wèi)星服務(wù)僅實現(xiàn)了基本的話音、短消息等功能。面對后續(xù)技術(shù)能力升級需求,下一代高軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的研制工作也有必要盡快啟動,以便促使個人手機直連衛(wèi)星通信實現(xiàn)更高的通信速率、更多樣化的通信業(yè)務(wù),進一步提升用戶體驗。

        此外,隨著衛(wèi)星通信服務(wù)廣泛應(yīng)用于社會和經(jīng)濟生活中,通信衛(wèi)星已成為重要的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施和國家太空資產(chǎn),在國民經(jīng)濟建設(shè)、國家安全等方面有著重要的影響和作用,安全保障問題已不容忽視。

        ▲ 天地移動通信融合發(fā)展是大勢所趨

        個人智能手機直連衛(wèi)星通信功能推廣后,衛(wèi)星通信與大眾日常生活的關(guān)系更加密切,有必要大力發(fā)展,而目前是衛(wèi)星移動通信領(lǐng)域較好的發(fā)展機遇期。不論衛(wèi)星運行在高軌還是低軌,手機直連衛(wèi)星服務(wù)背后體現(xiàn)了近年天地移動通信融合發(fā)展的大趨勢。我國航天和信息產(chǎn)業(yè)相關(guān)單位正聯(lián)手國際業(yè)界一起大力推動衛(wèi)星與地面5G、6G 技術(shù)的深度融合,通信衛(wèi)星將在其中發(fā)揮更重要的作用。

        不過,一些挑戰(zhàn)仍值得關(guān)注。其一是軌位和頻率資源。適用于衛(wèi)星移動通信的軌位和頻率資源相對稀缺,加上衛(wèi)星通信信號覆蓋范圍廣,具有很鮮明的跨國特點和全球化屬性,為了完善建設(shè)和運營衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),需要提早開展頻率和軌位資源的國際申報和協(xié)調(diào)工作。面向天地融合發(fā)展趨勢,衛(wèi)星通信與地面通信的兼容用頻技術(shù)也需要深入研究。

        其二是衛(wèi)星通信標準。通信技術(shù)標準對通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。目前,面向6G 標準化,全球范圍內(nèi)正在深入開展衛(wèi)星通信標準、衛(wèi)星和地面融合通信標準的論證和制定。我們應(yīng)當給予足夠重視,加大投入,掌握通信標準的話語權(quán),引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。

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