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。