主頁(yè)（http://www.www.jjxinkai.com）：寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)與發(fā)展建議

陳東

-研究員

-先后參與我國(guó)第一代移動(dòng)通信衛(wèi)星、低軌衛(wèi)星星座的系統(tǒng)論證與工程研制

仲小清（通信作者）

-研究員

-作為核心人員參與了我國(guó)新一代靜止軌道通信衛(wèi)星平臺(tái)研制及試驗(yàn)衛(wèi)星研制

1、寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)國(guó)內(nèi)外發(fā)展態(tài)勢(shì)

寬帶衛(wèi)星通信是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的重要分支，一般定義其屬于固定衛(wèi)星通信范疇。寬帶通信往往與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用密切結(jié)合，這類系統(tǒng)也多被形象地稱為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。寬帶衛(wèi)星通信已經(jīng)是當(dāng)前衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)最活躍的領(lǐng)域，也是通信衛(wèi)星商業(yè)市場(chǎng)的最大增長(zhǎng)點(diǎn)。

1.1 衛(wèi)星系統(tǒng)部署演進(jìn)情況

以高通量衛(wèi)星為代表的高軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)正在廣泛部署和應(yīng)用，其主要利用Ku、Ka和Q/V等頻段提供先進(jìn)的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)能力。從21世紀(jì)初的SpaceWay 3和iPSTAR衛(wèi)星系統(tǒng)，到最新一代的Jupiter-2和Viasat-2衛(wèi)星系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)容量從數(shù)十Gbps提高至數(shù)百Gbps。這類衛(wèi)星的典型特點(diǎn)是普遍采用高增益的多點(diǎn)波束實(shí)現(xiàn)對(duì)地覆蓋，利用透明轉(zhuǎn)發(fā)方式建立用戶與地面信關(guān)站的雙向?qū)拵нB接。點(diǎn)波束的高增益有效提高接入速率（數(shù)Mbps至數(shù)百M(fèi)bps），多波束間的頻率復(fù)用進(jìn)一步擴(kuò)展衛(wèi)星容量。相比傳統(tǒng)固定通信衛(wèi)星，高軌高通量衛(wèi)星呈現(xiàn)大網(wǎng)絡(luò)接入帶寬和低單位帶寬成本的特征，獲得各衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商的青睞并逐步替代或擴(kuò)展傳統(tǒng)固定通信衛(wèi)星業(yè)務(wù)。一是利用數(shù)字透明轉(zhuǎn)發(fā)（Digital Transparent Processor, DTP）技術(shù)，提供靈活的通信鉸鏈，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)C和Ku頻段的固定通信衛(wèi)星（Fixed Satellite Service, FSS）系統(tǒng)業(yè)務(wù)向Ku和Ka頻段的寬帶高通量衛(wèi)星系統(tǒng)遷移；二是不斷拓展航空、航海等領(lǐng)域市場(chǎng)，替代或補(bǔ)充傳統(tǒng)L頻段和固定通信衛(wèi)星的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)接入的寬帶化。歐洲咨詢公司（Euroconsult）預(yù)測(cè)，未來(lái)高通量衛(wèi)星市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn)將集中在寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入，商業(yè)航線、石油作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的移動(dòng)通信，云服務(wù)，智慧控制和無(wú)人機(jī)應(yīng)用等諸多方向。

2017年中國(guó)首顆高軌道高通量衛(wèi)星——“中星16號(hào)”成功發(fā)射，填補(bǔ)了寬帶通信衛(wèi)星空白，開(kāi)啟中國(guó)衛(wèi)星通信高通量時(shí)代。基于該衛(wèi)星提供的寬帶能力，2020年首次在青島航空飛機(jī)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)接入驗(yàn)證。同年，中國(guó)第2顆高軌道高通量衛(wèi)星——亞太6D衛(wèi)星成功發(fā)射。亞太6D衛(wèi)星配置90個(gè)用戶波束，單星容量達(dá)50 Gbps，實(shí)現(xiàn)高通量衛(wèi)星向第2代發(fā)展。該衛(wèi)星將寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋面從國(guó)土擴(kuò)展至南太平洋，已經(jīng)為數(shù)千艘（架）船舶與飛機(jī)提供寬帶網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，實(shí)測(cè)峰值速率超過(guò)320 Mbps。

參照歐洲咨詢公司在2020年世界衛(wèi)星商業(yè)周上對(duì)高軌道高通量衛(wèi)星的階段定義，國(guó)內(nèi)外同類系統(tǒng)的對(duì)比如表1所示。

表1 國(guó)內(nèi)外高軌道寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展對(duì)比

在低軌道寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)方面，20世紀(jì)90年代出現(xiàn)以Skybridge和Teledesic為代表的寬帶通信衛(wèi)星星座的概念。但受限于當(dāng)時(shí)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件，并未真正付諸實(shí)施。近年來(lái)，以低軌道巨型衛(wèi)星星座為特征的低軌道寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)再次呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)，Starlink、Oneweb、Lightspeed等低軌道巨型星座的出現(xiàn)為太空網(wǎng)絡(luò)提供全新的選項(xiàng)，通過(guò)數(shù)百乃至數(shù)千顆衛(wèi)星提供全球范圍的低時(shí)延寬帶接入。截止到2022年2月4日，美國(guó)SpaceX公司已經(jīng)在軌1920顆Starlink衛(wèi)星，在北美、英國(guó)等10余個(gè)國(guó)家和地區(qū)提供通信服務(wù)，可提供高達(dá)50~500 Mbps的通信速率和低至20~40 ms的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。加拿大電信衛(wèi)星公司（Telesat）已選擇歐洲泰雷茲阿萊尼亞宇航公司為總承包商，建設(shè)星間激光鏈路組網(wǎng)的Lightspeed星座系統(tǒng)。相比高軌高通量衛(wèi)星系統(tǒng)，新一代低軌道寬帶衛(wèi)星星座廣泛采用相控陣點(diǎn)波束實(shí)現(xiàn)對(duì)地覆蓋，其系統(tǒng)特征是多星地連接、高容量密度和低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。

以高低軌道寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展為基礎(chǔ)，多軌道協(xié)同衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步改變衛(wèi)星通信運(yùn)營(yíng)商競(jìng)爭(zhēng)格局，實(shí)現(xiàn)太空資產(chǎn)的組合應(yīng)用和多軌道高效協(xié)同增益。全球第一大高軌通信衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商SES公司同時(shí)運(yùn)營(yíng)著龐大的O3b中軌道通信衛(wèi)星星座系統(tǒng)，并即將于2022年完成O3b mPOWER新一代中軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)首批6顆衛(wèi)星的部署。Telesat公司在其已有的高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過(guò)部署低軌道Lightspeed系統(tǒng)進(jìn)一步增強(qiáng)面向網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商和政府的服務(wù)，單波束覆蓋區(qū)域容量增至20 Gbps，同時(shí)支持用戶終端在高軌衛(wèi)星和低軌系統(tǒng)之間的無(wú)縫切換。

1.2 衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展情況

靈活載荷技術(shù)是第3代寬帶通信衛(wèi)星的典型技術(shù)特征。為提高衛(wèi)星頻率和功率靈活性，適應(yīng)未來(lái)市場(chǎng)衛(wèi)星容量靈活調(diào)配需求，多端口放大器（Multi-Port Amplifier, MPA）技術(shù)、頻率和極化可調(diào)射頻技術(shù)、跳波束技術(shù)正在被更多寬帶通信衛(wèi)星采用。2021年7月，歐洲量子通信衛(wèi)星發(fā)射成功，其攜帶先進(jìn)的相控陣天線和星上處理載荷，預(yù)期可以實(shí)現(xiàn)在軌可重構(gòu)覆蓋能力和靈活通信鉸鏈。Starlink、Lightspeed等低軌道寬帶通信網(wǎng)絡(luò)也普遍采用相控陣天線，利用基于疊層封裝（Package on Package, PoP）或相關(guān)技術(shù)的新型瓦片式相控陣天線，實(shí)現(xiàn)靈活的對(duì)地覆蓋。與寬帶化伴隨發(fā)展的是支持空間網(wǎng)絡(luò)化的星間激光鏈路技術(shù)。在經(jīng)歷20余年的技術(shù)驗(yàn)證后，星間激光通信技術(shù)已經(jīng)處于實(shí)用化前期階段。歐洲數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)（European Data Relay System, EDRS）的激光通信載荷可提供高達(dá)1.8 Gbps的通信速率，已經(jīng)為哨兵系列光學(xué)和微波遙感衛(wèi)星提供數(shù)以萬(wàn)次的數(shù)據(jù)中繼服務(wù)。Lightspeed和Starlink V1.5低軌寬帶衛(wèi)星計(jì)劃或已經(jīng)采用激光星間鏈路實(shí)現(xiàn)空間組網(wǎng)。當(dāng)前小型化激光終端已可將重量降至20 kg量級(jí)。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）正在支持開(kāi)展以“100 Gbps速率、100千美元成本、100 W功耗”為目標(biāo)的先進(jìn)空間激光通信終端。

在中國(guó)，寬帶多端口放大器和關(guān)口站在軌靈活切換技術(shù)已在亞太6D衛(wèi)星上應(yīng)用。2020年底中國(guó)發(fā)射部署的“實(shí)踐二十號(hào)”衛(wèi)星在軌驗(yàn)證了Q/V頻段轉(zhuǎn)發(fā)器、寬帶柔性轉(zhuǎn)發(fā)等一系列第3代寬帶通信衛(wèi)星有效載荷新技術(shù)。鵬城實(shí)驗(yàn)室利用“實(shí)踐二十號(hào)”衛(wèi)星建立了Q/V頻段星地傳播特性采集與試驗(yàn)系統(tǒng)，修正Q/V頻段大氣吸收和雨衰模型，驗(yàn)證Q/V頻段星地自適應(yīng)傳輸技術(shù)，為更高衛(wèi)星通信頻段的開(kāi)發(fā)與商業(yè)應(yīng)用積累數(shù)據(jù)。面向空間組網(wǎng)應(yīng)用，中國(guó)北斗三號(hào)衛(wèi)星已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了星座星間鏈路組網(wǎng)，具備初步的空間互聯(lián)特征。表2為國(guó)內(nèi)外寬帶通信有效載荷技術(shù)對(duì)比。

表2 國(guó)內(nèi)外寬帶通信有效載荷技術(shù)對(duì)比

通信衛(wèi)星的研制理念與制造方式正在發(fā)生變化。為滿足寬帶衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商服務(wù)快速部署的需求，先進(jìn)宇航公司推出了基于全新設(shè)計(jì)理念的衛(wèi)星平臺(tái)，如空中客車防務(wù)及航天公司OneSat平臺(tái)采用“面向制造”的設(shè)計(jì)理念。這類平臺(tái)或衛(wèi)星強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)、模塊化和在軌可定義，衛(wèi)星交付時(shí)間壓縮到18個(gè)月，可以用更低的綜合成本為衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商提供容量的快速部署。同時(shí)，為適應(yīng)低軌巨型星座批量生產(chǎn)和成本控制的需求，面向單星的小規(guī)模定制化衛(wèi)星制造模式正轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蛐亲�的大�?guī)模批量化模式，智能制造技術(shù)的應(yīng)用助力衛(wèi)星制造由“藝術(shù)品”向“工業(yè)品”的轉(zhuǎn)變。Airbus、TAS和SpaceX等已先后建成形式各異的衛(wèi)星生產(chǎn)線，預(yù)估可達(dá)到日產(chǎn)7顆低軌衛(wèi)星（以Starlink為例）能力。

1.3 通信體制研究情況

當(dāng)前主流寬帶衛(wèi)星通信體制以衛(wèi)訊（Viasat）的Surfbeam 2和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）的數(shù)字視頻廣播（Digital Video Broadcasting, DVB）衛(wèi)星第二代擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)DVB-SZX、第二代雙向交互式數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB-RCS2為代表。這類體制主要以下行時(shí)分復(fù)用（Time-Division Multiplexing, TDM）、上行多頻時(shí)分多址（Multi-Frequency Time-Division Multiple Access, MF-TDMA）波形為基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于高軌寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)。部分低軌星座系統(tǒng)，如Lightspeed也采用基于DVB的通信體制，實(shí)現(xiàn)高軌道和低軌道衛(wèi)星終端的兼容性。Satixfy為L(zhǎng)ightspeed系統(tǒng)提供了地面站調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)品，其基于DVB-S2X體制的高性能芯片Sx3099可以提供高達(dá)1.6 Hz的基帶處理能力。另一方面，3GPP正在推動(dòng)非地面網(wǎng)絡(luò)（Non-Terrestrial Networks, NTN）項(xiàng)目研究，定義8個(gè)增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（Enhanced Mobile Broadband, eMBB）場(chǎng)景并提出面向非地面網(wǎng)絡(luò)的寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案。預(yù)計(jì)在2022年凍結(jié)R17版本將完成面向透明轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星部分的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

中國(guó)在軌寬帶通信衛(wèi)星同樣采用了與國(guó)際類似的寬帶通信體制，引進(jìn)Viasat、iDirect及Gilat的多種解決方案。國(guó)內(nèi)航天恒星科技有限公司等推出以Anovo品牌為代表的甚小口徑衛(wèi)星終端站（Very Small Aperture Terminal, VAST）衛(wèi)星通信系統(tǒng)解決方案，已在部分衛(wèi)星系統(tǒng)獲得應(yīng)用。國(guó)內(nèi)也有研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)開(kāi)展5G體制下的高軌衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星接入試驗(yàn)，初步在軌驗(yàn)證了5G波形在衛(wèi)星應(yīng)用的合理性和可行性。

1.4 國(guó)內(nèi)外發(fā)展對(duì)比

從寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)發(fā)展總體情況看，中國(guó)已經(jīng)形成體系相對(duì)完整的高軌道寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)研制能力并付諸商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，低軌道寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)尚處于試驗(yàn)驗(yàn)證階段。相比國(guó)際同類系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展與商業(yè)應(yīng)用，中國(guó)在部分技術(shù)方面需要進(jìn)一步給予加強(qiáng)，主要包括以下3個(gè)方面。

（1）先進(jìn)有效載荷方面，靈活載荷技術(shù)，如數(shù)字透明轉(zhuǎn)發(fā)器技術(shù)方面在國(guó)際商業(yè)寬帶通信衛(wèi)星市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不足。

（2）通信網(wǎng)絡(luò)體制方面，主要基于歐洲標(biāo)準(zhǔn)化的DVB系列技術(shù)體制或類似體制，相應(yīng)產(chǎn)品多采用國(guó)際商業(yè)衛(wèi)星解決方案，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品需要加快部署和技術(shù)迭代。

（3）技術(shù)應(yīng)用方面，面向高軌道和低軌道寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)驗(yàn)證較多，亟需商業(yè)衛(wèi)星市場(chǎng)的牽引，加速應(yīng)用與運(yùn)營(yíng)。

2、寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 愿景與方向

衛(wèi)星通信寬帶網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展、天地通信手段的深度融合，是業(yè)界對(duì)衛(wèi)星通信發(fā)展的重要共識(shí)。預(yù)期到2030年，寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)將全面鏈接陸海空天、延伸至地月空間。地面和太空用戶隨遇無(wú)感接入智能至簡(jiǎn)的寬帶網(wǎng)絡(luò)，跨軌道自適應(yīng)混合組網(wǎng)，形成與地面平行又業(yè)務(wù)高度耦合的信息高速公路。用戶密度達(dá)到全球數(shù)百萬(wàn)個(gè)實(shí)時(shí)高速連接和10億個(gè)低速連接，可獲得網(wǎng)絡(luò)連接通信速率提升1個(gè)數(shù)量級(jí)。網(wǎng)絡(luò)與智能結(jié)合支撐服務(wù)于人和服務(wù)于物的全業(yè)務(wù)多場(chǎng)景承載，智能化水平的提升滿足空間信息的在線實(shí)時(shí)處理與響應(yīng)，最終形成“衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)”的跨域多維、信息融合的寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)體系。

面向上述愿景，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的范式將進(jìn)一步變化，主要體現(xiàn)在：①“地為天用，技術(shù)融合”，提升衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)效能；②從“通信”向“網(wǎng)絡(luò)+智能”轉(zhuǎn)變的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

2.2 天地協(xié)同技術(shù)融合的寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)

衛(wèi)星與地面移動(dòng)通信融合是產(chǎn)業(yè)界歷經(jīng)探索與實(shí)踐逐步確立的技術(shù)發(fā)展方向。早在2000年前后，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)制定了基于2G/3G技術(shù)的地球同步軌道移動(dòng)無(wú)線接口（GEO Mobile Radio, GMR）系列標(biāo)準(zhǔn)，并獲得瑟拉亞（Thuraya）等移動(dòng)通信衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用。近年3GPP正在開(kāi)展5G非地面網(wǎng)絡(luò)（Non-Terrestrial Networks, NTN）的標(biāo)準(zhǔn)制定，其全球參與者已超過(guò)70余家，包括電信運(yùn)營(yíng)商、衛(wèi)星公司以及半導(dǎo)體器件和解決方案供應(yīng)商等。2021年IMT-2030（6G）推進(jìn)組發(fā)布《6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景與關(guān)鍵技術(shù)展望》白皮書(shū)，認(rèn)為6G時(shí)代天基、空基等網(wǎng)絡(luò)將與地基網(wǎng)絡(luò)深度融合組成一張空天地一體化網(wǎng)絡(luò)。

衛(wèi)星與地面移動(dòng)通信融合是寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)全球化發(fā)展的重大機(jī)遇。以5G技術(shù)應(yīng)用于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)為例，可以從兩個(gè)視角看待。

1）技術(shù)發(fā)展路徑視角

以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制是對(duì)寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的全新定義。陳山枝認(rèn)為存在兩個(gè)階段：一是與5G兼容，利用和分享5G的規(guī)模經(jīng)濟(jì)與技術(shù)；二是到6G融合，實(shí)現(xiàn)地面與高軌道衛(wèi)星、中軌道衛(wèi)星、低軌道衛(wèi)星的有機(jī)融合。華為6G白皮書(shū)認(rèn)為，伴隨眾多低軌道衛(wèi)星或超低軌道衛(wèi)星應(yīng)用于非地面網(wǎng)絡(luò)，大型低軌道衛(wèi)星星座極有可能成為6G的重要組成部分。

將5G的相關(guān)技術(shù)引進(jìn)到寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，可以將5G特性貫穿網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、空中接口、運(yùn)行管理等各級(jí)要素，實(shí)現(xiàn)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)特性以及卓越性能的最大化繼承。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的可編程特點(diǎn)有利于隨不同應(yīng)用需求靈活調(diào)整寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。采用基于循環(huán)前綴的正交頻分復(fù)用（Cyclic Prefix Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, CP-OFDM）作為空中接口波形，其頻譜效率高于傳統(tǒng)衛(wèi)星通信采用的頻分復(fù)用時(shí)分多址體制。核心網(wǎng)支持用戶平面功能（User Plane Function, UPF）等網(wǎng)元功能按需配置，可提高衛(wèi)星落地部署的靈活性和可擴(kuò)展性。無(wú)線接入網(wǎng)共享等技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在單一物理網(wǎng)絡(luò)上部署多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)、安全技術(shù)的融合實(shí)現(xiàn)資源共享下的最大化安全隔離。

2）產(chǎn)業(yè)發(fā)展視角

目前在軌衛(wèi)星寬帶通信體制多為定制化的私有體制，缺少開(kāi)放性。各自衛(wèi)星終端僅能在本系統(tǒng)中應(yīng)用，并且受限于國(guó)家、地域等因素，不具備全球化合作和發(fā)展的基礎(chǔ)。而地面移動(dòng)通信系統(tǒng)具備天然的全球化屬性。一方面，5G系統(tǒng)具備內(nèi)生的對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放性以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的前向、后向兼容性。寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可隨5G網(wǎng)絡(luò)一同演進(jìn)，在保持技術(shù)先進(jìn)性的同時(shí)降低技術(shù)更替成本，從而為長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另一方面，可以大量繼承地面移動(dòng)通信的技術(shù)基礎(chǔ)，獲得廣泛的潛在半導(dǎo)體器件、組件和解決方案供應(yīng)商支持，有效降低系統(tǒng)建設(shè)維護(hù)成本，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)活力。

2.3 “智能+網(wǎng)絡(luò)”的未來(lái)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)

以低軌道巨型星座和混合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為特征的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì)，正在實(shí)現(xiàn)從“天星地網(wǎng)”向“天基組網(wǎng)”的演進(jìn)。傳統(tǒng)天基網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已基本成熟，包括國(guó)際空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)（CCSDS）、時(shí)延容忍網(wǎng)絡(luò)（Delay Tolerant Network, DTN）在內(nèi)的傳統(tǒng)空間網(wǎng)絡(luò)體制協(xié)議均已完成標(biāo)準(zhǔn)化。同時(shí)，地面網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向太空網(wǎng)絡(luò)的輻射和帶動(dòng)作用日益凸顯。學(xué)術(shù)界正在探索軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network, SDN）、信息中心網(wǎng)絡(luò)（Information Centric Networking, ICN）等新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在巨型星座組網(wǎng)中的應(yīng)用，以提供更為便捷的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)管理和多業(yè)務(wù)承載。

智能所帶來(lái)的賦能效果，源于衛(wèi)星寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜化與泛在性，也在于從網(wǎng)絡(luò)到信息再到智能的結(jié)合。從美國(guó)太空發(fā)展局的規(guī)劃中可以看到智能、信息和網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的優(yōu)勢(shì)所在。其定義的跟蹤層（Tracking Layer）將接入到傳輸層（Transport Layer），在戰(zhàn)斗管理層（Battle Management Layer）的支持下，利用網(wǎng)絡(luò)能力實(shí)現(xiàn)新質(zhì)作戰(zhàn)能力的生成。為支持這一能力的實(shí)現(xiàn)，DARPA在Blackjack項(xiàng)目中的成果也被納入美國(guó)國(guó)防太空架構(gòu)（National Deferse Space Architectture, NDSA）的范疇，即通過(guò)被稱之為PitBoss的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)空間智能處理在軌應(yīng)用與任務(wù)自主調(diào)度，支持先進(jìn)戰(zhàn)場(chǎng)管理等技術(shù)驗(yàn)證。

融入智能后，未來(lái)衛(wèi)星寬帶通信網(wǎng)絡(luò)特征體現(xiàn)在以下兩方面。

一是智能化的天基網(wǎng)絡(luò)。體現(xiàn)在支持網(wǎng)絡(luò)的隨遇接入、跨域互聯(lián)、高度網(wǎng)絡(luò)魯棒，以及面向業(yè)務(wù)的自主優(yōu)化，大幅降低復(fù)雜天基網(wǎng)絡(luò)使用和管理的復(fù)雜度，并可以通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)的感知，提供滿足特定業(yè)務(wù)需求的服務(wù)。簡(jiǎn)而言之，天基網(wǎng)絡(luò)智能化體現(xiàn)在①網(wǎng)絡(luò)服務(wù)智能：識(shí)別業(yè)務(wù)類型，推斷用戶意圖，隨時(shí)調(diào)整天基網(wǎng)絡(luò)資源，滿足信息傳輸需求；②網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維智能：利用天基網(wǎng)絡(luò)的可預(yù)測(cè)性，優(yōu)化能源及帶寬使用，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)部署與故障快速恢復(fù)。

二是智能化的天基信息處理。結(jié)合天基信息數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，發(fā)掘感知數(shù)據(jù)時(shí)間和空間相關(guān)性特點(diǎn)，利用智能化手段產(chǎn)生用戶需要的情報(bào)或態(tài)勢(shì)，并將結(jié)果實(shí)時(shí)反饋給網(wǎng)絡(luò)，調(diào)整資源以期產(chǎn)生更有價(jià)值的數(shù)據(jù)。當(dāng)前亞馬遜和微軟都在利用其衛(wèi)星地面站和云服務(wù)設(shè)施，為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供信息云服務(wù)，包括對(duì)海量對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理等。

2.4 關(guān)鍵技術(shù)展望

當(dāng)前寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)發(fā)展與未來(lái)的愿景還有差距，在空間網(wǎng)絡(luò)理論、智能化技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)等方面尚有短板，衛(wèi)星及載荷技術(shù)的差距也制約了網(wǎng)絡(luò)與智能新技術(shù)應(yīng)用。因此，建議未來(lái)重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)技術(shù)方向。

（1）靈活甚高通量網(wǎng)絡(luò)化衛(wèi)星技術(shù)。采用多點(diǎn)波束和頻率復(fù)用技術(shù)的高通量衛(wèi)星正在推動(dòng)寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)行業(yè)變革，Tbps量級(jí)的甚高通量通信衛(wèi)星是未來(lái)空間網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的重要基礎(chǔ)。突破①Q(mào)/V/W頻段、太赫茲頻段衛(wèi)星工程化應(yīng)用技術(shù)；②靈活甚高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)架構(gòu)與資源管理技術(shù)；③高承載比高效益衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)；④寬帶靈活載荷技術(shù)。

（2）高性能低功耗星載池化處理技術(shù)。適應(yīng)未來(lái)天基網(wǎng)絡(luò)與信息服務(wù)寬帶化、多元化、分布式協(xié)同需求，提升衛(wèi)星的在軌再生處理、感知認(rèn)知與協(xié)同能力。突破①星載智能異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)技術(shù)；②星載高容錯(cuò)自冗余處理交換載荷架構(gòu)與池化處理技術(shù)。

（3）甚高速率小型化星間激光通信技術(shù)。未來(lái)天基組網(wǎng)要求更高通信速率、更小星載終端規(guī)模和更低的終端成本，需要全新的在軌光處理、交換和激光終端實(shí)現(xiàn)技術(shù)。突破①100 Gbps量級(jí)小型化星間激光終端技術(shù)；②星載抗輻照長(zhǎng)壽命光器件技術(shù)；③高動(dòng)態(tài)星間星地激光鏈路捕獲與跟蹤技術(shù)。

（4）自組織全業(yè)務(wù)承載空間智能網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)。基于高動(dòng)態(tài)軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)柔性自組織全業(yè)務(wù)承載，構(gòu)建具有跨網(wǎng)異構(gòu)互聯(lián)、實(shí)時(shí)互操作特性的空間智能網(wǎng)絡(luò)。突破①?gòu)椥援悩?gòu)多域混合空間網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與智能組網(wǎng)協(xié)同理論；②面向大規(guī)模星座的高動(dòng)態(tài)智能組網(wǎng)與路由技術(shù)；③基于意圖洞察的跨域自組織智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

3、未來(lái)發(fā)展建議

空間網(wǎng)絡(luò)是太空競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)，將引領(lǐng)信息、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、軍事廣泛變革，需要超前布局，為爭(zhēng)取和持續(xù)保持中國(guó)在信息網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)提供科技支撐。結(jié)合寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，提出以下建議。

（1）制定寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，建成技術(shù)先進(jìn)、全域覆蓋、高效運(yùn)行的國(guó)家空間基礎(chǔ)設(shè)施，形成未來(lái)空間網(wǎng)絡(luò)的骨干架構(gòu)。中國(guó)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)路線選取要與用戶群體密切結(jié)合，形成與之適配的解決方案。結(jié)合中國(guó)國(guó)情，相比Oneweb和Starlink的B2C（Business to Consumer）服務(wù)模式，面向以行業(yè)或企業(yè)用戶優(yōu)先的B2B（Business to Business）服務(wù)模式更具價(jià)值，可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)接入與骨干互聯(lián)服務(wù)能力。

（2）商業(yè)化推進(jìn)天基信息網(wǎng)絡(luò)、未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的深度融合，形成覆蓋全球、太空延拓的一體化信息網(wǎng)絡(luò)。推動(dòng)地面產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)入宇航領(lǐng)域，探索將智能、信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更高效應(yīng)用于寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的模式與科技發(fā)展范式。加強(qiáng)試驗(yàn)對(duì)應(yīng)用的帶動(dòng)作用，建立支持技術(shù)創(chuàng)新與驗(yàn)證的網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)床，面向太空和地面科學(xué)活動(dòng)及重大行動(dòng)進(jìn)行空間網(wǎng)絡(luò)示范驗(yàn)證。

（3）加強(qiáng)制約寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的高端星載處理器件、操作系統(tǒng)的攻關(guān)支持，包括宇航級(jí)大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（Field Programmable Gate Arrays, FPGA）、新一代高性能處理器等，實(shí)現(xiàn)核心元器件、軟件的自主可控，為寬帶衛(wèi)星新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制上天奠定堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)。

4、結(jié)束語(yǔ)

寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)是衛(wèi)星通信快速發(fā)展的縮影。可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)10年，以寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)為代表的太空基礎(chǔ)設(shè)施將成為國(guó)際航天大國(guó)競(jìng)相角逐的新戰(zhàn)場(chǎng)。中國(guó)持續(xù)保持信息網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)，引領(lǐng)全球信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與太空技術(shù)創(chuàng)新，需要系統(tǒng)謀劃，綜合考慮。

本文轉(zhuǎn)載自“ 前瞻科技雜志 ”，文：陳東, 仲小清, 等，原標(biāo)題《綜述與述評(píng) | 陳東：寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)與發(fā)展建議》。