我國衛(wèi)星通信技術基礎

一、高軌衛(wèi)星通信特點與應用現(xiàn)狀

高軌衛(wèi)星通信特點

覆蓋范圍廣：位于赤道上方35786km的GEO衛(wèi)星幾乎可以覆蓋整個半球，形成一個區(qū)域性通信系統(tǒng)，可以為其衛(wèi)星覆蓋范圍內的任何地點提供服務。

通信穩(wěn)定：由于GEO衛(wèi)星與地球保持同步運動，因此相對于地面用戶而言，衛(wèi)星的位置是固定的，這有助于保持通信的穩(wěn)定性。

信令和撥號方式簡單：在GEO衛(wèi)星系統(tǒng)中，只需要一個國內交換機對呼叫進行選路，信令和撥號方式相對簡單。

費用與距離無關：衛(wèi)星通信費用與距離無關，與提供本地業(yè)務的陸地系統(tǒng)的費用相近。

避免多徑衰落：當衛(wèi)星對地面臺站的仰角較大時，可以幾乎完全避免在陸地系統(tǒng)中常見的深度多徑衰落。

應用現(xiàn)狀

公共衛(wèi)星電話：允許移動體呼叫世界上任一個固定電話。

專用衛(wèi)星電話：在一移動臺和它的調度員之間進行通信。

移動通信補充：在海洋、航空等特殊場景下，移動通信的覆蓋范圍有限，高軌衛(wèi)星通信可以作為移動通信的補充。

應急通信：在自然災害等突發(fā)事件中，地面通信設施可能受到破壞，高軌衛(wèi)星通信可以快速部署，為應急通信提供支持。

二、低軌衛(wèi)星通信特點與應用現(xiàn)狀

與傳統(tǒng)的地球靜止軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)相比，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)最顯著的特性在于其衛(wèi)星工作軌道高度和系統(tǒng)復雜程度的不同，從而帶來單星技術、規(guī)模、成本上的差異，最終影響系統(tǒng)建設與運營成本以及系統(tǒng)可靠性。低軌衛(wèi)星通信星座的技術特點，也將影響系統(tǒng)的通信質量，對地面終端設備也提出了不同的技術和性能要求。此外，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以采用蜂窩通信、點波束、多址、頻率復用等技術，且通信具有全球覆蓋、低延時等方面的優(yōu)點，可以支持在線游戲、視頻通話等實時或近實時數(shù)據(jù)傳輸，在與地面通信骨干網融合后可能將催生出新的應用場景。

從技術角度來看，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)與高軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間最主要的區(qū)別在于衛(wèi)星軌道高度和單顆衛(wèi)星通信能力，由此帶來的具體的技術上的主要差異表現(xiàn)在以下幾方面：

(1)傳輸時延：高軌通信衛(wèi)星軌道高度為35786公里，每一跳(終端-衛(wèi)星-終端)通信傳輸時延約為270毫秒。目前主流的低軌星座的衛(wèi)星大多位于1000~1400千米上空，其通信傳輸時延一跳約在7毫秒左右，考慮到其他方面時延影響也可以做到50毫秒以內，與地面光纖網絡的時延相當。

(2)傳輸損耗：低軌星座寬帶衛(wèi)星軌道高度約為靜止軌道衛(wèi)星軌道高度的1/30，則低軌衛(wèi)星信號自由空間損耗比靜止軌道衛(wèi)星少29.5dB，這是低軌衛(wèi)星系統(tǒng)實現(xiàn)終端小型化和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕?/p>

(3)星下點移動速度：地球靜止軌道衛(wèi)星運動速度與地球自轉速度相同，衛(wèi)星24時繞地球一周，相對地面靜止;低軌衛(wèi)星運動速度約為7.5千米/秒，衛(wèi)星85~115分鐘繞地球一周，相對地球表面高速運動，從而帶來多普勒頻移、地面終端天線指向跟蹤、波束間切換等技術問題。

(4)波束覆蓋：高軌通信衛(wèi)星軌道高度高、對地視場大，部署3顆衛(wèi)星即可實現(xiàn)對南北極點以外的全球覆蓋;低軌通信衛(wèi)星軌道高度低、單星對地覆蓋較小，必須通過多星組網才能實現(xiàn)全球覆蓋，避免遮擋帶來的通信干擾問題，但也會因頻率復用難度增大帶來對通信體制更高的要求。

(5)衛(wèi)星容量：低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)單星體積小、重量輕，通信能力弱，但整個系統(tǒng)通信容量較高。如OneWeb星座系統(tǒng)單個衛(wèi)星設計質量僅125kg，單星容量約為10Gb/s，整個星座將具有7Tb/s的容量。Viasat-3衛(wèi)星系統(tǒng)由三顆衛(wèi)星組成，單顆衛(wèi)星設計重量約為6400kg，單星容量約為1Tb/s，整個系統(tǒng)具有3Tb/s的容量。

(6)系統(tǒng)可靠性：低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)可靠性更高。第一，低軌星座衛(wèi)星數(shù)量龐大，且分布于多個軌道面，任意一顆或幾顆衛(wèi)星損壞不會對系統(tǒng)造成大的影響;第二，低軌星座系統(tǒng)衛(wèi)星造價較低，在軌一般都有多顆備份衛(wèi)星，可以隨時代替損壞的衛(wèi)星;第三，低軌衛(wèi)星成本低，研制周期短，衛(wèi)星體積小、重量輕，軌道高度低，容易進行應急補網發(fā)射。

應用現(xiàn)狀

互聯(lián)網接入：為偏遠地區(qū)、海上作業(yè)、航空寬帶等領域提供互聯(lián)網接入服務。

物聯(lián)網應用：隨著物聯(lián)網技術的快速發(fā)展，低軌衛(wèi)星通信為物聯(lián)網設備提供遠程通信支持。

應急通信：在自然災害等突發(fā)事件中，低軌衛(wèi)星通信可以快速部署，為救援工作提供通信支持。

軍事通信：為軍事行動提供穩(wěn)定的通信支持，保障指揮系統(tǒng)的高效運行。

三、2022-2024年衛(wèi)星專網市場規(guī)模分析

衛(wèi)星專網是通過衛(wèi)星網絡為行業(yè)用戶提供寬帶的網絡支撐，由于衛(wèi)星網絡使用成本較高，目前主要的應用環(huán)境是軍事領域和應急領域。衛(wèi)星技術方面應用較多的是高通量衛(wèi)星，提供較高的帶寬，實現(xiàn)更豐富的音視頻業(yè)務。隨著星鏈的成功，低軌寬帶衛(wèi)星發(fā)展非常迅速，未來很可能成為衛(wèi)星通信專網的主力技術。

根據(jù)數(shù)據(jù)，2022年中國衛(wèi)星專網通信行業(yè)市場規(guī)模達到28.6億元，2023年中國衛(wèi)星專網通信行業(yè)市場規(guī)模已超過36.1億元，并持續(xù)增長。預計2024年中國衛(wèi)星互聯(lián)網通信市場規(guī)模將達39.8億元。