南宫28(中国.NG)官方网站宽带卫星通讯是卫星通讯体例的紧急分支，大凡界说其属于固定卫星通讯界限。宽带通讯往往与互联网利用亲热联络，这类体例也众被情景地称为卫星互联网。宽带卫星通讯仍然是现时卫星通讯财产最生动的界限，也是通讯卫星贸易市集的最大延长点。
以高通量卫星为代外的高轨卫星通讯汇集正正在普遍安插和利用，其重要应用Ku、Ka和Q/V等频段供应前辈的宽带汇集接入效劳技能。从21世纪初的SpaceWay 3和iPSTAR卫星体例，到最新一代的Jupiter-2和Viasat-2卫星体例，汇集容量从数十Gbps普及至数百Gbps。这类卫星的楷模特性是众数采用高增益的众点波束完毕对地掩盖，应用透后转发办法树立用户与地面信合站的双向宽带衔接。点波束的高增益有用普及接入速度（数Mbps至数百Mbps），众波束间的频率复用进一步扩展卫星容量。比拟古代固定通讯卫星，高轨高通量卫星吐露大汇集接入带宽和低单元带宽本钱的特性，取得各卫星运营商的青睐并慢慢替换或扩展古代固定通讯卫星营业。一是应用数字透后转发（Digital Transparent Processor, DTP）技能，供应乖巧的通讯搭钮，完毕古代C和Ku频段的固定通讯卫星（Fixed Satellite Service, FSS）体例营业向Ku和Ka频段的宽带高通量卫星体例迁徙；二是不停拓展航空、帆海等界限市集，替换或添加古代L频段和固定通讯卫星的效劳，完毕搬动平台接入的宽带化。欧洲接头公司（Euroconsult）预测，来日高通量卫星市集延长点将鸠合正在宽带互联网接入，贸易航路、石油功课现场的搬动通讯，云效劳，聪敏把握和无人机利用等诸众倾向。
2017年中邦首颗高轨道高通量卫星——“中星16号”告成发射，添补了宽带通讯卫星空缺，开启中邦卫星通讯高通量时期。基于该卫星供应的宽带技能，2020年头次正在青岛航空飞机完毕卫星互联网接入验证。同年，中邦第2颗高轨道高通量卫星——亚太6D卫星告成发射。亚太6D卫星修设90个用户波束，单星容量达50 Gbps，完毕高通量卫星向第2代生长。该卫星将宽带汇集掩盖面从疆土扩展至南安定洋，仍然为数千艘（架）船舶与飞机供应宽带汇集效劳，实测峰值速度越过320 Mbps。
参照欧洲接头公司正在2020年寰宇卫星贸易周上对高轨道高通量卫星的阶段界说，邦外里同类体例的比拟如外1所示。
正在低轨道宽带卫星通讯汇集方面，20世纪90年代显露以Skybridge和Teledesic为代外的宽带通讯卫星星座的观念。但受限于当时技能和经济条目，并未真正付诸履行。近年来，以低轨道巨型卫星星座为特性的低轨道宽带卫星汇集体例再次吐露昌隆生长的态势，Starlink、Oneweb、Lightspeed等低轨道巨型星座的显露为太空汇集供应全新的选项，通过数百以至数千颗卫星供应环球限制的低时延宽带接入。截止到2022年2月4日，美邦SpaceX公司仍然正在轨1920颗Starlink卫星，正在北美、英邦等10余个邦度和地域供应通讯效劳，可供应高达50~500 Mbps的通讯速度和低至20~40 ms的汇集时延。加拿大电信卫星公司（Telesat）已拣选欧洲泰雷兹阿莱尼亚宇航公司为总承包商，修筑星间激光链途组网的Lightspeed星座体例。比拟高轨高通量卫星体例，新一代低轨道宽带卫星星座普遍采用相控阵点波束完毕对地掩盖，其体例特性是众星地衔接、高容量密度和低汇集时延。
以崎岖轨道宽带卫星通讯体例的生长为根底，众轨道协同卫星宽带汇集进一步改革卫星通讯运营商比赛格式，完毕太空资产的组合利用和众轨道高效协同增益。环球第一大高轨通讯卫星运营商SES公司同时运营着宏壮的O3b中轨道通讯卫星星座体例，并即将于2022年实现O3b mPOWER新一代中轨道卫星汇集首批6颗卫星的安插。Telesat公司正在其已有的高轨道卫星通讯体例根底上，通过安插低轨道Lightspeed体例进一步加强面向汇集运营商、互联网效劳供应商和政府的效劳，单波束掩盖区域容量增至20 Gbps，同时援助用户终轨则在高轨卫星和低轨体例之间的无缝切换。
乖巧载荷技能是第3代宽带通讯卫星的楷模技能特性。为普及卫星频率和功率乖巧性，顺应来日市集卫星容量乖巧调配需求，众端口放大器（Multi-Port Amplifier, MPA）技能、频率和极化可调射频技能、跳波束技能正正在被更众宽带通讯卫星采用。2021年7月，欧洲量子通讯卫星发射告成，其率领前辈的相控阵天线和星上收拾载荷，预期可能完毕正在轨可重构掩盖技能和乖巧通讯搭钮。Starlink、Lightspeed等低轨道宽带通讯汇集也众数采用相控阵天线，应用基于叠层封装（Package on Package, PoP）或合系技能的新型瓦片式相控阵天线，完毕乖巧的对地掩盖。与宽带化跟随生长的是援助空间汇集化的星间激光链途技能。正在体验20余年的技能验证后，星间激光通讯技能仍然处于适用化前期阶段。欧洲数据中继卫星体例（European Data Relay System, EDRS）的激光通讯载荷可供应高达1.8 Gbps的通讯速度，仍然为尖兵系列光学和微波遥感卫星供应数以万次的数据中继效劳。Lightspeed和Starlink V1.5低轨宽带卫星策划或仍然采用激光星间链途完毕空间组网。现时小型化激光终端已可将重量降至20 kg量级。美邦邦防部高级考虑策划局（DARPA）正正在援助展开以“100 Gbps速度、100千美元本钱、100 W功耗”为倾向的前辈空间激光通讯终端。
正在中邦，宽带众端口放大器和合口站正在轨乖巧切换技能已正在亚太6D卫星上利用。2020年末中邦发射安插的“实施二十号”卫星正在轨验证了Q/V频段转发器、宽带柔性转发等一系列第3代宽带通讯卫星有用载荷新技能。鹏城实行室应用“实施二十号”卫星树立了Q/V频段星地传布特色搜罗与试验体例，纠正Q/V频段大气摄取和雨衰模子，验证Q/V频段星地自顺应传输技能，为更高卫星通讯频段的开垦与贸易利用堆集数据。面向空间组网利用，中邦北斗三号卫星仍然完毕了星座星间链途组网，具备发端的空间互联特性。外2为邦外里宽带通讯有用载荷技能比拟。
通讯卫星的研制理念与创制办法正正在发作变更。为满意宽带卫星运营商效劳疾速安插的需求，前辈宇航公司推出了基于全新计划理念的卫星平台，如空中客车防务及航天公司OneSat平台采用“面向创制”的计划理念。这类平台或卫星夸大程序、模块化和正在轨可界说，卫星交付时期压缩到18个月，可能用更低的归纳本钱为卫星运营商供应容量的疾速安插。同时，为顺应低轨巨型星座批量临盆和本钱把握的需求，面向单星的小范围定制化卫星创制形式正变化为面向星座的大范围批量化形式，智能创制技能的利用助力卫星创制由“艺术品”向“工业品”的变化。Airbus、TAS和SpaceX等已先后修成式子各异的卫星临盆线颗低轨卫星（以Starlink为例）技能。
现时主流宽带卫星通讯体系以卫讯（Viasat）的Surfbeam 2和欧洲电信程序化协会（ETSI）的数字视频播送（Digital Video Broadcasting, DVB）卫星第二代扩展程序DVB-SZX、第二代双向交互式数字视频播送程序DVB-RCS2为代外。这类体系重要以下行时分复用（Time-Division Multiplexing, TDM）、上行众频时分众址（Multi-Frequency Time-Division Multiple Access, MF-TDMA）波形为根底，普遍利用于高轨宽带通讯卫星体例。个别低轨星座体例，如Lightspeed也采用基于DVB的通讯体系，完毕高轨道和低轨道卫星终端的兼容性。Satixfy为Lightspeed体例供应了地面站调制解调器产物，其基于DVB-S2X体系的高本能芯片Sx3099可能供应高达1.6 Hz的基带收拾技能。另一方面，3GPP正正在饱吹非地面汇集（Non-Terrestrial Networks, NTN）项目考虑，界说8个加强搬动宽带（Enhanced Mobile Broadband, eMBB）场景并提具名向非地面汇集的宽带卫星通讯汇集技能计划。估计正在2022年冻结R17版本将实现面向透后转发卫星个别的程序化任务。
中邦正在轨宽带通讯卫星同样采用了与邦际仿佛的宽带通讯体系，引进Viasat、iDirect及Gilat的众种处理计划。邦内航天恒星科技有限公司等推出以Anovo品牌为代外的甚小口径卫星终端站（Very Small Aperture Terminal, VAST）卫星通讯体例处理计划，已正在个别卫星体例取得利用。邦内也有考虑机构与企业展开5G体系下的高轨卫星和低轨卫星接入试验，发端正在轨验证了5G波形正在卫星利用的合理性和可行性。
从宽带卫星汇集生长总体情状看，中邦仍然变成编制相对完好的高轨道宽带卫星通讯体例研制技能并付诸贸易化运营，低轨道宽带卫星体例尚处于试验验证阶段。比拟邦际同类体例的技能生长与贸易利用，中邦正在个别技能方面需求进一步予以强化，重要网罗以下3个方面。
（1）前辈有用载荷方面，乖巧载荷技能，如数字透后转发器技能方面正在邦际贸易宽带通讯卫星市集比赛力亏损。
（2）通讯汇集体系方面，重要基于欧洲程序化的DVB系列技能体系或仿佛体系，相应产物众采用邦际贸易卫星处理计划，邦内产物需求加快安插和技能迭代。
（3）技能利用方面，面向高轨道和低轨道宽带卫星汇集的技能验证较众，亟需贸易卫星市集的牵引，加快利用与运营。
卫星通讯宽带汇集化生长、寰宇通讯机谋的深度统一，是业界对卫星通讯生长的紧急共鸣。预期到2030年，宽带卫星通讯汇集将通盘链接陆海空天、延长至地月空间。地面和太空用户随遇无感接入智能至简的宽带汇集，跨轨道自顺应同化组网，变成与地面平行又营业高度耦合的讯息高速公途。用户密度到达环球数百万个及时高速衔接和10亿个低速衔接，可取得汇集衔接通讯速度提拔1个数目级。汇集与智能联络维持效劳于人和效劳于物的全营业众场景承载，智能化程度的提拔满意空间讯息的正在线及时收拾与呼应，最终变成“卫星汇集即效劳”的跨域众维、讯息统一的宽带卫星汇集编制。
面向上述愿景，汇集技能生长的范式将进一步变更，重要显示正在：①“地为天用，技能统一”，提拔卫星汇集功用；②从“通讯”向“汇集+智能”变化的卫星汇集效劳。
卫星与地面搬动通讯统一是财产界历经探寻与实施慢慢确立的技能生长倾向。早正在2000年前后，欧洲电信程序化协会协议了基于2G/3G技能的地球同步轨道搬动无线接口（GEO Mobile Radio, GMR）系列程序，并取得瑟拉亚（Thuraya）等搬动通讯卫星体例利用。近年3GPP正正在展开5G非地面汇集（Non-Terrestrial Networks, NTN）的程序协议，其环球加入者已越过70余家，网罗电信运营商、卫星公司以及半导体器件和处理计划供应商等。2021年IMT-2030（6G）饱动组宣告《6G汇集架构愿景与合节技能预计》白皮书，以为6G时期天基、空基等汇集将与地基汇集深度统一构成一张空寰宇一体化汇集。
卫星与地面搬动通讯统一是宽带卫星汇集环球化生长的巨大机会。以5G技能利用于卫星汇集为例，可能从两个视角对待。
以5G技能为根底的宽带卫星汇集技能体系是对宽带卫星汇集的全新界说。陈山枝以为存正在两个阶段：一是与5G兼容，应用和分享5G的范围经济与技能；二是到6G统一，完毕地面与高轨道卫星、中轨道卫星、低轨道卫星的有机统一。华为6G白皮书以为，跟随稠密低轨道卫星或超低轨道卫星利用于非地面汇集，大型低轨道卫星星座极有能够成为6G的紧急构成个别。
将5G的合系技能引进到宽带卫星通讯汇集，可能将5G特色贯穿汇集架构、空中接口、运转统制等各级因素，完毕对5G汇集特色以及超卓本能的最大化秉承。5G汇集架构的可编程特性有利于随分歧利用需求乖巧调治宽带卫星汇集架构。采用基于轮回前缀的正交频分复用（Cyclic Prefix Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, CP-OFDM）举动空中接口波形，其频谱效果高于古代卫星通讯采用的频分复用时分众址体系。主旨网援助用户平面效力（User Plane Function, UPF）等网元效力按需修设，可普及卫星落地安插的乖巧性和可扩展性。无线接入网共享等技能的利用，完毕正在简单物理汇集上安插众个逻辑汇集。汇集切片技能、安详技能的统一完毕资源共享下的最大化安详分开。
目前正在轨卫星宽带通讯体系众为定制化的私有体系，欠缺盛开性。各自卫星终端仅能正在本体例中利用，而且受限于邦度、地区等成分，不具备环球化互助和生长的根底。而地面搬动通讯体例具备自然的环球化属性。一方面，5G体例具备内生的对外部汇集的盛开性以及对汇集技能的前向、后向兼容性。宽带卫星汇集可随5G汇集一同演进，正在保留技能前辈性的同时消浸技能更替本钱，从而为悠远生长奠定坚实的根底。另一方面，可能大方秉承地面搬动通讯的技能根底，取得普遍的潜正在半导体器件、组件和处理计划供应商援助，有用消浸体例修筑维持本钱，加强财产生气。
以低轨道巨型星座和同化汇集架构为特性的卫星汇集吐露疾速生长趋向，正正在完毕从“天星地网”向“天基组网”的演进。古代天基汇集技能已根本成熟，网罗邦际空间数据体例接头委员会（CCSDS）、时延容忍汇集（Delay Tolerant Network, DTN）正在内的古代空间汇集体系契约均已实现程序化。同时，地面汇集技能向太空汇集的辐射和策动功用日益凸显。学术界正正在探寻软件界说汇集（Software Defined Network, SDN）、讯息核心汇集（Information Centric Networking, ICN）等新兴汇集技能正在巨型星座组网中的利用，以供应更为便捷的庞杂汇集统制和众营业承载。
智能所带来的赋能成效，源于卫星宽带通讯汇集的庞杂化与泛正在性，也正在于从汇集到讯息再到智能的联络。从美邦太空生长局的筹办中可能看到智能、讯息和汇集联络的上风所正在。其界说的跟踪层（Tracking Layer）将接入到传输层（Transport Layer），正在战争统制层（Battle Management Layer）的援助下，应用汇集技能完毕新质作战技能的天生。为援助这一技能的完毕，DARPA正在Blackjack项目中的成就也被纳入美邦邦防太空架构（National Deferse Space Architectture, NDSA）的界限，即通过被称之为PitBoss的产物，完毕空间智能收拾正在轨利用与工作自决调换，援助前辈沙场统制等技能验证。
一是智能化的天基汇集。显示正在援助汇集的随遇接入、跨域互联、高度汇集鲁棒，以及面向营业的自决优化，大幅消浸庞杂天基汇集利用和统制的庞杂度，并可能通过对营业的感知，供应满意特定营业需求的效劳。简而言之，天基汇集智能化显示正在①汇集效劳智能：识别营业类型，猜想用户妄思，随时调治日基汇集资源，满意讯息传输需求；②汇集运维智能：应用天基汇集的可预测性，优化能源及带宽利用，完毕汇集主动安插与滞碍疾速克复。
二是智能化的天基讯息收拾。联络天基讯息数据的特性，挖掘感知数据时期和空间合系性特性，应用智能化机谋出现用户需求的谍报或态势，并将结果及时反应给汇集，调治资源以期出现更有代价的数据。现时亚马逊和微软都正在应用其卫星地面站和云效劳措施，为卫星汇集运营商供应讯息云效劳，网罗对海量对地观测数据的及时收拾等。
现时宽带卫星通讯汇集的技能生长与来日的愿景又有差异，正在空间汇集外面、智能化技能、组网技能等方面尚有短板，卫星及载荷技能的差异也限制了汇集与智能新技能利用。以是，倡议来日要点合切以下几个技能倾向。
（1）乖巧甚高通量汇集化卫星技能。采用众点波束和频率复用技能的高通量卫星正正在饱吹宽带卫星汇集行业改变，Tbps量级的甚高通量通讯卫星是来日空间汇集化生长的紧急根底。打破①Q/V/W频段、太赫兹频段卫星工程化利用技能；②乖巧甚高通量卫星通讯体例架构与资源统制技能；③高承载比高效益卫星平台技能；④宽带乖巧载荷技能。
（2）高本能低功耗星载池化收拾技能。顺应来日天基汇集与讯息效劳宽带化、众元化、漫衍式协同需求，提拔卫星的正在轨再生收拾、感知认知与协同技能。打破①星载智能异构谋略平台技能；②星载高容错自冗余收拾换取载荷架构与池化收拾技能。
（3）甚高速度小型化星间激光通讯技能。来日天基组网请求更高通讯速度、更如夫人载终端范围和更低的终端本钱，需求全新的正在轨光收拾、换取和激光终端完毕技能。打破①100 Gbps量级小型化星间激光终端技能；②星载抗辐照龟龄命光器件技能；③高动态星间星地激光链途拘捕与跟踪技能。
（4）自结构全营业承载空间智能汇集外面与技能。基于高动态软件界说汇集技能完毕柔性自结构全营业承载，构修具有跨网异构互联、及时互操作特色的空间智能汇集。打破①弹性异构众域同化空间汇集架构与智能组网协同外面；②面向大范围星座的高动态智能组网与途由技能；③基于妄思洞察的跨域自结构智能汇集技能。
空间汇集是太空比赛主题，将引颈讯息、经济、社会、军事普遍改变，需求超前构造，为争取和接连保留中邦正在讯息汇集界限的技能上风供应科技维持。联络宽带卫星通讯汇集生长，提出以下倡议。
（1）协议宽带卫星通讯汇集悠远筹办，修成技能前辈、全域掩盖、高效运转的邦度空间根底措施，变成来日空间汇集的骨干架构。中邦卫星汇集的技能道途采纳要与用户群体亲热联络，变成与之适配的处理计划。联络中邦邦情，比拟Oneweb和Starlink的B2C（Business to Consumer）效劳形式，面向以行业或企业用户优先的B2B（Business to Business）效劳形式更具代价，可完毕高质地的汇集接入与骨干互联效劳技能。
（2）贸易化饱动天基讯息汇集、来日互联网和搬动通讯汇集的深度统一，变成掩盖环球、太空延拓的一体化讯息汇集。饱吹地面财产链进入宇航界限，探寻将智能、讯息和汇集技能更高效利用于宽带卫星通讯汇集生长的形式与科技生长范式。强化试验对利用的策动功用，树立援助技能立异与验证的汇集试验床，面向太空和地面科学行径及巨大手脚举办空间汇集树范验证。
（3）强化限制宽带卫星汇集技能生长的高端星载收拾器件、操作体例的攻合援助，网罗宇航级大范围现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Arrays, FPGA）、新一代高本能收拾器等，完毕主旨元器件、软件的自决可控，为宽带卫星新型汇集技能体系上天奠定坚实的物理根底。
宽带卫星通讯汇集是卫星通讯疾速生长的缩影。可能料思，正在来日10年，以宽带卫星通讯汇集为代外的太空根底措施将成为邦际航天大邦竞相比赛的新沙场。中邦接连保留讯息汇集界限上风，引颈环球讯息汇集技能与太空技能立异，需求体例规划，归纳研商。
本文转载自“ 前瞻科技杂志 ”，文：陈东, 仲小清, 等，原题目《综述与述评 陈东：宽带卫星通讯汇集技能生长态势与生长倡议》。
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