成為世界各國關(guān)注的焦點

　　伴隨著通信行業(yè)對高數(shù)據(jù)率傳輸業(yè)務(wù)和寬帶多媒體應(yīng)用需求的空前增長，互聯(lián)網(wǎng)逐漸從地面網(wǎng)絡(luò)擴展到空間網(wǎng)絡(luò)，同時多波束天線、星上處理、頻譜復(fù)用等寬帶衛(wèi)星通信技術(shù)快速更迭與發(fā)展，可為用戶提供更大范圍和更高質(zhì)量的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。戰(zhàn)略地位的不斷提升、潛在市場經(jīng)濟價值的日益凸顯、空間頻率軌道資源的日漸稀缺，推動衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)成為了世界各國關(guān)注的焦點。發(fā)達國家紛紛將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)視為重要發(fā)展戰(zhàn)略，新興衛(wèi)星企業(yè)也加緊開展全球布局，構(gòu)建衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，搶占發(fā)展先機。

　　歐美國家衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展較為領(lǐng)先。隨著各國相繼發(fā)布衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)部署計劃，波音、空客、亞馬遜、Google、OneWeb、SpaceX等高科技企業(yè)紛紛投資衛(wèi)星通信領(lǐng)域，提出了OneWeb、Starlink等10余個衛(wèi)星通信系統(tǒng)方案，并迅速展開了研制和衛(wèi)星發(fā)射工作，積極搶占衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)接入新資源，由此引發(fā)全球性衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展熱潮。與此同時，隨著俄烏沖突的演進，以美國為代表的西方國家加速推進商業(yè)衛(wèi)星星座資源在軍事領(lǐng)域的融合應(yīng)用，促使全球衛(wèi)星通信進入了一個新時代，對未來軍事領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大影響。

　　我國自2020年4月將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)首次納入“新基建”范疇后，工信部在《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中也提出要加快布局衛(wèi)星通信：加強衛(wèi)星通信頂層設(shè)計和統(tǒng)籌布局，推動高軌衛(wèi)星與中低軌衛(wèi)星協(xié)調(diào)發(fā)展；推進衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面信息通信系統(tǒng)深度融合，初步形成覆蓋全球、天地一體的信息網(wǎng)絡(luò)，為陸、海、空、天各類用戶提供全球信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；積極參與衛(wèi)星通信國際標(biāo)準(zhǔn)制定，鼓勵衛(wèi)星通信應(yīng)用創(chuàng)新，促進北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在信息通信領(lǐng)域規(guī)模化應(yīng)用，在航空、航海、公共安全和應(yīng)急、交通、能源等領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

　　行業(yè)現(xiàn)狀分析

　　國外行業(yè)現(xiàn)狀

　　歐美國家衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)較為領(lǐng)先，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展迅速，比較有代表性的是SpaceX的Startlink計劃、亞馬遜的Kuiper計劃、OneWeb的OneWeb系統(tǒng)等。

　　Startlink星座的衛(wèi)星有效載荷利用先進的相控陣波束成形、數(shù)字處理技術(shù)，以便高效利用頻譜資源。采用激光星間鏈路以實現(xiàn)無縫網(wǎng)絡(luò)管理并保障服務(wù)連續(xù)性，同時最大限度地減少整個系統(tǒng)的頻譜覆蓋空間，促進與其他天基和地面系統(tǒng)的頻譜共享。地面關(guān)口站同樣采用相控陣技術(shù)產(chǎn)生高增益跟蹤波束，同時與星座內(nèi)的多顆星進行通信。用戶終端采用相控陣技術(shù)，終端天線為直徑約0.48m的相控陣天線，形成可跟蹤、高定向、可控的波束以指向衛(wèi)星，實現(xiàn)在衛(wèi)星之間的快速切換，可安裝在汽車、輪船或飛機等移動載體上。衛(wèi)星可直接與用戶終端或關(guān)口站進行通信。

　　Kuiper星座使用星載多波束相控陣Ka頻段天線或高增益拋物面Ka頻段天線，采用激光星間鏈路組網(wǎng)，可通過對相位和幅度的調(diào)整，實現(xiàn)對波束形狀的改變、波束掃描及波束功率分配，配合星上軟件定義功能，可基于既定區(qū)域的業(yè)務(wù)需求，按需靈活分配頻率和容量，實現(xiàn)上下行所有業(yè)務(wù)功能。地面關(guān)口站分布在整個服務(wù)區(qū)域，以使衛(wèi)星接入兩個不同的關(guān)口站，提升系統(tǒng)吞吐量，降低共線干擾。Kuiper用戶終端允許家庭、企業(yè)和移動（交通）等用戶通過電調(diào)轉(zhuǎn)向的相控陣天線，或機械轉(zhuǎn)向拋物面天線，實現(xiàn)與衛(wèi)星的接入。用戶終端調(diào)制解調(diào)器具備點波束內(nèi)高業(yè)務(wù)速率、鏈路優(yōu)化、用戶終端波束指向，以及確保用戶通信安全等特點。

　　OneWeb系統(tǒng)的空間段即為星座系統(tǒng)，采用開放式架構(gòu)，可通過增加新衛(wèi)星提升星座整體容量。星上載荷包括遙感天線、Ku波段天線、Ka波段天線等，采用發(fā)射后電推式入軌，可在軌運行5年左右。OneWeb系統(tǒng)為保證對全球的無縫覆蓋，需在地面段設(shè)置足夠多的信關(guān)站。據(jù)統(tǒng)計，目前OneWeb系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)已設(shè)置40多個信關(guān)站，每個信關(guān)站配置天線口徑約為2.4m或更大。OneWeb系統(tǒng)推出的終端產(chǎn)品具備機載、車載、固定安裝等多種安裝模式，將衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器、地面LTE/3G、Wi-Fi熱點集成為一體，采用熱點覆蓋形式為一定區(qū)域內(nèi)的用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。OneWeb用戶終端采用小型、低廉的Ku頻段天線（一般口徑在30～75cm之間），可以是機械式雙拋物面天線或低成本的相控陣天線。OneWeb系統(tǒng)主要采用“天星地網(wǎng)”的工作模式，無星上處理及星間鏈路，地面段由信關(guān)站與用戶站組成，信關(guān)站采用光纜連接，為典型的彎管結(jié)構(gòu)，用戶需依靠信關(guān)站接入地面核心網(wǎng)或建立通信聯(lián)系。

　　國內(nèi)行業(yè)現(xiàn)狀

　　在國內(nèi)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)已作為通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施列入國家“新基建”及工信部《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，主要以中國電信的天通衛(wèi)星系統(tǒng)、中國衛(wèi)通的中星6D、北斗導(dǎo)航的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)等為代表。

　　天通衛(wèi)星通信系統(tǒng)是我國自主建設(shè)的首個衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，定點于東經(jīng)101.4°，服務(wù)范圍覆蓋我國全境及周邊，系統(tǒng)可接入地面固話網(wǎng)、移動通信網(wǎng)及移動互聯(lián)網(wǎng)，可提供大跨度、遠距離漫游的語音、短信、傳真、圖像和數(shù)據(jù)通信等。地面信關(guān)站設(shè)立在西安和廣州，搭載中國電信云平臺，對衛(wèi)星進行運控代理、信令采集、運行監(jiān)測等，實時進行信令采集與故障分析、無線資源調(diào)度、運行管理，各運營分系統(tǒng)可通過地面網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)周期性同步。用戶終端包括手持終端、便攜終端、載體終端等產(chǎn)品類型。手持終端分為單模、多/雙模，為用戶提供語音、數(shù)據(jù)、短信業(yè)務(wù)定位功能；便攜終端可提供語音、數(shù)據(jù)、傳真、短消息、視頻回傳和定位功能，可采用藍牙或Wi-Fi共享通信業(yè)務(wù)；載體終端包括車載、船載、機載等，可提供語音、數(shù)據(jù)、傳真、短消息、視頻回傳和定位功能，支持藍牙或Wi-Fi共享通信業(yè)務(wù)。

　　中國衛(wèi)通于2022年4月中旬發(fā)射中星6D衛(wèi)星，該衛(wèi)星屬于高通量衛(wèi)星，提供25個C頻段和25個Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器商業(yè)服務(wù)，定點于東經(jīng)125°。衛(wèi)星采用在軌可轉(zhuǎn)動固面天線，能夠滿足中國全境及亞太地區(qū)廣電專用傳輸和通信業(yè)務(wù)需求。與6A衛(wèi)星相比，6D衛(wèi)星的C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器覆蓋性能顯著增強，進一步擴大用戶收視范圍、提高收視質(zhì)量。同時，衛(wèi)星配置的Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，能夠充分滿足不斷增長的消費級帶寬、企業(yè)專網(wǎng)、基站回傳以及遠洋通信等新興應(yīng)用的業(yè)務(wù)需求，更好地為廣大用戶提供多元多樣的服務(wù)。地面段由3個衛(wèi)星測控中心和4個測控站共部署40余面測控天線，通過自主研發(fā)的多星統(tǒng)一測控平臺，完成指令上行、遙感接收、測定軌、遙感分析等日常在軌操作任務(wù)，以及突發(fā)或階段性應(yīng)急任務(wù)，具有安全可靠、資源調(diào)配靈活、任務(wù)自動化執(zhí)行等特點。中國衛(wèi)通為用戶提供船載通信、機載通信、應(yīng)急通信等通信服務(wù)，同時推出船載、機載、便攜等衛(wèi)星通信終端，采用拋物面天線、多尺寸設(shè)計，輔以Wi-Fi等接入手段，實現(xiàn)手機、電腦、電視等設(shè)備的寬帶接入。

　　2020年7月31日，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）正式開通，提供全球服務(wù)。BDS由30顆中高軌衛(wèi)星組成，包括24顆中軌道衛(wèi)星（MEO）、3顆靜止地球軌道衛(wèi)星（GEO）及3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（IGSO），衛(wèi)星均裝載星間鏈路系統(tǒng)�；�于星間鏈路技術(shù)實現(xiàn)衛(wèi)星間數(shù)據(jù)傳輸，避免了大量的境外測控站、海上測量船建設(shè)的需求，基于BDS可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。BDS星間鏈路系統(tǒng)采用Ka頻段、時分雙工(TDD)機制，可通過星間鏈路系統(tǒng)與臨近空間飛行器以及高、中、低軌衛(wèi)星進行雙向通信，以衛(wèi)星多跳通信方式將數(shù)據(jù)回傳至境內(nèi)或?qū)⒅噶罴皶r下達至目標(biāo)。2022年9月華為發(fā)布的Mate 50系列，成為全球首款支持北斗衛(wèi)星消息的手機終端產(chǎn)品。Mate 50支持發(fā)送，不支持接收，需在空曠無遮敝處使用。Mate 50支持發(fā)送短信息的意義遠大于其實際使用價值，標(biāo)志著衛(wèi)星通信低成本模式的出現(xiàn)，衛(wèi)星通信開始走進大眾生活，正式開啟了手機直連衛(wèi)星的時代。

　　技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　標(biāo)準(zhǔn)研究現(xiàn)狀

　　為了更好地實現(xiàn)衛(wèi)星通信與地面網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢互補和無縫兼容，滿足用戶的更高要求，3GPP從R14開始展開衛(wèi)星通信的研究工作，提出了天地融合的應(yīng)用場景。3GPP針對非地面網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)研究目前主要在TR38.811和TR38.821兩個項目中開展。TR38.811研究重點是非地面網(wǎng)絡(luò)信道模型以及對NR的影響。該標(biāo)準(zhǔn)定義了包括衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的非地面網(wǎng)絡(luò)的部署場景及相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)（如結(jié)構(gòu)、高度、軌道等）；提出了適用于非地面網(wǎng)絡(luò)的信道模型，包括傳播模型、移動性管理等；最后，根據(jù)部署場景，提出在5G中非地面網(wǎng)絡(luò)需要進一步研究的主要方向。TR38.821在TR38.811成果的基礎(chǔ)上，重點開展5G中使用衛(wèi)星接入的研究。針對典型場景的性能仿真驗證，包括鏈路級和系統(tǒng)級，研究非地面網(wǎng)絡(luò)對5G物理層的影響，研究和定義層2、層3的可選解決方案，研究無線接入網(wǎng)的框架和對應(yīng)的接口協(xié)議。

　　2022年6月，3GPP R17凍結(jié)，其中RAN1主要針對非地面網(wǎng)絡(luò)中長傳播時延、大多普勒效應(yīng)和移動小區(qū)等問題開展研究，RAN2主要針對用戶面和控制面流程進行相關(guān)增強，RAN3主要針對NG-RAN的架構(gòu)進行增強，RAN4主要針對NTN終端性能開展研究。2022年9月，3GPP啟動了R18非地面網(wǎng)絡(luò)議題，在R17版本的基礎(chǔ)上作出進一步增強，研究方向如下：商用智能手機在語音和低速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)場景下的覆蓋增強、VSAT終端在10GHz以上頻段的部署，將以Ka頻段作為參考；網(wǎng)絡(luò)側(cè)確認(rèn)終端位置；非地面網(wǎng)絡(luò)中地面網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)連續(xù)性增強；終端側(cè)的技術(shù)要求和測試用例。

　　ITU是主管信息通信技術(shù)的聯(lián)合國機構(gòu)，下屬機構(gòu)包括無線電通信部門（ITU-R）、電信標(biāo)準(zhǔn)化部門（ITU-T）和電信發(fā)展部門（ITU-D）。其中ITU-R最核心的任務(wù)就是無線電頻譜和衛(wèi)星軌道資源管理。ITU-R第四研究組——衛(wèi)星業(yè)務(wù)研究組負(fù)責(zé)制訂衛(wèi)星業(yè)務(wù)的技術(shù)建議書。該研究組包括3個工作組，根據(jù)所研究的衛(wèi)星業(yè)務(wù)（包括衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)和衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)、衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)和衛(wèi)星無線電測定業(yè)務(wù)）進行分類。

　　在ITU-R關(guān)于衛(wèi)星的主要報告和建議書中，ITU-R M.2176-1報告給出了IMT-Advanced衛(wèi)星無線電接口的愿景和要求，ITU-R M.2047-0建議書給出了IMT-Advanced衛(wèi)星無線電接口的詳細(xì)指標(biāo)，ITU-RM.2279報告給出了包括IMT-Advanced衛(wèi)星無線電接口在內(nèi)的IMT-Advanced評估、尋求共識等的成果。2022年9月23日，在ITU-R SG4全會上，中國信通院牽頭制定的《5G衛(wèi)星無線電接口愿景、需求和評估方法》國際標(biāo)準(zhǔn)正式獲得通過，標(biāo)志著我國在5G衛(wèi)星通信國際標(biāo)準(zhǔn)化工作方面取得了重大成果。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了5G衛(wèi)星部分的三大應(yīng)用場景eMBB-s（增強移動寬帶）、mMTC-s（海量機器類通信）、HRC-s（高可靠通信）。

　　中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（CCSA）的標(biāo)準(zhǔn)化研究主要集中在TC5和TC12工作組，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究集中在TC5 WG10（衛(wèi)星與微波通信），主要圍繞衛(wèi)星終端開展標(biāo)準(zhǔn)化工作，如天通一號手持/非手持終端、Ka/Ku頻段衛(wèi)星地球站（包含車載、船載、機載、便攜等不同應(yīng)用場景）等相關(guān)的技術(shù)要求及測試方法。衛(wèi)星技術(shù)集中在TC12航天通信技術(shù)組的WG1、WG2和WG3工作組，其中WG1的研究重點是航天通信系統(tǒng)，WG2的研究重點是航天通信應(yīng)用，WG3的研究重點在協(xié)同組網(wǎng)通信技術(shù)方面。

　　關(guān)鍵技術(shù)研究

　　低軌衛(wèi)星技術(shù)主要包括切換接入技術(shù)、星上轉(zhuǎn)發(fā)器技術(shù)、星間鏈路技術(shù)、與地面技術(shù)融合等。其中切換接入技術(shù)主要針對低軌衛(wèi)星移動速度較快，為保證衛(wèi)星通信過程的連續(xù)性，需頻繁地進行波束切換；星上轉(zhuǎn)發(fā)器技術(shù)目的是實現(xiàn)低軌衛(wèi)星間的雙向通信，包括波束間、子信道間以及用戶間的便捷通信；星間鏈路技術(shù)主要用于低軌衛(wèi)星之間通信的鏈路，可促使多星互聯(lián)，實現(xiàn)星間的信息傳輸和交換；與地面技術(shù)融合是利用低軌衛(wèi)星的全球覆蓋特性，彌補地面通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的不足。

　　高軌衛(wèi)星技術(shù)主要包括多點波束設(shè)計、頻譜復(fù)用等。其中多點波束設(shè)計基于高軌衛(wèi)星的多陣列天線技術(shù)，可實現(xiàn)多點波束的信號覆蓋，促使通信容量提升至傳統(tǒng)通信衛(wèi)星的數(shù)十倍；頻譜復(fù)用技術(shù)已成為高軌衛(wèi)星提升系統(tǒng)容量的核心技術(shù)，其高頻重復(fù)使用多達20次以上。高軌衛(wèi)星基于多點波束設(shè)計和頻譜復(fù)用技術(shù)，利用充足的頻譜資源，可顯著提升數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　高軌衛(wèi)星具有高帶寬高速率、強抗干擾能力、環(huán)境適應(yīng)性強等特點。高軌衛(wèi)星使用頻段遠離一般地面無線通信系統(tǒng)的頻率范圍，具有天然的抗干擾性能；同時其軌道高度遠高于地面，通過單星部署，一個站點的損壞不會影響整套系統(tǒng)的使用，抗摧毀性能強，適合在災(zāi)害頻發(fā)的環(huán)境使用。

　　檢測技術(shù)面臨挑戰(zhàn)

　　衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)由空間段、地面段及用戶段3部分構(gòu)成，空間段以通信衛(wèi)星為主體，接收和轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星信號，提供用戶鏈路承載功能；地面段以衛(wèi)星信關(guān)站、控制中心為主體，提供饋電鏈路，起到連接地面核心網(wǎng)的作用，實現(xiàn)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與公共通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)交互功能；用戶段由各類終端用戶設(shè)備組成，包括手持/非手持終端以及搭載在車、船、飛機上的衛(wèi)星地球站。

　　目前衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備已正式納入電信設(shè)備進網(wǎng)目錄，但針對衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的檢測技術(shù)仍面臨著多重挑戰(zhàn)。

　　第一，境外設(shè)備難以追溯，流入市場干擾通信。國外衛(wèi)星通信運營商的信號特征參數(shù)、通信體制、協(xié)議類型等種類繁雜，且大多屬于私有制，不對外公開，若境外設(shè)備流入國內(nèi)市場使用，追溯難度高，無法進行指標(biāo)檢測，將不可避免地對正常通信造成干擾，影響地面通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的正常開展。

　　第二，互聯(lián)設(shè)備新納進網(wǎng)，檢測技術(shù)亟待完善。在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，對于網(wǎng)間互聯(lián)設(shè)備（如信關(guān)站、測控站等）國內(nèi)外均未有完善的檢測技術(shù)和措施。未來隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷演進，空間段、地面段將增加信號處理功能，相關(guān)的檢測技術(shù)及解決方案需盡快完善。

　　第三，標(biāo)準(zhǔn)研制進程緩慢，設(shè)備形態(tài)繁雜多樣。國內(nèi)外各衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)組織的標(biāo)準(zhǔn)研制進程緩慢，難以支撐檢測能力提升，同時衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備形態(tài)多種多樣，亟需制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以促進衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)設(shè)備形態(tài)的一致性。

　　針對上述挑戰(zhàn)，為保證衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進網(wǎng)測試的順利開展，產(chǎn)業(yè)界需要加強對市場技術(shù)方案、儀表廠家能力情況的調(diào)研，并結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)分析，開展檢測能力的建設(shè)；同時規(guī)劃研制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，適時開展關(guān)鍵技術(shù)測試驗證，做好技術(shù)能力預(yù)研儲備。