卫星互联网发展与挑战

卫星互联网发展与挑战卫星互联网发展与挑战 近年来， 各国对卫星互联网的部署正在如火如荼开展。卫星互联网具有低延 时、低成本、广覆盖、大宽带等优点，大量低轨卫星处于移动状态，可实现全球 无死角的宽带通信。 但同时，卫星互联网的发展也对无线电管理提出了新的挑 战，未来的无线电监测工作可能涉及定期空中巡航。 卫星互联网是基于卫星通信系统、以 IP 为网络服务平台、以互联网应用为 服务对象的网络系统， 它能够成为互联网的组成部分， 并独立运行。当下新兴的 “卫星互联网星座”指的是新近发展的、能提供数据服务、实现互联网传输功能的 巨型通信卫星星座。 它提供的宽带能力让之前国际海事卫星提供的卫星互联网 接入相形见绌，基于 Inmarsat-4 卫星的全球卫星宽带局域网，其系统工作频段 在 L 波段，下行速率为 216kbps432kbps，上行速率为 72kbps432kbps。 而 以“星链”为代表的卫星互联网在用户有限的情况下，可以提供 100Mbps 以上的 下行速率。 这极大冲击了人们的认知，掀起巨大波澜。 国际电信联盟（ITU）已经提出了中继到站、小区回传、动中通、混合多波四 种卫星互联网与 5G 融合应用场景。6G 时代，将实现地面移动与卫星移动通信 标准制式、终端、网络架构等多方融合，建立覆盖空、天、地、海的泛在移动通 信网络。 卫星系统发展现状卫星系统发展现状 传统低轨卫星通信系统 传统低轨卫星通信系统用户链路通常配置在较低频段， 比如， 如铱 （Iridium） 卫星通信系统采用L 频段配置； ORBCOMM 系统的用户链路采用VHF 频 段； Globalstar 系统的用户链路工作在 L、S 频段。 功能上，传统低轨卫星通信 系统主要针对机构用户，提供如对地成像、航空监视、导航增强、气象监视等功 能。 新兴低轨卫星互联网星座新兴低轨卫星互联网星座 目前，全球有 10 多家卫星公司提出了 NGSO（Non-Geostationary Orbit， 非静止轨道） 卫星星座计划，以利用卫星网络提供与地面通信网络相媲美的互联 网接入服务。 并且，大多数卫星公司计划在未来五年内将第一批卫星送入轨 道。近三年内，美国联邦通信委员会（FCC）授权和许可的 NGSO 卫星总数达到 13000 多颗。 One Web 系统。 One Web 卫星互联网星座计划部署近 3000 颗低轨卫星， 初期采用 Ku 频段，后续向 Ka、V 频段扩展。星座初期计划发射 720 颗卫星，轨 道高度 1200 公里，采用设计简单的透明转发方式，通过地面关口站直接面向用 户提供互联网接入服务。 One Web单星重量不超过 150KG，单星容量 5Gbps 以 上， 可为配置 0.36M 口径天线的终端提供约 50Mbps 的互联网宽带接入服务。同 时，One Web 公司已获得美国联邦通信委员会授权，批准其在美国提供互联网 服务。 Starlink 卫星互联网星座。 Starlink 卫星互联网星座由Space X 公司提 出。 Space X 计划建设一个由近 1.2 万颗卫星组成的卫星群，由分布在 1150 公 里高度的4425颗低轨星座和分布在340公里左右的7518颗甚低轨星座构成。 单 颗容量可达 20Gbps。低轨星座选择 Ku/Ka 频段，有利于更好地实现覆盖；甚低 轨星座使用 V 频段，可以实现信号增强和更有针对性的服务。 LeoSat 卫星互联网星座。 LeoSat 卫星互联网星座由 LeoSat 公司提出，计划 构建由 108 颗卫星组成的卫星星座，提供全球高速数据传输服务。 星座部署在 1400 公里的 LEO 轨道上， 采用 6 个轨道面， 每个轨道面上部署 18 颗卫星。 LeoSat 采用 Ka 频段，为用户提供 1.6Gbps 的带宽。 新兴卫星互联网带来的挑战新兴卫星互联网带来的挑战 传统卫星管理主要针对的是数量相对较少的卫星，例如静止轨道卫星和 NGSO 窄带通信卫星等， 这些卫星的覆盖范围往往限制在特定的区域内。卫星互 联网的发展带来的新局面是大量低轨卫星处于移动状态， 实现全球无死角的宽带 通信。这对无线电管理提出了新的挑战， 主要包括卫星频率资源管理、 卫星干扰 问题、空间网络安全问题等。 卫星频率资源管理卫星频率资源管理 卫星互联网的发展需要额外的频率资源， 频率资源正成为各国卫星公司发展 卫星系统竞争的焦点。 卫星互联网系统使用的频率主要是 Ku 和 Ka 频段。 各家 卫星公司提出的星座包含成百上千颗卫星，按照当前国际规则，星座中只需一颗 在轨卫星，就相当于激活整个 GSO 网络资料，并获得频率和轨道资源的优先 权。 一旦这些巨型星座系统建成，会使后建的其他卫星星座在频率协调方面面 临很大困难。 这容易演变成通过发展卫星互联网来抢占卫星频率资源。 为了防止过度抢占频率资源， ITU在2019年世界无线电通信大会 （WRC-19） 上， 会同与会各国、 区域组织及主要关注方展开了数次高层协调， 最终形成 NGSO 卫星网络的投入使用定义， 建立了基于一定时间阶段必须满足一定比例在轨卫星 数量的要求（“里程碑”） ，并就“里程碑”方法和生效日期达成一致生效日期为 2021 年 1 月 1 日。 卫星网络资料 7 年寿命期在 2021 年 1 月 1 日前到期，则以 该日期作为“里程碑”起始日期，否则以卫星网络 7 年寿命期限作为“里程碑”起始 日期， 之后 2 年内投入使用的卫星数量必须至少达到其申报星座卫星总体数量的 10，在 5 年内达到 50，并在 7 年内完成 100部署（可减少 1 颗卫星） ，否则 需对其申报的网络资料进行相应规模的缩减。适用“里程碑”的频段主要包括 Ku、 Ka 和 Q/V 频段，限于卫星固定业务、卫星广播业务和卫星移动业务。 WRC-19 大会新决议明确了相关要求对于在该日期前申报的 30 多个卫星网络，只要在 2026 年 1 月 1 日前完成 50的部署就没有惩罚性后果。但是主管部门须在 2023 年 3 月 1 日前，按要求提供卫星系统的真实性说明，包括现有部署和操作信息、 国际频率协调努力和结果、后续卫星制造和发射计划等，国际电信联盟无线电通 信局将相关信息整理后提交无线电规则委员会（RRB）审查，审查结论合格且经 确认后，方可享受上述特殊待遇。 卫星频率资源管理需通过国际和国内两层监管。在国际上，ITU 为协调和登 记卫星系统频率使用制定了规则和技术建议，主要的规则是先到先得，即谁先申 报并获得批准了卫星网络资料，谁就获得优先权，在卫星频率协调中占主要地 位；在国内， 国家无线电管理局应通过频率使用许可和业务运营许可的手段， 对 希望在我国开展业务的卫星频率使用进行监管。 卫星干扰问题卫星干扰问题 近几年提出的 NGSO 卫星星座包含数量庞大的卫星并覆盖全球，在频率使 用上采用了与传统地球同步轨道（GSO）卫星相重叠的 Ku 和 Ka 频段。 卫星互 联网的发展很可能导致卫星频率干扰问题。 可以预见，随着大规模卫星星座的 部署，卫星之间相互干扰的事件会大幅增加。当 NGSO 卫星经过 GSO 卫星和地 球站之间的