卫星互联网,把“基站”搬到太空

7月初,该国第一架高速卫星互联网飞机完成了首次飞行 ,它使用高通量卫星在10,000米的高度完成了一个超过100兆字节的网络 ,并实现了流畅的空中直播。

早在今年4月,卫星互联网显然就被纳入了新的基础设施范围。从概念到发布网络,随着新一代信息技术的发展而创建的信息基础设施,卫星互联网的蓝图正逐渐成为现实 。

以卫星为接入方式的互联网宽带服务模型

“卫星互联网主要是指使用卫星作为接入手段的互联网宽带服务模型 。它属于新基础架构中的信息基础架构。”中国航天科工集团“鸿运计划”首席设计师向凯恒说 。当前,卫星互联网通常指的是由低地球轨道卫星实现的低轨道宽带卫星互联网。与高轨道卫星相比 ,它具有低延迟和易于全球覆盖的特点 。

中国航天科技集团第五研究院全球低轨卫星移动通信与空间互联网系统中心副主任黄华说 ,地面网络依赖基站通信,卫星互联网基于卫星通信。技术来访问Internet。这就像将地面基站移至太空  。在此 ,每个卫星都是一个移动基站。

根据通信卫星的不同轨道,卫星互联网可以分为高轨道和低轨道。

高轨道卫星的轨道距地面约36,000公里 ,这也称为对地静止轨道。尽管它们都以高速运动,但该轨道上卫星的轨道周期与地球的旋转周期严格相同。相对于地面 ,它仍然是“固定的”,并且它所覆盖的区域也是固定的,因此更容易建立通信服务 。使用此功能 ,可以通过高轨道卫星来实现宽带通信,并且所需的卫星数量不会太多。但是,高轨道卫星互联网也具有自然的局限性。地球半径仅6,378公里。使用高轨道卫星来实现通信服务,相当于从地球表面向36,000公里以外发送信号。一次又一次,再加上信号处理等过程 ,时间延迟不小。一般通话或访问网页都是可以接受的  ,但对实时性要求较高的应用程序(例如网络游戏和无人机遥控)无法满足需求 。另外,必须使在地面上接收高轨道卫星信号的终端相对较大,以便很好地接收这种长距离信号。

因此 ,人们将目光投向了500-2000公里范围内的低地球轨道。在此轨道上,地面与卫星之间的通信传输延迟高达毫秒,足以满足车联网和自动驾驶的需求。接收终端可以制成手持设备 ,并且可以通过智能电话访问。

“卫星互联网的兴起是由需求和技术可能性共同驱动的 。”黄华说  ,将卫星互联网纳入新基础设施反映了数字化和信息化带来的需求。随着航空航天和通信技术的发展,有可能提供这种服务 。

专家认为,从发展趋势的角度来看  ,数字化和信息化已经深刻改变了人们的生活 ,手机用户希望能够随时随地连接到互联网 。尽管开发了地面网络 ,但在许多特定情况下依靠地面网络覆盖范围的成本太大 ,无法收回成本。相根据有关统计 ,仍有35亿人无法访问互联网,而7亿人没有通信服务 。因此,将“基站”部署到近地空间已成为一种选择。而且 ,与1990年代的铱卫星等窄带低速卫星互联网不同,新的卫星互联网必须实现类似于地面的宽带网络服务 ,即低轨道宽带卫星互联网。

如何实现低轨道宽带卫星互联网?以1,000公里的低地球轨道为例 ,卫星在地球上运行了100分钟以上,成百上千的卫星在这个轨道高度上形成了一个星座,从而实现了无缝的全球覆盖。对于用户而言,尽管卫星始终处于运动状态,但卫星始终会飞过头顶,并且网络信号始终保持稳定的覆盖范围。

卫星互联网可以做什么 ?

无论您是在沙漠中,在海上还是在飞机上 ,都可以像在家一样享受互联网体验

随着低轨道宽带卫星互联网概念的兴起,近年来,国际上出现了相应的计划 ,如Starlink和OneWeb。

在中国 ,2018年12月22日,技术验证卫星“鸿运计划”的第一颗卫星进入轨道,这标志着我国低轨道宽带通信卫星系统建设迈出了实质性的一步。“鸿运计划”是由中国航天科工集团公司牵头的全球低轨道宽带通信卫星系统。通过构建由156颗小卫星组成的卫星互联网系统,它实现了全球免费接入宽带互联网而没有盲点。。几乎同时 ,2018年12月29日 ,“红鹅”星座的第一颗恒星成功发射并进入了预定轨道 。“红岩”星座是中国航天科技集团公司自主建造的低轨卫星通信系统。它的目标是建立一条信息通道,向各个方向延伸并覆盖太空世界 。计划使用60个核心骨干卫星和数百个宽带通信卫星来组成系统。,以在世界任何地方实现Internet访问 。

“红云项目”技术验证卫星发射入轨后,于2019年完成了在不同天气条件和不同业务场景下的所有功能和性能测试。测试人员通过卫星用户终端连接到Internet,并成功地实现了诸如例如网络浏览,微信发送,电子商务购物 ,视频聊天和高清视频点播 。简短的视频应用程序也可以正常使用。卫星在轨测量的所有功能和指标均达到要求 ,甚至超出预期。该试用星的用户体验率超过10兆字节。

“系统完成后 ,无论我们是在沙漠 ,海洋还是在飞机上,我们都可以享受与在家一样的互联网速度和服务体验。”项开恒说,卫星互联网可以随时随地实现互联网接入 。特别是在山区和沙漠  ,深海和海洋等传统移动通信无​​法到达的偏远地区 ,它具有更多的优势。

黄华认为 ,尽管卫星互联网的最高速度无法与地面光纤相提并论,但实际的用户体验不会有太大的不同。卫星互联网和地面网络(例如5G网络)将是互补的 。在诸如大城市等地面通信发达的地区,人们更喜欢使用地面网络。在地面网络无法到达的区域 ,包括南北两极诸如科学研究和户外探险之类的场景更适合使用卫星互联网。卫星互联网可以满足信息基础设施较差的地方的需求,填补信息空白,并使网络连接变得可能和方便。

卫星互联网提供的服务不仅限于宽带,还包括可以增强定位和定时精度的导航增强功能以​​及可以跟踪航空,导航和海洋货物的物联网。例如,“鸿运项目”是一个通信,导航和遥感的集成系统,可以满足诸如应急通信 ,传感器数据收集  ,工业物联网以及无人设备远程控制等应用的实时需求。“红岩”星座是一个结合了宽和窄的系统。用户可以使用手持终端拨打电话,上网和使用导航功能  。

北京久天微星科技发展有限公司首席执行官谢涛认为 ,通过与5G,工业互联网,物联网和大数据的紧密集成,卫星互联网的未来应用场景将非常丰富 。卫星互联网更像是一个空间平台 ,配备5G有效载荷,可以满足宽带通信需求。配备摄像头可以实现遥感;加上导航增强功能,可以支持自动驾驶。

如何充分利用卫星互联网 ?

必须解决关键核心技术,行业发展必须形成良性循环

当前,商业航空航天正在迅速发展。作为卫星通信和Internet结合的产物  ,卫星Internet,尤其是低轨道宽带卫星Internet概述了理想的业务蓝图。但是 ,实际构建系统并将其投入实际应用并非易事,尤其是要给用户带来良好的体验。

黄华说:“尽管我们对卫星和通信技术有一定的掌握,但卫星互联网的建设并不小,不可能一overnight而就。需要进一步的创新 。”

与对地静止且易于“捕获”的高轨道卫星相比,低轨道卫星以每秒7公里以上的速度绕地球旋转。由这种快速运动和卫星信号的动态切换引起的频率变化与地面网络不同。几乎相同 。为了防止网络中断并为用户提供良好的体验,需要解决许多关键的核心技术。另外,为了降低地面维护成本,数千颗在轨卫星必须通过智能实现在轨自主运行,这也必须通过技术创新来实现。

除了解决技术问题外,专家认为,真正使用卫星互联网的关键在于获得公众的认可,如果易于使用 ,则可以使用。这需要卫星联网来实现低成本 ,并且地面终端还必须实现低成本和小型化。“例如,通过批量生产,卫星互联网卫星将更便宜;通过技术研究,芯片将变得越来越小 ,天线将从'砖头'变成'砖头'。”

谢涛认为,诸如卫星互联网这样的复杂系统对系统设计 ,技术路径选择和工业支持有很高的要求。在设计之初就必须考虑成本,工业成熟度 ,地面条件和实际应用要求。综合因素 。“将卫星互联网纳入新的基础设施,为行业的快速发展注入了信心和活力,并促进了产业链以提供更具成本效益的卫星 ,有效载荷和地面终端产品 。产品 ,使整个产业链降低成本。”

项开恒说,一方面,随着低轨道宽带卫星互联网应用的不断扩大,通信能力将不断扩大 。随着规模越来越大 ,成本将继续下降。另一方面 ,通过政府指导和市场实践 ,资源整合 ,通过工业化和商品化降低成本和效率 ,形成了工业发展的良性循环。。

专家预测,普通用户可能需要花费几年时间才能使用卫星互联网(如手机)。

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