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国外高通量卫星系统与技术发展

刘悦

【期刊名称】《国际太空》

【年(卷),期】2017(000)011

【总页数】6页(P42-47)

【作者】刘悦

【作者单位】北京空间科技信息研究所

【正文语种】中文

HTS卫星概念由美国航天咨询公司北方天空研究所（NSR）率先提出，将其定义

为“采用多点波束和频率复用技术、在同样频谱资源的条件下，整星通量是传统固

定通信卫星（FSS）数倍的卫星”。HTS卫星概念由“宽带卫星”演化而来，但与

之有所区别。宽带卫星以“大多运行在Ka频段、大容量、提供宽带互联网接入”

为特点，开辟了卫星互联网接入的新业务，因此称为“宽带”。而产业界普遍认为，

HTS卫星是以点波束和频率复用为标志，可以运行在任何频段，通量有大有小，

取决于分配的频谱和频率复用次数，可以提供固定、广播和移动等各类商业卫星通

信服务的一类卫星系统。

从2004年首颗地球静止轨道HTS卫星（GEOHTS）发射以来，至2016年底，

全球共计发射了46颗GEO-HTS卫星，2017年全年预计发射11颗HTS卫星

（截至2017年9月底，已发射9颗），创历年发射之最。过去5年（2012－

2016年底），全球共计发射26颗HTS卫星，是上一个5年（2007－2011年）

发射数量总和（11颗）的2倍多。

GEO-HTS卫星自2015年起，发射数量从每年的2～3颗显著增加至近10颗，近

2年占发射GEO通信卫星数量的1/3。从2019年起，随着GEO通信卫星发射数

量的下滑，HTS卫星年发射数量将接近当年发射GEO通信卫星数量的50%。

与GEO-HTS快速发展相比，多个大型中地球轨道（MEO）和低地球轨道（LEO）

HTS星座进入研制当中，最早将于2019年发射。虽然国外宣称发展的中低轨

HTS星座主要有6个，但由于建设的重复性、所需的资金规模、频率协调、制造

和发射能力的限制，导致最终能够发展起来的星座项目并不如宣传所述。

目前，全球在轨的中低轨HTS星座只有1个，即运行在MEO轨道的“另外三十

亿人”（O3b）星座，由12颗卫星组成，现已完成部署并交付使用。从目前在建

的HTS星座来看，主要有2019年预计发射的O3b星座扩展的8颗卫星，以及

2020年预计发射的650颗“一网”（OneWeb）卫星星座。如果将所有宣称发

展的中低轨HTS星座都计算在内，全球累计发射的中低轨HTS星座卫星接近上万

颗。

除了确定要发射的O3b系统和OneWeb系统外，还有其他中低轨HTS星座系统

处于在研或概念阶段。

HTS卫星最基本的特征就是卫星的波束为点波束。卫星采用多点波束的好处在于

提高天线的发送/接收增益，并能实现频率复用；采用多点波束的劣势在于覆盖，

点波束覆盖范围较小，要想实现大范围的区域覆盖，则需要大量点波束。目前，国

外主要有2种发展思路：一是以卫讯卫星－1和“Ka频段卫星”为代表的、采用

窄点波束提高通量的区域系统；二是采用较大的点波束增加覆盖范围的全球系统，

例如“史诗”（Epic）。

HTS卫星主要应用两类多波束天线：一是单馈源单波束天线（SFB）；二是多馈源

单波束天线（MFB）。SFB天线的每个馈源喇叭对应1个波束，简化了硬件设备，

电性能也较好，对于覆盖范围较大的HTS卫星多采用SFB天线。MFB天线通过

小的喇叭阵列形成波束，有的还配有波束成形网络，优势在于实现波束重合覆盖仅

需1副反射器，从而减少了星上天线的尺寸和成本。因此，对于较小的地理区域

和多用途HTS卫星，MFB天线是最佳选择。

对于HTS卫星系统设计来说，采用点波束和频率复用技术相结合，能够有效提高

天线增益，实现频率复用。优势在于：①天线的增益与波束宽度有关，波束宽度越

窄，天线增益越高。较高的卫星天线增益可以使得用户采用更小口径的终端，并使

用高阶调制编码方案，从而提高频谱利用效率，提高数据传输速率。天线增益增加

10倍，系统容量增长4倍。②点波束的应用，使得距离较远的波束可以复用同一

段频率。

频率复用也会带来一些问题，当2个或更多的波束使用同一段频