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低轨星座地面通信应用系统初步设计

王毅;李新华;王新荣

【期刊名称】《《通信技术》》

【年(卷),期】2019(052)003

【总页数】7页(P628-634)

【关键词】低轨星座;5G移动通信;高通量;高安全性;高可靠性

【作者】王毅;李新华;王新荣

【作者单位】中国空间技术研究院航天恒星科技有限公司北京100086

【正文语种】中文

【中图分类】TN911.7

0引言

为满足广大用户卫星宽带接入的通信需求，高通量（HTS）系统因具有容量大、用

户终端小的优势在近几年发展迅猛，低轨星座相对于高轨通信星座而言，不仅具有

高通量系统的优势，而且具有更低的传输时延、更好的全球覆盖性（包括南北两

极），可以更好地克服南山效应，终端可能更小，成本可能更低廉，速率可能更高。

因此，20世纪80年代末，美洲、欧洲等发达国家就开始发展低轨通信星座，我

国以“天通一号”、“中星16”等为代表的同步轨道移动和宽带卫星通信系统的

建设，为满足企业用户、家庭/个人用户的移动通信、小型化终端高速传输通信等

提供了有效手段，极大提升了我国宽带大容量通信服务的能力。

随着我国“一带一路”倡议的不断推进，全球互联网和物联网服务的不断延伸，卫

星通信传输保障“走出去”的需求迫切，低轨星座地面通信应用系统的研制和发展

正好成为通信保障“走出去”的有力武器，同时低轨星座带来的地面5G移动通信

和高通量宽带接入通信高速发展，突出了对海上、偏远地区以及当前万物互联背景

下地面移动难以到达地域的覆盖优势，尤其我国“鸿雁”星座的升空让手机信号无

死角，让全球永不失联，人们就可以随时随地使用由卫星提供的互联网接入服务了

[1］。

本文提出天地一体化信息网络中的地面通信应用系统的初步设计方案，主要从系统

组网架构、数据中心、信关站系统、终端系统以及系统安全性、可靠性等方面进行

设计，可为用户提供更快、更稳定、更安全的全球互联网接入服务。

1概述

低轨星座计划主要基于宽带互联网需求，采用Ku、Ka高频段实现高速率，通过成

倍甚至10倍以上的卫星数量和配置星间链路尽可能实现连续覆盖。低轨接入网主

要采用星座部署、空间组网的方式，提供全球无缝覆盖的移动、宽带通信服务。

星座构型采用近极轨道，拓扑相对稳定，南北极在内全球覆盖，组网方式采用星间

链路、星间路由，可不依赖地面站提供实现全球服务能力。规模考虑12个轨道面，

轨道高度800～1100km，重大工程实施考虑部署120个节点，首期部署60个

综合节点，以星上处理模式为主，后续可扩展到240个节点，实现系统能力的平

滑过渡[2］。

信关站以国内部站为主，可根据国外业务拓展，在境外拓展部署信关站。各类型终

端主要包括固定用户终端（如企业用户、家庭/个人用户终端等）和移动用户终端

（如动中通、移动手机终端等）。提出的低轨星座地面通信应用系统初步解决方案

主要包括系统组网架构、网络拓扑、信关站、终端站、数据运营中心及系统安全性、

可靠性等[3-4］。

2系统设计

2.1系统需求

（1）覆盖能力

具备地球表面（海拔20km以内区域）的覆盖能力；

实际覆盖区域由频率协调情况和地面站部署确定。

（2）移动通信

终端星地双模，具备同时接入卫星和地面ATC（辅助组件）能力，直连移动核心

网，实现4G/5G网络接入，对数据业务优化[5-6］。

系统容量50000路双向基本通信；

通信速率：

话音业务2.4～8kb/s，支持高质量话音；

数据业务0.0024～1.4Mb/s（视终端类型）；

国土不落地通信，最大时延优于400ms；

最小支持到手机终端，可支持个人用户。

（3）宽带通信

系统容量优于1Tb/s，优于40个全球连通的热点区域/用户覆盖能力；

通信速率：

单区域数据业务不低于上行7Mb/s，下行36Mb/s；

典型通信速率：25～50Mb/s，峰值速率可达400Mb/s；

国土不落地通信，最大时延优于400ms；

可为领导人出访、战略装备通信保障、两极通信服务提供专网通信。

2.2系统网络架构

根据国家天地一体化信息网络重大工程总体架构设计要求，针对其中低轨接入网地

面应用系统网络结构设计如图1所示，主要包括GEO骨干节点、低轨星座接入网、

数据运营中心（BOSS）、信关站系统、终端系统等几大部分[7］。

GEO骨干节点由地球同步轨道若干（