低空卫星无线网络技术前瞻

    张成贵

    摘 要：当下是信息技术飞速发展的时代，是计算机网络技术已深入到社会的各个角落的时代，是Internet对社会生活和经济发展产生巨大影响的时代。随着手提电脑、平板电脑和手机等网络终端技术的飞速发展，对无线网络技术也提出了更高的要求。文章将对未来低空卫星无线网络技术的发展进行阐述。

    关键词：低空卫星；无线网络；悬浮；互联；发展前景

    随着智能手机等智能网络移动终端技术的日新月异，移动互联网网民的数量呈现出爆炸式的增加，已远远超过使用布满连接线的普通计算机网民，目前的WIFI等无线网络技术越来越呈现出其难以适应移动网民需求的弊端，未来无线网络的发展，必然向高覆盖、低成本、高稳定、低门槛的低空卫星无线网络前进。低空卫星无线网络技术有着其无与伦比的发展前景。

    1 低空卫星无线网络技术的特点

    （1）覆盖范围广。整个地球仅用1000多颗低空卫星既可以实现全覆盖无死角。相比地面站或者无线路由器所能覆盖的那一点地方，一颗卫星所能覆盖的区域就是天文数字了。

    （2）传输速度快。低空卫星通信延迟小，与地面的蜂窝通信相近。远距离通信通过星间链路转发。云计算技术的应用，单一形式卫星网络的架构都有利于数据的快速交换。

    （3）高带宽。近年随着毫米波TR组件的发展，通信卫星的工作频段已全面进入Ka时代。通信卫星必然向Ka频段和更高的V（美国AEHF）频段发展，未来将会有更高的频段出现。高频载波的信息容量更大，能够提供更高的带宽，并且能够实现终端小型化。

    （4）数据传输稳定。空中的干扰相对地面少得多，同一地区可同时被两颗以上的卫星覆盖，可避免信号被遮挡。低空卫星通信延迟小，误码率低。统一的计算规则也大大减少了数据传输过程中可能出现的问题。

    （5）成本低。低空卫星无线网络技术成熟以后，无需在太平洋底下铺设光缆就可以轻易实现中美信息互动，无需在城市、楼栋之间架设缆线就可以实现随时随地网上交流。它的成本集中在了卫星及其管理维护上，对消费者而言其成本大大降低，无疑是消费者的福音，即使运营商的成本与现在相比也会大幅度下降。

    2 低空卫星技术

    （1）卫星升空的问题。低空卫星最适宜的高度应该是在平流层上半部分，即距地面3万米到5万米之间。如果太高，卫星就会到达空气垂直对流强烈而且相对稀薄的中间层，不利于卫星的稳定；如果太低，卫星信号就容易被高山遮挡，覆盖面积也会减小，而且容易与飞机等人造飞行器遭遇而发生危险。如果要保持卫星不坠落，可以让其围绕地球运动起来，不过这样需要消耗大量的能量，并且卫星所覆盖的地域范围会一直在改变，大大增加了卫星处理数据的工作量。所以必须采取悬浮技术，让卫星悬浮在4万米左右高空的相对固定位置浮动。要实现这一状况，就目前的技术手段，需要用到复合材料甚至纳米材料制作的真空飞行器。这种飞行器能承受比钢材多近千倍的拉力，且能承受外部巨大的压力或冲击力，即使与其他飞行器碰撞也无所畏惧。将这种飞行器制设计成内外球套球的充气结构，通过空气泵抽气充气的方法控制其内部空气的密度来达到其在大气中升降的目的，万一外球破损，内球会依然保持真空状态，将卫星拉住。并将三套该飞行器扎成一束，共同承载一颗卫星，这样即使飞行器受到陨石等外力的直线撞击，也不至于全部损毁，从而可以人工控制卫星缓慢着陆进行维护。在飞行器外壁贴满太阳能电池板，以收集足以支撑卫星正常运行所需的电能。它巨大的外形也有利于卫星在天空中能够及时被发现。

    （2）星间链路的问题。1000多颗卫星建立起一张覆盖全球的无线卫星通讯网络，这就需要各个卫星之间有功能强大的星间链路做数据传输的支撑。星上处理和交换技术现在已经得到了广泛使用。所有信息的转发将过星间链路传输，星间链路将采用V波段、W波段或激光传输，传输带宽目前已达到GB量级，美国的军用和民用卫星大多具有星间传输功能。由于低空卫星的覆盖面积较之于高空卫星要小得多，远距离传输需要经过中间卫星实现，增加了卫星处理的数据量，可采用高低空卫星组网来减少数据传输环节，降低星间传输延迟，但这样无疑增加了组网的复杂度和数据传输的不稳定性。在星间链路带宽足够的情况下，低空卫星之间数据传输就不成问题了。不难想象几年之后，星间链路的带宽成千上万倍的增长，完全可以支撑低空卫星之间的数据交换。

    （3）卫星如何分布。低空卫星应当采用正六边形顶点结构分布于地球上空，卫星的覆盖半径要大于正六边形的边长。在人口密集的五大洲板块上空，低空卫星分布要密集，以减小单个卫星的数据处理压力，在大洋和两极上空，则只需分布少量卫星即可。这也正是只有悬浮卫星可以实现、运动卫星无法企及的性能。六边形顶点结构可以使每颗卫星更大限度的覆盖其服务区，同一地区可同时被2颗以上卫星覆盖，可避免信号被遮挡。

    还有就是数据处理问题。1000多颗低空卫星要处理全球几十亿人的信息通讯需求，这就对卫星的数据处理能力提出了很高的要求。首先必须能够很快的判断源数据和目标数据网络终端所在服务区域的卫星（可通过卫星自动定位技术和网络终端主动发送重新定位请求来实时刷新），然后确定最短星间链路进行数据交换，以减少星间数据传输所涉及的卫星数量。云计算的出现和快速的发展（中国的云计算技术也不甘落后，如王坚的阿里云），必将对低空卫星数据处理技术提供极大地帮助。正如王坚所说，云计算可以让你做以前不能做的事情，做以前不能做的规模。

    （4）网络互联问题。任何事物的发展都是从起步阶段一步一步扩展的，低空卫星无线网络技术也不例外。这就要求在低空卫星无线网络技术发展的初级阶段，必须做好其与地面网络的对接功能。卫星通信与地面网络融合是必然趋势，而地面数字技术的发展也将影响并引导卫星通信的发展。在不久的将来，低空卫星无线网络必将彻底替代目前的地面网络。

    3 结语

    当今社会，已离不开网络，网络创造了一种新的文化，给我们的生活生产学习带来了翻天覆地的变化。各种新的网络技术不断发展，解决各种难题，极大地提高了人们的生活水平。低空卫星无线网络技术，蕴藏着巨大的潜力，特别是人们的生活节奏越来越快，对于无线网络技术的要求就会越来越高。技术开发商应该尽快投身于低空卫星无线网络技术的研发（硅谷已致力于这方面的研究），让低空卫星尽早上天，让无线网络无处不在。运营商也应该抓住市场发展的基本规律，着手打造自己的无线网络终端，准备低空卫星无线网络的商业化模式，在今后的运营中占据先机。另外，低空卫星无线网络技术的发展应该与WIFI技术紧密结合，取长补短，酌盈剂虚。虽然目前很多技术实现起来非常困难（如数字器件的性能），但随着科学技术的不断进步和社会的持续发展，低空卫星无线网络技术必将有着广泛的发展前景。

    [参考文献]

    [1]张茁.无线WiFi技术应用现状及发展分析[J].数字技术与应用，2014（6）：24-26.

    [2]刘振华.未来通信卫星的发展趋势[J].硅谷，2014（9）：55-58.

    [3]王明会.下一代互联网技术现状及应用前景[J].现代有线传输，2005（2）：44-46.

    The Prospect of Low Altitude Satellite Wireless Network Technology

    Zhang Chenggui（Jiangsu Broadcasting Cable Information Network Co.，Ltd.， Lianyungang Branch， Lianyungang 222000， China）

    Abstract： Today is the era of rapid development of information technology.Today is the era of the computer network technology has penetrated into every corner of the society.Today is the era of the internet has a great influence on social life and economic development. Its put forward higher requirements on wireless network technology with the rapid development of computer， tablet computer and mobile phone network terminal technology. In this paper， the future development of low altitude satellite wireless network technology is elaborated.

    Key words： low altitude satellite； wireless network； suspension； interconnection； development prospect