我国天地一体化信息网络构想（二）

闵士权

（1.中国卫通集团有限公司，北京 100094；2.航天恒星科技有限公司，北京 100086）

我国天地一体化信息网络构想（二）

闵士权1，2

（1.中国卫通集团有限公司，北京 100094；2.航天恒星科技有限公司，北京 100086）

（接6月刊）

3　我国天地一体化卫星通信网络［1～6］

3.1 天地一体化全球覆盖卫星通信网络类型

3.1.1 天地一体化“天星地网”式网络

当前，国外全球覆盖的天地一体化卫星通信网络主要是采用“天星地网”的方式来构造，各种卫星之间的互联互通主要在地面网络完成。如静止轨道的国际通信卫星（Intelsat）和国际海事卫星（Inmarsat）通信网络，低轨道的美国的全球星（Globalstar）卫星通信网络和轨道通信（ORBCOMM）卫星通信网络。其中，全球星卫星通信天地一体化网络架构如图1所示。

图1　全球星卫星通信系统天地一体化网络架构

3.1.2 天地一体化“天网地站”式网络

国外全球覆盖的天地一体化卫星通信网络中，也有采用“天网地站”式网络。在这种网络中，每颗卫星都是一个具有星上处理能力的网络交换器或者路由器，且卫星之间存在星间链路。此星间链路具备网络路由能力，空间段在星间链路的协助下具备网络层功能。这种网络特点是不需要在本地关口站或者地面网络支持下，通过星间链路可实现不同卫星覆盖区各个用户终端之间通信。这种系统如美国的静止轨道的军事星（Milstar）通信系统和低轨道的铱（Iridium）卫星通信系统，后者网络架构如图2所示。

图2　铱卫星通信系统天地一体化网络架构

3.2 空间段

实现任何人在任何时间任何地点可与任何人进行任何业务通信或与相关物体进行相关信息联系的设计目标，此目标有二种：一是人与人间通信，二是人与物间通信（即是物联网中人与物间信息联系）。实现此目标的空间段方案有多种，本方案釆用“天网地站”一体化方案，且天网由双层网络组成。它分别由静止轨道（GEO）通信卫星星座（包括3～5颗一定间隔分布的卫星）和低轨道（LEO）通信卫星星座（包括数十颗卫星）组成。两层不同高度的星座共同组成一个立体交叉、优势互补、互联互通的双层星座网络，见图3（图中未画星间链路）。图3中为了便于讨论，假设低轨道星座采用极地圆轨道星座。在此网络中，GE0卫星既作为骨干网网络交换节点，也作为用户接入点；LEO卫星主要作为具有交换功能的用户接入点。骨干网卫星对接入网卫星承担系统的路由并实施动态管理。这种星座优点可利用国内测控和管理站通过GE0卫星全球全时监控和管理LEO卫星星座所有卫星，无需国外设站。

图3　GEO/LEO双层星座网络示意图

3.2.1 静止轨道星座

静止轨道卫星星座由沿地球赤道上空彼此相隔一定间距的3～5颗静止轨道卫星组成，卫星间设有星间链路，组成环状网络。该星座作全球覆盖低轨通信卫星星座的骨干网，兼作空间段用户航天器、临近空间飞行器和地面层海陆空用户终端接入网。在地面段相应设施配合下该星座可承担如下任务：

⊙ 作全球覆盖的跟踪与数据中继卫星星座，对全球中低轨道航天器和临近空间飞行器进行跟踪、测控，并提供数据传输、处理和分发服务。

⊙ 作全球覆盖的宽带多媒体卫星星座，对全球特定地区（常态覆盖）和突发事件地区（机动覆盖）提供宽带多媒体通信业务。

⊙ 作全球覆盖的应急通信等相关信息广播系统。

⊙ 作全球导航卫星增强系统的星基传输系统星座，承担我国北斗卫星导航增强系统生成的完好信息和误差修正信息向全球传输和分发任务。

⊙ 通过星间链路对低轨通信卫星星座实施通信业务管理。

⊙ 视需要还可考虑通过星间链路对低轨通信卫星星座进行测控服务。

由上述众多业务可以看出，此星座卫星将起天基信息港（空间信息港）作用。为实施上述众多业务，如单颗静止轨道大平台难以承载多用途有效载荷，可分装于2颗或多颗卫星（组成卫星簇）上，并在同一轨道位置运行。

有关学者提出的由5颗静止轨道卫星为中继节点组成环状骨干网并连接各用户组成的空间段设想示例如图4所示。

图4　静止轨道卫星组成环状骨干网应用示例［9］

3.2.2 低轨道星座

为了便于讨论，假设本天地一体化信息网的低轨道星座类似于极地圆轨道铱星星座，各卫星之间设有星间链路，覆盖全球（含南北两极）。在国内地球站管理下，地球上任意两地用户终端可不通过国外地面关口站和地面网络中转直接通过星间链路进行通信。此低轨星座承担移动宽带多媒体业务的双向传输，并与地面移动通信3G/4G 或5G业务融合。低轨星座按一定的方法将星座分组，每个组按一定的选取法从其中选取一颗卫星为组长，它既管理组内卫星，又与静止轨道卫星联系接受其管理。 （未完待续）

An Idea of China's Space-ground integrated Information Network（II）

Min Shiquan1，2
（1.China Satellite Communications Group Co.， Ltd.， Beijing， 100094；2.Space Star Technology Co.， Ltd.， Beijing， 100086）

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.07.013

TN927，TN96，TN91，P228，P237

A

1672-7274（2016）07-0032-02