銀河航天工作人員在開展試驗。 受訪者供圖

■記者 張雙虎 鄭金武

不久前，河南多地遭遇特大暴雨，洪水沖毀了多處電力和通信基礎設施，也讓傳統地面網絡的短板凸顯出來。

近日，北京郵電大學信息與通信工程學院與銀河航天在北京、濟南兩地開展國內首次低軌寬帶通信衛星與靈巧5G專網的融合測試。本次測試解決了異地專網通信對地面光纖基礎設施的依賴問題，實現了低軌衛星網絡與地面5G專網的融合，邁出了極地、遠海、偏遠地區及應急等場景通信服務的重要一步。

邁出第一步

當前，全球網絡覆蓋仍面臨諸多難題。賽迪顧問發布的《“新基建”之中國衛星互聯網產業發展研究白皮書》中提到，傳統地面通信骨干網在海洋、沙漠及山區等苛刻環境下鋪設難度大且運營成本高，通過部署傳統通信骨干網絡在互聯網滲透率低的區域進行延伸普及已存在現實障礙。

目前，地球上超過70%的地理空間，涉及30億人口未能實現互聯網覆蓋。據國際電信聯盟公布的數據，全球未實現互聯網連接的人口中，超過12%居住在邊遠農村或山區，很多地區地勢地貌復雜，難以鋪設地面通信網絡。而在地震、洪水、泥石流、冰雪等自然災害發生時，光纜中斷、大面積基站停電等故障會形成“通信中斷區”，傳統地面網絡難以滿足應急救援的用網需求。

因此，建設衛星互聯網是解決地球“無互聯網”人口數字鴻溝的重要手段，是實現網絡信息連續覆蓋普惠共享的有效補充。

北京郵電大學信息與通信工程學院執行院長彭木根在接受《中國科學報》采訪時介紹說，通信衛星和靈巧5G專網結合，能有效解決傳統蜂窩網絡對站址資源需求高、網絡規劃優化復雜、設備昂貴等問題，通過內嵌基站功能自適應遷移和網絡自組織模塊，高效抑制基站間干擾和應對無線回程受限挑戰等，網絡可以即部署即用。

“低軌寬帶衛星與5G專網融合試驗，代替了需要預先鋪設的地面光纖。”西安電子科技大學綜合業務網國家重點實驗室教授田斌告訴《中國科學報》，“通信衛星完成的是骨干網的任務，用戶接入還是由5G專網原先的設備完成，因為衛星和地面光纖的信道特性不同，所以要進行這種融合測試。”

“與4G網絡相比，基于云小站的靈巧5G專網在容量、時延等方面性能顯著提升了至少一個數量級。”彭木根說，“未來，靈巧5G專網與低軌寬帶衛星深度融合，可以有更廣闊的應用場景，有望服務我國極地科考、海洋開發以及地震、森林火災等應急機動場景。”

7分鐘“絲滑”體驗

此次測試依托我國自主研制的低軌寬帶通信衛星（銀河航天首發星），以及高機動、輕量化的5G專網。

在低軌寬帶通信衛星與靈巧5G專網的融合測試中，過境的低軌衛星連同地面衛星終端和信關站，構建起北京、濟南兩地5G專網間的骨干網絡。測試模擬了濟南一個廠房內發生危險品泄漏時，在北京的工作人員佩戴虛擬現實眼鏡，利用衛星互聯網實現5G專網連接，并實時觀察現場情況，操控濟南的無人車接近危險品目標，控制機械臂最終完成危險品處理的場景。

“銀河航天首發星是目前中國通信能力較強的低軌寬帶通信衛星，其通信容量高、時延低。”銀河航天通信技術專家李建成對《中國科學報》說，“我們整個測試的時延大概在20~30毫秒，這種時延人們根本察覺不出，從濟南場地傳來的全景視頻畫面清晰、無卡頓，無人平臺操作也順滑、流暢，可完成全向運動控制和操控機械臂進行物體夾取等功能。”

專家介紹說，因為低軌衛星飛行速度極快，平均速度超過7公里/秒，對同一終端單次的連續覆蓋時間約為5~8分鐘，所以當天的測試進行了約7分鐘時間。

“低軌寬帶通信衛星還具備廣覆蓋的特點。目前我們的信關站覆蓋范圍最大可達1000公里，假如地面網絡中斷，只要周邊1000公里范圍內任何一個信關站能繼續工作，就能維持通信，所以對于中小范圍的災害應急是完全沒問題的。”李建成說，“在這次測試的應用場景里，覆蓋范圍沒有達到那么遠，只有400公里，所以可以把衛星互聯網理解為‘一根400公里的光纖’，因為衛星傳輸是‘一跳直達’，所以能夠實現較低的傳輸時延，滿足特定應用場景需求。”

年底將發射一批衛星

目前，太空互聯網建設已成為國際航天領域的熱門，世界各國紛紛開始低軌互聯網星座衛星的發射組網。美國太空探索公司的“星鏈”網絡和歐美合作推出的“一網”星座計劃，都制定了雄心勃勃的組網目標。據國際電信聯盟預計，到2030年，實現人人都能連接互聯網的目標，需要近4280億美元的投入。可見，這是一個存在多種可能性的巨大市場。

去年，衛星互聯網作為通信網絡基礎設施的代表之一，首次被我國納入新基建信息基礎設施的范疇，標志著衛星互聯網建設已上升為國家戰略性工程。

田斌認為，要實現低軌衛星網絡覆蓋全國，乃至全球的目標。需要發射多顆衛星、組成衛星星座。而需要發射多少顆低軌衛星組網和衛星大小、衛星的波束寬度、軌道高度等都有關系。當然需要的投入非常大，但市場也很大。“這涉及到商業和應用模式的問題，如果使用方便，推廣得好，那就會創造很大的經濟效益。”

“我國對于衛星互聯網的組網有統籌的規劃。”李建成說，“銀河航天正在構建衛星低成本批量化生產能力，未來在南通建設的衛星超級工廠可以達到年產幾百顆的規模。我們正在致力于通信載荷、核心單機、衛星平臺的自主研發與低成本量產，全力支持我國衛星互聯網建設。”

李建成認為，未來衛星互聯網的應用具有廣闊前景，主要應用方向包括海洋、航空、偏遠地區、極地通信、應急救災通信、企業專網通信等。

“而且，從技術原理來說，衛星互聯網未來可以用于火星與地球的通信。”李建成說，“除通信外，增加相應的衛星載荷后，還可以實現對地遙感探測和導航增強等功能。”

銀河航天星座系統架構師林廣榮表示，下一步，銀河航天將繼續與北京郵電大學開展靈巧5G云小站、霧小站和輕量化核心網功能上星等試驗驗證工作。靈巧5G專網以及低軌寬帶通信衛星的融合及進一步協同，將有效支撐我國天地一體化網絡建設，為我國應急通信、抗震救災、極地科考、遠洋探測等領域的高效寬帶無線通信需求提供強有力的保障與支撐。

“我們在不斷創新技術并且優化網絡設計，年底將發射一批低軌寬帶通信衛星，形成連續30分鐘以上的通信，構建一天之內多次重訪的網絡服務能力，為衛星通信關鍵技術驗證提供重要支撐。”李建成說，“后續，我們將發射更多低軌寬帶通信衛星，全力支持我國衛星互聯網建設。”