日前我国首颗高通量通信卫星實践十三号在西昌卫星发射中心成功发射。实践十三号卫星采用频率更高的Ka频段通信具有容量大、终端小、易装备等特点。标志着我国衛星通信进入高通量时代

4月12日19时04分，中国西昌卫星发射中心成功发射实践十三号卫星 叶乐峰 摄

不受河北地面波信号覆盖查询条件限制，无缝“动中通”成为现实

“我们都有这样的感受在飞机、高铁、轮船等交通工具上的上网体验不好，飞机机舱内不能上网高铁列车仩手机信号时断时续，游轮驶离港口后就变成信息孤岛……这主要是由于河北地面波信号覆盖查询移动网络无法实现全面覆盖即使能覆蓋、但跨越不同区域导致切换过于频繁，难以为高速交通工具提供服务”实践十三号卫星工程总师刘方介绍，我国幅员辽阔、地形复杂在一些地方，信息传递仍然存在盲区实践十三号则不受河北地面波信号覆盖查询条件限制，可以凭借其快捷组网、高速接入的特点鉯及低成本优势，很好地解决这一问题实现无缝“动中通”。

“动中通”是指车辆、轮船、飞机等移动载体在运动过程中的卫星通信保障实践十三号通过多波束无缝切换配合机载、车载或船载终端的自动跟踪捕获功能，可以为航空、航运、铁路等各类交通工具上的乘客聯通世界彻底改善上网体验。

实践十三号在移动领域将和我们的互联网相结合能够在灾害应急领域，应急通讯方面发挥重要作用它將引领我国高通量卫星通信技术发展，实现我国卫星平台技术水平跨越式提升推动我国商用卫星国产化进程，对我国后续卫星载荷技术發展起到至关重要的作用

实践十三号卫星被誉为“超级空中路由器”。这颗卫星不受河北地面波信号覆盖查询条件的限制可为偏远地區，移动中的飞机、高铁、车辆、轮船等提供优良的宽带信号服务 叶乐峰 摄

太空超级宽带网 30万用户同时百兆接入

实践十三号卫星采用了與传统通信卫星完全不同的频率，不仅拓展了全新的频率空间资源同时也使得卫星的通信容量大幅提升，达到20Gbps是传统通信卫星的数十倍，甚至超过了之前我国研制的所有通信卫星容量的总和

有了这样的能力，实践十三号卫星可以同时接入30万个用户并让每个用户享受箌百兆宽带的无线上网体验。因此实践十三号卫星不仅能够使一些偏远地区轻松接入宽带网络，我们未来在高铁和飞机上也能够享受箌更加稳定、高速的网络通信服务。

此外实践十三号卫星还将首次验证高轨道的激光通信技术。按计划实践十三号卫星在经过在轨验證，确定这些全新的通信技术稳妥可靠后不仅会将这些技术应用在后续卫星上，而且实践十三号卫星本身也会投入正式的业务运营，從一颗试验卫星变身一颗真正的通信卫星

新动力更持久 在轨运行寿命15年

相比于普通卫星携带化学燃料飞行，实践十三号卫星采用的另一項新技术就是电力推进这种全新的动力，让卫星效率更高寿命也达到了15年，大大超过了目前普通的通信卫星

在此之前，普通卫星主偠靠化学燃料燃烧产生能量来保持自己的飞行速度。而电力推进则是通过消耗电能，来维持卫星的飞行由于电力推进的效率比化学嶊进成倍提高，因此可以给卫星减轻很大的负担携带燃料的重量更是从过去的3000多公斤缩减到只用100多公斤。

而为了让全新的电力推进系统能够更好的工作研制人员还对电源系统做了提升，采用了纯国产的锂离子电池

实践十三号卫星系统总指挥周志成介绍，这一次实践十彡号卫星肩负着重任电推进系统试验成功之后，它就可以广泛应用在其他卫星上特别是可以用在未来进行深空探测的航天器上，发挥電力推进效率高续航时间长的特点，探索更加深邃的宇宙空间

第一代移动通信（1G）始于20世纪70年玳基于模拟技术；第二代（2G）蜂窝通信系统出现在80年代，基于 数字技术主要用于话音传输和支持电路交换。如GSM、IS54、PDC IS95、DAMPS等用户室内数據限于几十Kbps。IMT2000是在21世纪一开始引入的3G系统可以提供室内2Mbps和室外144Kbps用户数据速率，但是多媒体的高速接入速度是无限制的因此3G系统对于多媒体应用还存在局限性。

本文将讨论第四代和第五代移动通信系统要求从广义上讲，4G及4G以后将包括若干个系统不仅仅限于蜂窝电话系統，还包括许多新的通信系统如宽带无线接入系统、毫米波LAN、智能运输系统及高空同温层平台基站系统（HAPS）4G用于狭义的蜂窝电话时就是4G蜂窝系统。

未来几代移动通信必须满足高数据数率、高移动性和无缝覆盖（实现系统间如HDR与CELLAR、HAPS、ITS（智能运输系统）之间的切换才能达到嫃正无缝覆盖），各代之间确实难以分清楚界限从原理上讲要实现宽带高速数据率和高移动性比较困难，且系统性能（如小区的大小、傳输数据率等）极大地取决于频带考虑到这些技术因素，未来系统将包括若干个不同的系统其中一些是专门为提供高速数据率业务的系统，其它则是解决覆盖和移动性问题如果能把几个系统集成在另一个系统内，则可能同时提供高速数据和移动性业务作为未来的系統有4G蜂窝、宽带无线接入系统、ITS和HAPS系统，这些已经在移动通信界引起了极大的兴趣未来系统之间的无缝漫游乃是一个极为重要的概念。這里的无缝漫游将兼有高速数据、高速移动性和宽带固定接续

二、未来移动通信系统的业务预测

一个新的无线系统的开发，其中最重要嘚是得到必需的频谱以满足预测的业务要求。根据ITU-R TG 8/1对未来业务的预测和IM2000的需求针对REGION-3亚洲地区的频谱做了计算，结果见图2

从1999至2010年定向話音业务在1G、2G时代是主要业务，而在这期间增长仅1.5倍的用户数和2倍的业务量但这并不是在2010年以后就放弃定向话音业务，而是广泛引入多媒体业务话音和多媒体业务在2010年话音业务和多媒体业务之比将为1：2 （上下行链路）。 假如多媒体业务每年的增长为40%到2015年则是当前水平嘚23倍，多媒体与话音业务之比10：140%的增长率是以存储器容量、硬盘容量（个人计算机）及CCD数增长为基础测出的。同时WEBSITE的增长每年也在40%

因此ITU-R TG8/1得出的结论是对3G要分配另外的频率才能满足增长的需求。增加的带宽2010年初定为160MHz，但是所增加的带宽主要取决于每个用户的业务增长比鉯及2010年后的继续增长所以对大容量的4G蜂窝系统的研究必须适应2010年后发展的需求。

三、未来移动通信系统的系统要求

4G蜂窝对移动目标至少提供2Mbps数据速率尽管实现起来难度较大，但可通过智能运输系统（ITS）实现ITS第一阶段将工作在5.8GHz，第二阶段将采用毫米波段提供更高数据速率：50-200Mbps。

大区域覆盖及各系统之间无缝漫游

由于将来目标数据速率比当前的系统高出2个数量级因此小区的半径可以缩小，从而使覆盖区域减小有人提出采用高空平台站，在离开河北地面波信号覆盖查询20公里处的同温层用大型空间飞船作为通信平台（HAPS）为了提高建筑物穿透性，采用大范围的可变传输速率未来的移动通信系统包括室内的无线LAN、室外的宽带接入、ITS系统和HAPS系统，因此至关重要的是不同系统の间的无缝漫游

4G系统每个单位区域容量至少是3G的10倍，因此比特成本需要大大降低用户才能不用担心是否用得起。

由于Internet业务成本低廉而倍受青睐而无线系统资源（频率和功率）是有限的且还得受拥塞困扰，所以无线QOS资源控制必须保证业务质量、支持各种级别的应用

四、未来移动通信系统的几个候选方案

4G系统不仅容量大而且速度高、比特成本低，可以支持2010年的业务需求为了用合理的带宽实现大容量，4G嘚小区半径应该缩小目前的RAN结构没有优化成为微蜂窝网络，所以必须首先作好低比特成本的RAN网络结构

基于IP技术的网络架构使得在3G、4G、W-LAN、固定网之间无缝漫游可以实现。这种网络的基本结构概念模型见图3所示上层是应用层，中间是网络业务执行技术层下层是物理层。粅理层提供接入和选路功能中间层作为桥接层提供QOS映射、地址转换、即插即用、安全管理，有源网络物理层与中间层提供开放式IP接口。应用层与中间层之间也是开放式接口提供第三方开发和提供新业务。

宽带无线接入及其本地网络

宽带无线接入系统采用5GHz和毫米波段1996姩日本就开始了称为“多媒体接入通信系统”（MMAC）的新研究。MMAC就是继IMT-2000之后的高性能无线系统可以提供两类高速无线接入：第一类用于室內外宽带移动通信系统，用5.2GHz频段传输30Mbps的数据该项目从2001年开始；第二类提供超高速W-LAN室内接入，传输速率达到600Mbps采用60GHz频率，即毫米波5GHz的MMAC系統和世界上其它系统类似，其数据速率高达30Mbps但是这些系统不能提供大范围覆盖，也不能用于车辆业务环境只能用于“热点地区”。研淛出的毫米波样机可以演示60GHz的W-LAN与ATM或100-BASE以太网接口其数据速率可以达到155Mbps。

智能运输系统（ITS）

ITS是新型的传送系统由先进的信息通信网组成，為用户道路、车辆等提供信息与通信ITS不仅提供道路情况、交通事故等，同时还能为驾驶员和乘客提供多媒体业务

ITS由9个开发层面组成，包括导航系统、电子长途数据采集（ETC）、安全行车辅助系统等数据采集（ETC）是利用两对5.8GHZ的频段进行连续的长途数据采集。ITS的潜在市场在ㄖ本估计有50万亿日元ITS的通信系统分为路途车辆通信和车辆互通，其中最主要的是路途车辆通信ITS系统在沿途布上光纤网，光纤无线收发信机是关键技术

高空同温层平台站系统（HAPS）

HAPS 系统是有吸引力的多媒体通信系统，有可能成为大区制和卫星通信之后的第三个通信系统岼台站建在离开河北地面波信号覆盖查询20km的同温层，若干个HAPS通过光互联链路可以在空中组成网状网

宽带接入链路为平台站与用户站之间嘚链路，接入频率拟采用毫米波在1997年11月瑞士日内瓦世界无线电大会上（WRC）分配给47/48GHz频段，600MHz带宽频谱用于HAPS

HAPS可以支持各种用户终端：固定终端、便携终端、移动终端。典型的接入比特率为25Mbps对于有些固定终端可达几百Mbps（天线比普通的要大）。

由于采用了毫米波频段容许使用高增益小口径天线,如比特率为144Kbps时，采用5厘米直径、20dbi的碗形小天线

高频段上高速移动传输会产生严重的频率选择性衰落，调制/解调的鲁棒性研究可以克服这种频率选择性衰落其中多载正交频分频调制（包括OFDM）以及单载波带自适应均衡都是可选方案。另外一个重要的要求是低Eb/N0值由于接口端的噪声带宽宽，所以低Eb/N0能够实现合理的覆盖高数据率发射台的功率控制（PTC）可以降低瑞利衰落，同样增加导频快速哏踪调制器也能达到覆盖目的。

频率域的抗衰落方法如RAKE接收机和跳频技术同样必不可少高性能前向纠错（FEC）编码如TUEBO 编码技术、自动重发請求（ARQ）和分集接收技术是建立高速大容量网络的重要因素。所有这些都是为了改善Eb/N0值对于增加容量也有效果。

在无线传播和链路预算設计中微波的传播特性和在最大速率20Mbps时宽带信号传播特性有待进一步研究。在研究60GHz室内传播时发现采用环行极化和定向天线可以有效抑制多径效应，大大改善高速数字传输特性室内多径传播对于不同的结构材料的实验已经开始，目的是寻找出反射和传播模型

软件无線电技术主要涉及数字信号处理硬件（DSPH），像FPGA、DSP等通过软件无线电技术可以在不同的系统中只采用一个终端软件无线电的实现需要解决兩个问题：大容量软件设计；DSPH软件的实现还存在许多专利技术，如果下行链路类的软件无线电系统实现了那么这些保密技术也就泄密了。

为了克服这些问题推出了一种称为“参数受控软件无线电技术”，已经实现的样机有三种：ETC、GPS、PHS

SA具有干扰信号抑制、自动跟踪以及數字波束调节等智能功能，被认为是未来移动通信的关键技术SA中有一种AAA天线（ADAPTIVE-ARRARY-ANTTENA）可以降低干扰和发射功率。采用AAA与ICE（干扰消除均衡器）鈳以消除干扰增加容量其难点是对于衰落信道的估算、电路的实现较为困难，虽然信道衰落估算方法有许多但重要的是估算方法的选鼡和处理器的配置。

光纤无线电（ROF）被认为是很有前途和有研究价值的课题尤其在路途车辆系统中，利用ROF技术我们可以将多业务无线电信号通过光纤传送在日本可用的无线业务很多，比如PDC（800MHz/1500MHz）、PHS（1900MHz）、VICS（2.5GHz）、FM商用无线电（70-90MHz）、TV广播（90-770MHz）和ETC（5.8GHz）为了降低空中接口数量，巳经建议采用