衛(wèi)星通信系統(tǒng)與技術(shù)創(chuàng)新

　　續(xù)表衛(wèi)星通信系統(tǒng)與技術(shù)創(chuàng)新 第1章概述第1章概述衛(wèi)星服務(wù)廣泛應(yīng)用于商業(yè)、軍事以及對(duì)地觀測(cè)（包括氣象預(yù)報(bào)）領(lǐng)域，可提供全球連接和觀測(cè)能力，是現(xiàn)代社會(huì)生活中不可或缺的。無論是通過互聯(lián)網(wǎng)連接和實(shí)時(shí)遙測(cè)為飛行航班和越洋輪船提供移動(dòng)通信支持，還是為基礎(chǔ)設(shè)施匱乏且地理位置分散的新興市場(chǎng)提供高質(zhì)量娛樂視頻傳輸，無論是為偏遠(yuǎn)區(qū)域提供應(yīng)急通信，還是進(jìn)行地球測(cè)繪或利用無人機(jī)開展戰(zhàn)場(chǎng)軍事應(yīng)用，衛(wèi)星填補(bǔ)了其他包括光纖在內(nèi)的通信形式無法滿足的空白。截至本書出版時(shí)，全球共有900多顆衛(wèi)星以各自軌道繞地球飛行。北美、歐洲、亞洲、南美甚至非洲都有許多大城市聚集了大量的付費(fèi)用戶，這些用戶也成為運(yùn)營(yíng)商的主要收入來源。而光纖網(wǎng)絡(luò)和IP服務(wù)在全球主要城市持續(xù)快速部署的局面，迫使衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商尋找能夠?qū)P融入他們所提供的端到端解決方案中的技術(shù)和營(yíng)銷手段，以保持其業(yè)務(wù)增長(zhǎng)。毫無疑問，本書中提到的一些概念將得到那些渴望進(jìn)步的運(yùn)營(yíng)商的青睞，并推動(dòng)其在實(shí)踐中開展不同程度的應(yīng)用。但是坦白地講，這些概念本質(zhì)上并不是出奇的新思路或深?yuàn)W理論，因?yàn)樵缭?0世紀(jì)70年代末產(chǎn)業(yè)觀察者［MIN197901］和產(chǎn)業(yè)專家［ROS198201］，［ROS198402］就已經(jīng)提出，不能僅把衛(wèi)星當(dāng)作微波中繼器或能達(dá)到20世紀(jì)50年代貝爾系統(tǒng)公司在美國(guó)部署的中繼器的水平就行，而應(yīng)當(dāng)更多地實(shí)現(xiàn)用戶所需的縱向集成式的應(yīng)用功能，以維持市場(chǎng)的增長(zhǎng)。11背景衛(wèi)星通信系統(tǒng)是視距（Line of Sight，LOS）條件下的單向或雙向射頻傳輸系統(tǒng)，包括上行信道的發(fā)射站，作為信號(hào)再生節(jié)點(diǎn)的天基衛(wèi)星系統(tǒng)以及監(jiān)測(cè)下行信道接收信息的一個(gè)或多個(gè)接收站。在雙向通信的情況下，上述兩種終端站兼具發(fā)射和接收功能（如圖11所示）。 圖11典型的衛(wèi)星通信鏈路衛(wèi)星可運(yùn)行于多種軌道。地球靜止軌道國(guó)內(nèi)一般用GEO指代地球靜止軌道，用GSO指代地球同步軌道。（Geostationary Orbit，GSO）是地球赤道面內(nèi)的同心圓軌道，與地表相距35 786 km，與地心相距42 164 km（地球半徑為6 378 km）。地球同步軌道（Geosynchronous Orbit，GEO）衛(wèi)星如無特殊說明，本書中的衛(wèi)星均是指地球靜止軌道衛(wèi)星。，保持與地球相同的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向。當(dāng)衛(wèi)星處于赤道面內(nèi)時(shí)，從地面可以觀察到，衛(wèi)星一直保持靜止，所以指向衛(wèi)星的天線不需要每隔固定周期就進(jìn)行跟蹤或（大部分情況下）方向調(diào)節(jié)在實(shí)際應(yīng)用中，GEO和GSO通?；旌鲜褂谩?，GSO是在赤道面內(nèi)與地球自轉(zhuǎn)同向的圓軌道，軌道周期等于地球自轉(zhuǎn)周期。。衛(wèi)星也可以運(yùn)行于其他軌道，如中地球軌道（Medium Earth Orbit，MEO）和低地球軌道（Low Earth Orbit，LEO）。傳統(tǒng)意義上的衛(wèi)星通信服務(wù)包括以下幾個(gè)類別。1）衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)（Fixed Satellite Service，F(xiàn)SS）：利用一顆或多顆衛(wèi)星在固定位置的終端實(shí)現(xiàn)通信的一種服務(wù)。FSS主要用于長(zhǎng)距離固定站點(diǎn)之間的視頻、語音以及IP數(shù)據(jù)傳輸。通過FSS，信號(hào)可從地球上的一點(diǎn)發(fā)射至另一固定點(diǎn)（即點(diǎn)到點(diǎn)通信），或者從一臺(tái)發(fā)射機(jī)發(fā)送至多部接收機(jī)（點(diǎn)到多點(diǎn)）。FSS還可采用星間鏈路（非商業(yè)通用）或饋電鏈路等提供其他類型業(yè)務(wù)，如衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)或衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)。2）衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)（Broadcast Satellite Service，BSS）：通過衛(wèi)星傳輸，公眾可直接接收信號(hào)的一種衛(wèi)星服務(wù)。具代表性的就是衛(wèi)星直播業(yè)務(wù)（DBS），它可在預(yù)定頻段下通過衛(wèi)星直接為家庭或企業(yè)提供電視與視頻直播服務(wù)。BSS或DBS都利用GEO衛(wèi)星。此外，與FSS擁有點(diǎn)到多點(diǎn)和點(diǎn)到點(diǎn)等多樣化服務(wù)模式不同，BSS只工作在點(diǎn)到多點(diǎn)的模式下。因此，面向特定的市場(chǎng)，所需的衛(wèi)星數(shù)量更少。3）衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)（Mobile Satellite Service，MSS）：旨在為地球上任意一點(diǎn)提供無線通信的衛(wèi)星服務(wù)。隨著蜂窩網(wǎng)移動(dòng)電話的廣泛普及，用戶已經(jīng)習(xí)慣在世界上任意地區(qū)使用手機(jī)，包括發(fā)展中國(guó)家的農(nóng)村地區(qū)。通過衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的語音通信，需要使用專用的手持設(shè)備。MSS通常采用MEO和LEO衛(wèi)星系統(tǒng)提供服務(wù)。4）衛(wèi)星水上移動(dòng)業(yè)務(wù)（Maritime Mobile Satellite Service，MMSS）：在移動(dòng)衛(wèi)星地面站和一顆或多顆衛(wèi)星之間進(jìn)行通信的衛(wèi)星服務(wù)。5）另外，雖然在常規(guī)的認(rèn)知中GPS不是一種正式的通信服務(wù)，我們也可以將其加入這個(gè)列表中，這項(xiàng)服務(wù)采用一組衛(wèi)星來為專業(yè)終端提供全球定位信息。過去幾年間，技術(shù)和服務(wù)領(lǐng)域的多項(xiàng)進(jìn)展都在影響商業(yè)衛(wèi)星通信的發(fā)展，而這些進(jìn)展正是本書關(guān)注的重點(diǎn)。隨著內(nèi)容分發(fā)、VoIP以及互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)等商業(yè)應(yīng)用的日益頻繁，頻譜利用率的概念越來越被終端用戶所追捧。與此同時(shí)，為了維持銷售額增長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)商們需要聚焦于提供IP服務(wù)（企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)接入）、下一代視頻（混合分發(fā)、緩存、非線性/時(shí)移、高分辨率）和移動(dòng)性。近期技術(shù)與服務(wù)方面的一些進(jìn)展包括：1）本書出版時(shí)，更高衛(wèi)星信道與系統(tǒng)吞吐量是影響整個(gè)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的主要的商業(yè)因素。改進(jìn)調(diào)制方案，可增加用戶信道的吞吐量；在下一代調(diào)制解調(diào)器中引入先進(jìn)調(diào)制和編碼技術(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)方案，可使單位頻譜實(shí)現(xiàn)的比特速率更高，對(duì)易受雨衰影響的高頻段使用自適應(yīng)編碼則可保證頻譜的有效利用；DVBS2基線標(biāo)準(zhǔn)目前已非常成熟，其擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)如今也開始在衛(wèi)星通信行業(yè)內(nèi)推廣。2）高吞吐量衛(wèi)星（Hight Throughput Satellite，HTS）一般工作在Ka頻段（下行183～202 GHz，上行281～30 GHz），采用點(diǎn)波束技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，也可以運(yùn)行在MEO以降低傳輸時(shí)延?？偟膩碚f，通過采用覆蓋范圍更小、功率更強(qiáng)的點(diǎn)波束，HTS可以達(dá)到100 Gbit/s的吞吐量，從而大幅削減單位帶寬的成本。所以，服務(wù)提供商開始接受并采用HTS來拓展其所提供的通信業(yè)務(wù)。從技術(shù)角度來看，HTS與傳統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)有諸多不同，具體包括：使用帶寬更大的波束/轉(zhuǎn)發(fā)器（一般大于100 MHz）；使用地面網(wǎng)關(guān)站來支持十余個(gè)或二十余個(gè)波束（通常要達(dá)到5 Gbit/s的吞吐量水平）；所有遠(yuǎn)程接收站都可以實(shí)現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)速率；采用先進(jìn)的抗雨衰技術(shù)，Ka頻段系統(tǒng)尤為明顯。3）對(duì)選擇乘船或飛機(jī)出行的人們來說，因缺乏地面網(wǎng)絡(luò)支持而需要衛(wèi)星為其提供移動(dòng)通信服務(wù)，這在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)可行性上都已得到驗(yàn)證，并成為服務(wù)提供商。需要說明的是，在飛機(jī)上部署衛(wèi)星通信系統(tǒng)，必須對(duì)天線進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，例如考慮天線的跟蹤性能等。4）用衛(wèi)星的M2M（機(jī)器對(duì)機(jī)器）連接，無論是用于洲際運(yùn)輸卡車通信，還是飛機(jī)實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)的整合傳輸，或者商業(yè)貨船的數(shù)據(jù)跟蹤，都為地理位置分散的實(shí)體之間拓展物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用開辟了新的機(jī)遇，對(duì)于廣袤的海域則尤其明顯。隨著全球商業(yè)貿(mào)易增長(zhǎng)，人們已經(jīng)看到衛(wèi)星通信在推動(dòng)海事通信服務(wù)需求增長(zhǎng)方面的機(jī)遇，而海事通信需求根據(jù)船舶類型、運(yùn)營(yíng)商、數(shù)據(jù)傳輸量以及船員和乘客需求及應(yīng)用［例如全球海上遇險(xiǎn)與安全系統(tǒng)（Global Maritime Distress and Safety System，GMDSS）］的不同出現(xiàn)很大的差別，這在客觀上產(chǎn)生了多樣化解決方案與應(yīng)用的需求。5）近年出現(xiàn)的超高清電視（UHDTV）（又稱Ultra HD或者UHD）可以提供8～16倍HDTV才能達(dá)到的視頻清晰度；很顯然，這類視頻每個(gè)傳輸信道都要求具備更大的帶寬。根據(jù)視頻的垂直分辨率不同，目前已經(jīng)出現(xiàn)了所謂的4K和8K版本。衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商們正在積極參與到這一市場(chǎng)細(xì)分中，預(yù)計(jì)在2020年左右，UHDTV廣播服務(wù)可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，而在本書出版時(shí)，已經(jīng)有一些小范圍、定向的應(yīng)用開始服務(wù)。UHDTV對(duì)于視頻分發(fā)服務(wù)的帶寬需求約為60 Mbit/s，而視頻采集服務(wù)則需要100 Mbit/s左右。這種情況下，采用DVBS2擴(kuò)展技術(shù)以及更大帶寬轉(zhuǎn)發(fā)器（如72 MHz）將逐漸成為市場(chǎng)上的標(biāo)準(zhǔn)配置需求。而出現(xiàn)的H265/HEVC（高效視頻編碼）視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)算法與此前廣泛采用的H264/AVC（高級(jí)視頻編碼）算法相比，在壓縮率性能方面提升兩倍多；然而，這也增加了計(jì)算處理的復(fù)雜性，反過來需要更先進(jìn)的芯片支持。近幾年，特別是2013年，業(yè)內(nèi)開展了很多技術(shù)驗(yàn)證與仿真，真正投入市場(chǎng)應(yīng)用的商業(yè)級(jí)產(chǎn)品計(jì)劃在2014—2015年出現(xiàn)，那時(shí)剛好可以提供UHD應(yīng)用服務(wù)（不管是地面的還是天基的）。甚至在標(biāo)清（SD）/高清（HD）視頻領(lǐng)域，通過將地面編碼設(shè)備升級(jí)到H264 HEVC，也可削減近50%的帶寬需求。而從標(biāo)準(zhǔn)DVBS2升級(jí)到DVBS2擴(kuò)展版本則可額外降低10%～60%帶寬需求。6）由衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)組成的混合式網(wǎng)絡(luò)，也將在近期發(fā)揮重要作用。通過大量引入IP服務(wù)，包括受到地面光纖網(wǎng)絡(luò)部署驅(qū)動(dòng)得以快速發(fā)展的IPTV和OTT視頻等，將在極大程度上重塑整個(gè)行業(yè)。這里不得不提到IPv6，這是一項(xiàng)被世界各地所廣泛采用的技術(shù)，可以支持真正的端到端設(shè)備通信能力。衛(wèi)星通信與IPv6能力的融合將造就混合式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而滿足不斷增長(zhǎng)的政府、軍隊(duì)、IPTV以及移動(dòng)視頻服務(wù)領(lǐng)域等需求。7）在核心技術(shù)層面，電推進(jìn)（替代化學(xué)推進(jìn)）是一項(xiàng)正在研究且事實(shí)上已經(jīng)部署應(yīng)用的技術(shù)；這種推進(jìn)方式可以有效減小航天器的質(zhì)量（從而降低發(fā)射成本），并很有可能延長(zhǎng)航天器的壽命。根據(jù)該技術(shù)的擁護(hù)者所述，使用電推進(jìn)進(jìn)行衛(wèi)星在軌姿態(tài)保持改變了全球的衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)。如今，隨著電推進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于軌道轉(zhuǎn)移和提升，它極有可能改變通信衛(wèi)星的入軌方式。8）此外，新的發(fā)射平臺(tái)也在引入通信衛(wèi)星市場(chǎng)，隨著競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，發(fā)射成本會(huì)進(jìn)一步降低。很顯然，衛(wèi)星通信具備多播、廣播、全球覆蓋、高可靠性以及快速支持開闊區(qū)域和敵對(duì)環(huán)境通信的能力，因而將繼續(xù)在商業(yè)、電視傳媒、政府以及軍事通信領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。為確保本書的獨(dú)立完整性，在本章將介紹一些與衛(wèi)星通信相關(guān)的技術(shù)背景。12產(chǎn)業(yè)問題與機(jī)遇：發(fā)展趨勢(shì)121重大問題與機(jī)遇基于前文所述的背景情況，有必要對(duì)2010—2020年中期的整個(gè)產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)判。下面列舉的一些觀察結(jié)論，為我們描繪了整體的環(huán)境和趨勢(shì)?！啊a(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的變化是衛(wèi)星領(lǐng)域獲得長(zhǎng)期發(fā)展的關(guān)鍵。我們必須提升參與度，變得更加高效，我們必須不斷地開疆拓土。產(chǎn)業(yè)界一方面需要降低成本，另一方面需要通過創(chuàng)新來拓展市場(chǎng)……。”［WAI201401］“……衛(wèi)星市場(chǎng)正在經(jīng)歷一場(chǎng)歷史巨變，無論是發(fā)射新型高吞吐量衛(wèi)星，還是通過引入新發(fā)射服務(wù)商大幅降低發(fā)射成本，越來越多廉價(jià)且可靠的發(fā)射方案（不斷地涌現(xiàn)出來）……。”［WAI201401］“……誰將在未來實(shí)現(xiàn)快的增長(zhǎng)？這是一個(gè)開放性問題。依舊是四大運(yùn)營(yíng)商繼續(xù)獲得大額訂單并推動(dòng)市場(chǎng)的進(jìn)一步兼并整合，抑或三十年河?xùn)|、三十年河西，輪到那些擁有國(guó)內(nèi)衛(wèi)星并與國(guó)內(nèi)用戶聯(lián)系緊密的區(qū)域運(yùn)營(yíng)商們……？”［GLO301301］“……隨著競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，（運(yùn)營(yíng)商們）必須將無線、手機(jī)以及高速寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)等進(jìn)行有機(jī)整合；當(dāng)前，由于用戶越來越傾向于在線觀看視頻，美國(guó)和歐洲的付費(fèi)電視用戶容量已趨于飽和……?！保跾HE201401］“……電視和視頻市場(chǎng)方面，內(nèi)容的接入和消費(fèi)方式正在經(jīng)歷一場(chǎng)變革，而且目前看來是沒有回頭路的。創(chuàng)新技術(shù)和新服務(wù)的融合不斷提升電視/視頻內(nèi)容和觀看者之間的互動(dòng)水平。內(nèi)容從產(chǎn)生、分發(fā)到實(shí)現(xiàn)貨幣化收入，其當(dāng)下的管理方式主要受到4個(gè)方面的影響：1）內(nèi)容消費(fèi)的去線性化特征，以及用戶接入設(shè)備和接入網(wǎng)絡(luò)的成倍增長(zhǎng)；2）競(jìng)爭(zhēng)激烈程度的增長(zhǎng)比整體收入更加迅猛；新的內(nèi)容源、傳輸媒介和分發(fā)渠道的不斷涌現(xiàn)正在挑戰(zhàn)傳統(tǒng)價(jià)值鏈；3）為達(dá)到用戶的預(yù)期，技術(shù)創(chuàng)新和投資的周期變得更短；4）新興區(qū)域市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)提供了新的增長(zhǎng)機(jī)遇，但其代價(jià)是面向本地用戶需求的定制化……?！保跙UC201401］“……如果希望保持對(duì)地面通信技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力，衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)必須不斷追求新型衛(wèi)星和運(yùn)載火箭的組合；按衛(wèi)星和火箭的總成本算下來，一個(gè)36 MHz的等效轉(zhuǎn)發(fā)器的入軌成本將達(dá)到175萬美元……?！保跾EL201402］“……許多因素都可以顛覆市場(chǎng)，并對(duì)競(jìng)爭(zhēng)、需求以及定價(jià)規(guī)則等產(chǎn)生重大影響……FSS對(duì)MSS市場(chǎng)的吞并、對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域出現(xiàn)的新競(jìng)爭(zhēng)者、美國(guó)政府的角色轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩?、新興市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益增強(qiáng)、全球政府性衛(wèi)星投資額的增長(zhǎng)以及采用4K作為DBS的標(biāo)準(zhǔn)等……”［SAT201402］“創(chuàng)新一般不會(huì)和衛(wèi)星制造技術(shù)一起談及。由于成本過于昂貴、對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的極力規(guī)避、以及技術(shù)的復(fù)雜性，創(chuàng)新在衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)總是顯得相對(duì)緩慢……?！保跴AT201301］“……在立竿見影的高回報(bào)投資浪潮過去之后，新的風(fēng)口就變得風(fēng)險(xiǎn)更大或回報(bào)更低。是否產(chǎn)業(yè)的成熟本身也是一種顛覆因素，會(huì)倒逼市場(chǎng)不斷地開展高風(fēng)險(xiǎn)度的技術(shù)試驗(yàn)……？”［SAT201401］“為了支持衛(wèi)星數(shù)據(jù)、語音以及視頻業(yè)務(wù)的大規(guī)模快速增長(zhǎng)，整個(gè)行業(yè)都需要更快的數(shù)傳速率、更高效的通信技術(shù)和更大的傳輸帶寬。此外，終端用戶的習(xí)慣也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，他們希望在旅行、生活或者工作的任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能夠連接通信服務(wù)。由于受數(shù)據(jù)傳輸速率增長(zhǎng)的影響大，視頻采集及高速IP業(yè)務(wù)領(lǐng)域成為對(duì)DVBS2擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)需求大的應(yīng)用方向……?！保踂IL201401］“新的市場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示，寬帶衛(wèi)星或所謂的HTS系統(tǒng)正呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。隨著高吞吐量衛(wèi)星總的累積資本支出攀升至120億美元，我們必須思考一個(gè)重要的問題：這些系統(tǒng)將如何影響我們產(chǎn)業(yè)的思維模式？這種大型的流量入口在拉美、中東以及非洲和亞太區(qū)域已經(jīng)引發(fā)了對(duì)容量供應(yīng)過度的風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)憂……?！保跠ER201301］“……高吞吐量衛(wèi)星將改變衛(wèi)星寬帶領(lǐng)域的經(jīng)營(yíng)模式和服務(wù)質(zhì)量……這類衛(wèi)星可以服務(wù)于未來十年內(nèi)不斷加速的多媒體互聯(lián)網(wǎng)接入帶寬需求……現(xiàn)有的傳統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)并非針對(duì)人們所需要的高帶寬、高容量應(yīng)用而研制的，這些應(yīng)用包括視頻、圖片分享、VoIP和對(duì)等網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)等。解決這個(gè)矛盾的方案就是增加容量和衛(wèi)星的速率。改善衛(wèi)星服務(wù)不僅僅是實(shí)現(xiàn)更快的速率，同時(shí)也需要給用戶提供更大的帶寬容量，從而緩解網(wǎng)絡(luò)擁堵……。”［VIA201401］“未來十年內(nèi)GEO商業(yè)通信衛(wèi)星的采購(gòu)量將保持穩(wěn)定。衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)將經(jīng)歷自2013年以來短期的下滑……產(chǎn)業(yè)未來要實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)因素仍包括衛(wèi)星更替以及市場(chǎng)向Ku頻段和HTS拓展等。然而，許多趨勢(shì)將會(huì)影響這條增長(zhǎng)曲線，并極大程度上改變衛(wèi)星制造的貿(mào)易環(huán)境：1）新推進(jìn)形式的應(yīng)用日益廣泛；2）越來越多供應(yīng)商推出更多的平臺(tái)；3）多波束體系變得更加通用；4）發(fā)射服務(wù)能力向更大的承載能力方向發(fā)展。整個(gè)產(chǎn)業(yè)正在重塑；衛(wèi)星制造商和發(fā)射服務(wù)商都參與其中……市場(chǎng)份額近幾年發(fā)生了劇烈變化，一些公司在順利發(fā)展數(shù)年之后，正逐漸從這個(gè)重要的市場(chǎng)消失……?！保跡DI201401］“……我們生活在一個(gè)智能、互聯(lián)的世界。接入互聯(lián)網(wǎng)的物體如今已經(jīng)超過了地球上人類的總數(shù)。這種新型的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的影響巨大。根據(jù)麥肯錫全球研究院近的一項(xiàng)報(bào)告，2025年以前，預(yù)計(jì)IoT有每年釋放62萬億美元全球新經(jīng)濟(jì)價(jià)值的潛力。該公司還預(yù)計(jì)，未來80%～100%的制造商都會(huì)使用IoT解決方案，僅對(duì)全球制造業(yè)造成的潛在經(jīng)濟(jì)影響就達(dá)23萬億美元……?！保跦EP201401］“……本報(bào)告有以下重要發(fā)現(xiàn)：1）無線M2M市場(chǎng)的年均收入將會(huì)在2020年底之前達(dá)到1 960億美元，這意味著從2014年到2020年的6年年均復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到21%；2）M2M連接設(shè)備的安裝數(shù)量將在2014年到2020年之間達(dá)到25%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率，終達(dá)到接近90億臺(tái)全球接入設(shè)備；3）M2M無線解決方案在敏感的核心基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，推動(dòng)了M2M網(wǎng)絡(luò)安全解決方案的需求增長(zhǎng)，這個(gè)市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在2020年年底前接近15億美元的支出額；4）設(shè)備管理需求的不斷增長(zhǎng)，將推動(dòng)包括基于云的數(shù)據(jù)分析和診斷工具、M2M/IoT平臺(tái)（包括連接設(shè)備平臺(tái)CDP，應(yīng)用支撐平臺(tái)AEP和應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)ADP）等在內(nèi)的費(fèi)用支出在2020年年底之前達(dá)到年均110億美元的水平……?！保跾ST201401］凱文·阿仕頓（Kevin Ashton）因提出物聯(lián)網(wǎng)概念，來描述通過泛在傳感器實(shí)現(xiàn)物理世界與互聯(lián)網(wǎng)連接的系統(tǒng)［MIN201301］，而受到世人關(guān)注。近年來他又提出了一些非常有說服力的觀點(diǎn)，下述的引用可充分體現(xiàn)其思考深度［ASH201401］?！白蛱欤?014年4月27日），馬航MH370航班的漂浮碎片搜尋工作結(jié)束了，而利用黑匣子信號(hào)的水下搜尋工作也毫無進(jìn)展。澳大利亞總理托尼·阿博特（Tony Abbott）稱，‘這場(chǎng)超過50天的行動(dòng)極有可能是人類歷史上困難的一次搜救行動(dòng)’，從側(cè)面點(diǎn)明了行動(dòng)中所暴露出的巨大技術(shù)缺陷。我們生活在一個(gè)我曾稱作物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，一個(gè)從汽車到浴室再到怪物玩具車都連接到互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代。但不知為何，飛機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)卻極少與任何事物連接。飛機(jī)上的飛行通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)（Aircraft Communications Addressing and Reporting System，ACARS）在20世紀(jì)70年代就已發(fā)明，卻是基于一項(xiàng)使用了近1個(gè)世紀(jì)的傳真電報(bào)技術(shù)。當(dāng)如此多的物體都已接入互聯(lián)網(wǎng)，為何航空業(yè)還要使用傳真機(jī)發(fā)明之前的技術(shù)來尋找茫茫大海中的閃存設(shè)備？這是因?yàn)椋m然地面通信技術(shù)在過去的40年間發(fā)展迅速，但空基通信技術(shù)卻停留在20世紀(jì)70年代。這個(gè)問題與飛機(jī)的關(guān)系不大，主要與能夠跟蹤飛機(jī)的衛(wèi)星有關(guān)。例如，質(zhì)量達(dá)到25 t、成本約為4億美元的哨兵1A（Sentinel1A）衛(wèi)星，是由蘇聯(lián)20世紀(jì)60年代研制的火箭發(fā)射的，其系統(tǒng)僅僅可以存儲(chǔ)與7個(gè)iPhone手機(jī)容量相當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)。那么，這個(gè)看起來像老古董的東西是什么時(shí)候發(fā)射入軌的呢？答案是2014年4月3日。體積巨大、造價(jià)昂貴、采用火箭發(fā)射的衛(wèi)星卻只有極低的運(yùn)算能力！這可能在一定程度上解釋廣播衛(wèi)星為何無法有效融入互聯(lián)網(wǎng)，一方面價(jià)格太貴而且不夠智能，另一方面，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)則意味著大量的設(shè)備（如飛機(jī)等）將發(fā)送海量數(shù)據(jù)至同一顆衛(wèi)星，這顯然也不夠現(xiàn)實(shí)。因此，大多數(shù)的衛(wèi)星只執(zhí)行如播發(fā)電視信號(hào)、對(duì)地成像或者發(fā)送GPS信號(hào)。這也就解釋了飛機(jī)為什么不能實(shí)現(xiàn)航班和位置數(shù)據(jù)的有效傳輸：由于手機(jī)和WIFI信號(hào)不能從地面?zhèn)鞑サ饺f米高空，所以必須發(fā)送信息至衛(wèi)星，但衛(wèi)星處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的成本過高，而且必須與可移動(dòng)調(diào)節(jié)的碟形天線實(shí)現(xiàn)通信，這就要求對(duì)飛機(jī)進(jìn)行改造，一般來說是不可能的。這些問題的解決方案很簡(jiǎn)單：我們需要新的衛(wèi)星技術(shù)，而它即將來臨。那些富有的私人投資者和年輕聰明的工程師們正通過技術(shù)創(chuàng)新將衛(wèi)星帶入21世紀(jì)，這些創(chuàng)新包括：質(zhì)量只有2～3磅的小衛(wèi)星；采用“超材料”研制的薄的平板天線；可實(shí)現(xiàn)軟件調(diào)節(jié)射頻信號(hào)的波束賦形技術(shù)。2014年1月9日，美國(guó)舊金山的一家初創(chuàng)企業(yè)Planet Labs發(fā)射了28顆衛(wèi)星。這類小衛(wèi)星的首要應(yīng)用就是對(duì)地成像，但是也可以用于接收飛機(jī)傳送的數(shù)據(jù)流，而其采用的正是這種新型的超材料平板天線。另外，許多其他類型的應(yīng)用系統(tǒng)也充滿潛力?？偠灾?，無數(shù)的新型衛(wèi)星技術(shù)正在涌現(xiàn)，也有無數(shù)的方法將之加以組合應(yīng)用。飛機(jī)上傳送的數(shù)據(jù)流正在變得更加便宜和簡(jiǎn)單。”

暫缺《衛(wèi)星通信系統(tǒng)與技術(shù)創(chuàng)新》作者簡(jiǎn)介