基于微波光子技术的高通量卫星研究进展①

董洪建，蒋 炜

(1.中国空间技术研究院，北京 100094；2.中国空间技术研究院西安分院，空间微波技术重点实验室，西安 710000)

0 引言

高通量卫星也称高吞吐量通信卫星(HTS)，“高通量卫星”一词最早由北方天空研究公司(NSR)于2008年提出[1]，其最大的特点就是容量大，通过多点波束及频率复用，每颗卫星得到了同等轨道频谱的常规卫星数倍或数十倍的可用频率资源，大大降低单位带宽的成本[2]。

高通量卫星的主要技术特征包括多点波束、频率复用、高波束增益等。在高通量卫星中，为更多地考虑卫星覆盖区域内的用户通信需求，多个点波束通过频率复用完成区域覆盖，每个关口站可管理数个点波束，卫星的总容量可达数十、几百Gbps甚至1 Tbps以上，进而通过灵活载荷设计、适应灵活的通信体制、多维度资源调度算法设计等手段实现不同热点区域、不同波束覆盖、发挥大容量通信卫星的潜能。自2004至今，全球高通量卫星领域快速发展，在轨比例逐年增大，系统能力迅速提升，呈现指数型增长趋势。2013年，全球在轨卫星总容量首次突破了1 Tbps，而到2017年，这一指标已翻番达到2 Tbps[3-4]。北美卫星宽带服务商卫讯(Viasat-1/-2)和休斯(Jupite-1/-2)引领全球高通量卫星发展格局，典型卫星配置近100个点波束，单星容量达数百Gbps，服务成本有望低至60万美元/Gbps量级(Viasat-3)[5]。

随着高通量卫星的发展和军民通信业务需求的急剧增加，宽带高通量卫星的大量部署迫在眉睫。为了提高通信速率，宽带高通量卫星的工作频段向Ku、Ka甚至Q/V波段扩展，调制格式趋向更为高级(16QAM、32QAM、64QAM)，波束数和通道数变得更多。……