[科普中国]-全球通信网-

概念

通信技术的发展为实现全球通信网正在克服距离、时间、造价和语言上的障碍。40年前第一条跨越大西洋的电话电缆的建成是全球通信的开始。2全球的通信网，包括固定的和移动的通信网，能够实现全球一个地点至另一地点可以迅速接通，而且所需资费成本不贵，需要充分利用天空中运行的通信卫星。近年来，国际上使用高速数据通信业务的倾向越来越明显，甚至要求使用数据、话音、视图相结合的多媒体通信，包括活动的、彩色的多媒体通信；要求全球一个地点至另一地点可以迅速接通，而且所需资费成本不贵，人们乐于使用。实现全球通信主要有三方面的问题：越洋洲际通信通道、通信网的规划、管理和控制、通讯智能化连网。2

三类通信卫星GEO/LEO/MEO天空中运行的用于与地面通信的人工卫星很早就存在了，不过那仅是在大约36000Km的高空与地球同步运行的卫星，因而称为同步卫星。这种卫星从地面上看位置好象是固定的，因而也称为GEO(Geostationary Earth Orbit)卫星。因离地很远，从地面至卫星和从卫星至地面，信号传输各需要0．25s的时间，也就是从地面至GEO卫星的电磁波传输来回共需0．5s，这当然对人们进行实时会话是不利的，只能说是勉强使用。

一个同步GEO卫星的传输信号可以覆盖地面上很广阔的地区。凡是位于这一地区的通信用户，只须通过这个GEO卫星，就可以和这一地区内的通信用户直接互相通信。三个这样位于天空不同位置的GEO卫星，就可满足几乎全球通信用户的通信需要。三个这样在高空运用的GEO卫星，离地高度相同，在高空中依次相隔距离相同，靠近的两个GEO卫星总是置备空中星际联系，因而可以把一个或两个大区内用户所发信息转移至其它大区内的用户接收，甚至让不同大区内的用户直接通话。

为了改进卫星通信，国际上曾提出新的建议，包括“低轨道卫星”LEO(Low Earth Orbit)和“中轨道卫星”MEO(Medlum Earth Orblt)两类新型通信卫星。LEO卫星距地面500～2000Km，它们离地面比GEO卫星低得多，与地面互通的来回时间约为10-40ms，远小于上述GEO卫星与地面的来回时间，但LEO卫星需要多个卫星依次运行才能环绕地球一周，每个LEO卫星的覆盖面积较小，多个运行才能覆盖全球。地面上某一地区的通信用户在某一时间看到某一LEO卫星，隔一时间看到其后的另一LEO卫星。这样，用户把需要通信的要求发给他看得见的一个LEO卫星，由它传送给前面行进的其它LEO卫星，达到与其他用户通信的目的。

MEO卫星距地面约10000Km，单个的MEO卫星比单个的LEO卫星对地球的覆盖面积大，因此环绕在地球上空的MEO卫星个数少于LEO卫星，也就是说地面上的用户与每一个MEO卫星的接触时间较长，但往返联系的时间却比GEO卫星要短，因此MEO卫星是LEO卫星与GEO卫星的很好折中。1

移动通信向宽带发展近年来，陆地上无线移动通信的蜂窝网建设进展非常迅速，2G即将过渡到3G。国际上准备推行“通用移动通信系统”UMTS(Universal MoblLe TelecommunicationSystem)，其数据通信传送能力也即频带宽度容量向2Mbps发展，形成“移动宽带业务”藉以适应用户新的通信需要，能够接入地面上固定的国际互联网，甚至在不远的将来形成“称动互联网”。

为了实现全球通信，移动互联网通信系统UMTS必须与天空的卫星有一定的联系，它被称为S-UMTS，S代表卫星，这种S-UMTS必然与陆地移动通信网有联系，提供数字通信速率达2Mbps。一般地，S-UMTS能够对各个用户提供移动的多媒体业务，数字速率达144Kbps。卫星宽带通信业务原来运用于Ka频段，卫星上有信号处理装置，并且有星际联系能力，在不远的将来，能对固定用户终端提供较高的数字通信速率。有些系统对上行线路可提供16Kbps～2Mbps或6Mbps的速率，对下行线路提供16Kbps～64Mbps或92Mbps的速率，数字速率最高的系统上行提高至20Mbps，下行可达155Mbps。全球对UMTS规定使用的频带为1885～3025MHzT和2110～2200MHz，仅30MHz带宽供卫星使用，现在移动卫星系统MSS的上行和下行线路分别使用L和S频段，而馈线C频段只提供窄带业务。但为了适应移动用户的宽带业务，只能使用Ka频段20一30GHz和特高频段EHF的40～50GHz。1

首颗量子卫星建立全球通信网8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星（简称“量子卫星”）“墨子号”发射升空。这将使我国在世界上首次实现卫星和地面之间搭载起跨度更大、更安全的量子通信，这也意味着有朝一日一个极其安全的全球通信网络将建立。

什么是量子卫星？又有多安全呢？量子科学实验卫星工程首席科学家潘建伟表示：“量子通信是迄今唯一被严格证明为无条件安全的通信方式，量子不可分割、不可复制，所以能保证加密内容不被破译，可以从根本上保障信息安全、保护全人类的隐私。” 理论上绝对安全的通信一旦实现，政府、军队和银行，乃至全社会都将获益。

“墨子号”在轨运行的未来两年时间内，首要科学目标就是和地面台站一起展开星地之间的量子通信科学实验，借助卫星平台进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域密钥量子网络实验。

据了解，重达585千克的航天器中含有一块能够产生纠缠量子对的晶体，这些量子对将被发射到中国和奥地利的地面卫星接收站中，从而形成一个“密钥”。实现量子通信将使建立安全的全球通信网络成为可能，通信双方能够使用这个密钥进行交流。3