[科普中国]-高空平台电信系统

基本特征优点

HAPS综合了地面无线系统和卫星系统的技术优点，理论上可以用少量的网络设施实现大区域和高密度覆盖,与地面无线系统需要土地进行站址建设和卫星系统需要发射卫星以及修建地面站截然不同，HAPS可以大幅度降低成本，同时也可以减小对人体的电磁辐射。具体地说，HAPS具有以下特点:

*和卫星通信系统相比，HAPS具有高容量、高频谱利用率、时延小、路径损耗小、易维护、易升级、可迅速建设等优点;另外，HAPS位于国境之内，主权、所有权和管理权均属本国。

*和地面通信系统相比，HAPS具有超大覆盖、低功率、易升级、可迅速建设等优点;另外，在发生地震等灾难时所受影响很小。1

所以HAPS受到了国际上广泛重视，ITU-D还把HAPS作为发展中国家缩小数字鸿沟的一种手段。

载体高空通信平台由一个巨大的气球和控制系统组成,不少国家发展了通信飞艇例如已经报道的平台系统的气球，气球的外表由层材料复合组成,具有高强度、重量轻、抗紫外线的能力,上表面覆盖太阳能电池,可提供的动力气球备有压力检测计,拖拽控制,外表面控制和功率控制并使用定位气球使用离子发动机和无污染燃料电池,不带其他燃料太阳能电池提供的动力主要用电池充电,推进器械及外表控制,用于通信系统的负载的电力为目前太阳能电池的效率200W/kg，目前美国、加拿大、日本、以色列等国家正在积极开展平流层通信飞艇研究。2

组成高空平台通信系统由空间段与地段组成，其空间段由与用户终端通信收发独立的相控阵天线,与网关站通信收发独立的面天线和2100套具有再生能力的收发信机组成，收发信机的作用为接收频率转换、信号解调、信号解码、交换、信号编码、信号调制、发送、高空平台通信系统的地面段由网关站与用户终端组成每个终端站由其中的一个网关站管理,每个网关站即是控制中心,也是交换中心,在同一个小区内的信息交换采用光放大器和光纤通信交叉结构不同小区间的信息交换由平台上的ATM交叉结构完成

各国研发状况欧洲欧洲航天局研制的无人飞船被称为高空长续航(HALE)平台，目前正在开发的HALE平台有四种:充氦飞艇、以太阳能或燃料电池作动力的航天器、活塞发动机驱动的平台、喷气发动机驱动的平台。其中研发中的充氦飞艇位于20公里上空，长220米、直径为55米，自动驾驶，靠离子发动机保持稳定。目前，飞艇系统还存在许多需要解决的问题:

*飞行器材料必须轻便、坚固、耐腐蚀。

*动力系统须保证飞艇的升空、下降和相对静止。
*平台须储备充足的能源以保证飞行器和基站的需要。3

日本最近几年，日本的宇宙研究开发机构JAXA、通信情报研究机构NICT等组织一直在做高空平台的空中驻留试验，2004年7 月~11月在北海道共做了8次试验，成功实现对定点停留的遥 控，最高到达4km，滞空时间达到6h，并携带了用于通信、广 播和大气层监测的设备，分别进行了成功试验。3

美国WorldwideAeros公司制造的高空平台包含了3类:Aerostats、Airship和Aeroscraft。2004年主要研发了新一代Aerostats和无人Airship，并进行了多次实验。未来准备研发的Aeroscraft，它可以承受较大的重量和足够的能源:太阳能电池和燃料电池。

由于飞艇的使用寿命较短，于是美国航天航空局(NASA)着眼于使用可长期重复使用的航天飞机作为空间中继站。比如2002年夏天，美日联合在夏威夷的HAPS试验中就使用了飞机。这次试验实现了数字电视传输、宽带固定传输和商用FOMA移动终端通信，

由于人类对平流层环境的认识还有待深入，HAPS搭载技术远未成熟。除此以外HAPS对现有系统的无线干扰问题也是国际上讨论的重点。3

中国我国在南海诸岛有300万km2海域，西部9省1市551万km2，人口3亿左右，显然HAPS是一种优良的总体解决方案。而在发达地区HAPS也可以作为一种地面通信系统的补充手段，尤其可以用于临时应急通信。与那些随着新技术的问世就被淘汰的技术不同，HAPS作为通信/广播基础设施的支柱，有望作为基础设施长期发挥作用。

但是HAPS牵涉的技术非常复杂，涉及到材料、动力和通信等部分，需要制定一套新的产业标准。而现有的HAPS技术很不成熟，共存技术和规则还需要深入研究，较大规模的技术试验至今也没有进行过，所以离真正商用还有很长的路要走。目前，国际上发达国家都在投巨资进行相应研究,而国内HAPS开展工作较为缓慢，我国应该积极研究跟踪国际上的动态，支持国际上深入研究HAPS的努力并逐步参与之。3

世界电联的研究WRC有关决议世界无线电大会(WRC)是国际电联最重要的会议之一。这个会议不断改善已有的无线通信规则程序和频谱划分、轨道分配等以适应新技术、新业务的发展。

WRC-1997大会确定将47.2~47.5GHz(下行)和47.9~48.2GHz(上行)共600MHz的频段在世界范围内分配给HAPS系统使用。考虑到雨衰的影响，WRC-2000则建议研究使用18~32GHz范围中的频段，特别是考虑使用27.5~28.35GHz、31.0~31.3GHz频段。此外，ITU也支持在IMT-2000核心频段1885~1980MHz、2010~2025MHz、2110~2170MHz将HAPS系统用于第三代移动通信。在WRC-1997、WRC-2000和WRC-2003上有4个关于HAPS的决议被作出:

*决议112(WRC-1997、WRC-2003)

敦促各国管理机构加快在47.2~47.5GHz、47.9~48.2GHz频段HAPS系统与其他无线通信系统之间的协调工作;并决定将无线电规则第9条作为协调此频段HAPS系统和卫星系统的临时程序。同时提请WRC-2007重新审议有关研究结果，进一步考虑完善相关法规。

*决议145(WRC-2003)要求ITU-R研究为避免部署HAPS系统可能给邻国带来干扰所需制定的法规;继续研究HAPS系统与其他系统之间的共存标准;关注在3区18~32GHz频段中，特别是27.5~28.35GHz、31.0~31.3GHz使用HAPS。

*决议734(WRC-2000)

提请WRC-2007审议在3GHz以上分配给陆地无线通信系统的频段实施HAPS的可行性。

*决议221(WRC-2000)

考虑在1、3区在1885~1980MHz、2010~2025MHz和2110~2170MHz，在2区在1885~1980MHz和2110~2160MH频段使用HAPS作为IMT-2000基站。此决议的主要内容为HAPS系统在IMT-2000核心频段的干扰保护问题，在决议中规定了一系列的临时指标，要求准备在这一频段部署HAPS系统的国家遵照执行，并在系统部署前与邻国做好双边协调工作。

ITU的决议122、145和734主要涉及到固定无线接入，决议221则涉及到IMT-2000。但我们认为HAPS成为第3代移动通信基础设施的可能性不太大，但也许在超第3代移动通信中能被应用。。1

ITU-R研究组情况据决议145(WRC-2003)，审议ITU-R对高空平台在27.5~28.35GHz频段和31~31.3GHz频段申请运营的技术共用和管理规定问题的研究结果，并根据第122号决议(WRC-2003，修订本)，研究高空平台在47.2~47.5GHz频段和47.9~48.2GHz频段的运营问题。”

本议题在2003年7月CPM-1会议上被列为CPM报告的第四章(3GHz以上的FSS、MSS及BSS业务)的内容。相关ITU-R研究组是6-9S和9B，近两年来的进展都不大。

6-9S研究组(Frequencysharing,betweenthefixed-satelliteserviceandthefixedservic)e在WRC-2003之后已经开过2次会议，涉及HAPS的主要成果体现在“WP4-9SMeetingReport”WP-4Chairman31May2004”和“UpdateonAgendaItems1.8and1.18inITUWP4-9SMeetinginOctober2004”WP-4Chairman04Jan2005中。4个提案由日本和韩国提出，主要涉及了对ITU-RSF.1601的修改，提出了28GHz的HAPS下行链路对GSOFSS上行链路的干扰评

价的新方法。而最大干扰允许值虽然被提出，但是没有被最终确定。在47/48GHz频段的HAPS应用研究则无任何进展。所以有关研究成果还未达到撰写CPM文本的时候。

9B研究组(Radio-frequencychannelarrangements,radiosystemcharacteristics,interconnection,maintenanceandvariousapplications)在WRC-2003之后已经开过3次会议，其中在2004年9月的会议中讨论了韩国关于HAPS固定业务对3GHz以上微波中继的影响评估的提案。

另外，8F研究组(IMT-2000andsystemsbeyondIMT-2000)在WRC-2003之后开过的2次会议中也涉及到HAPS的问题，主要成果体现在对ITU-RM.1641的修改，即如何计算HAPS与地面上提供IMT-2000业务时的相互干扰，但该部分内容属于移动业务，未列入只关心固定接入的1.8议题。。1

亚太电信联盟态度在APT组织中，ASTAP(APTStandardizationProgram)也成立了与HAPS相关的专家组，但在2003年8月举行了小型讨论会后未有新的活动。在2005年3月召开的APG2007-2会议上，与会国家围绕1.8议题进行了讨论，达成了如下共识:

*支持国际上深入研究HAPS的努力，例如对HAPS地面站的功率限制值、HPAS与其它固定业务系统之间干扰规则和计算方法等。

*在27.5~28.35GHz的范围内，决定300MHz的具体安排，以便与31~31.3GHz配对。。1

应用实例高空平台通信系统是近年来出现的一种新的通信方式在因特网、电视会议、可视电话、远程医疗等多媒体业务的牵引下,通信业务得到了空前的发展在数据通信发展中所遇到的困难之一是知何解决从交换机到用户的“最后一公里”的高速用户数字线路目前的技术途径有用户光纤、高速数字环路、微波和卫星线路，目前高空平台通信系统的出现又给解决这一问题提供了一种新的途径,下面分几个方面加以简单介绍。2

区域性通信中继它可以被看做是一个作用距离很大的微波中断站为充分利用国际电联分配的300MHz频谱,可以采用K=3或K=7的复用方案,若采用K=7的方案,即将2100个收发信机共享的频谱分为7段,每300个收发信机占用一段频谱,按0.1爱尔兰设计,可提供600万个64kbit/s口的用户使用。2

区域性探测它可以被看做点悬式装备,平台上只承载少量的高频头,直控装置和感知天线方向的少数设备,系统中的大部分处理设备均可放在地面上,因此很容易构成空地结合式的探测设备,适合于观测低空或超低空的远距离目标，此外它还可以形成与雷达、光电、无线电侦测与部分军用通信功能相结合的有源探测与无源探测的综合系统,充分利用其有利的制高位置,形成集成互补式的探测体系，它可以完成远海、空情探测、远海战术数据通信、军政要地防空信息网,探测隐身飞机、探测导弹与巡航导弹等任务。2

在敏感地区的应用因为它可以快速覆盖大面积区域,可以回收,可以随机选用站址,便于场地转移,适于变动形式的需要因此特别适合用于敏感地区,例如东南沿海以及近海面地区的通信和海面监视,西南地区的通信及边海防监视等。2

其他应用它对于人口稀少地区边远地区和农村地区有很大的优越性平流层通信系统可以单独作为一种系统,也可以做为地面蜂窝业务的扩展,为郊区、乡村边远地区提供服务此外也可为自然灾害地区的灾情监测与应急通信以及某些地区的季节服务如国土利用、城市建设、农活中的抢收抢种、森林植被的短期巡视、城市保安系统的空中平台等。2