1 研究概述
卫星通信是指地球上两个或多个卫星地球站之间利用通信卫星作为中继转发而实现跨越距离和无视地形条件进行信息交互的通信手段，一套卫星通信系统至少由通信卫星和卫星地球站两部分组成，以下是“点对点”卫星通信系统示意图。
图 1 点对点卫星通信
2 国内卫星通信前沿技术现状分类
国内前沿卫星根据体制分类，主要分为大波束卫星和高通量卫星（点波束）。
2.1 高轨大波束
2.1.1 高轨大波束
一般我们将运行于地球同步轨道的卫星称为大波束卫星，在国内都使用Ku频段通信，这些卫星绕地球的运转周期与地球的自转周期相同。即从地面看卫星，卫星处于静止不动的一个固定点，地面卫星通信设备只需要对准卫星即可通信，无需实时跟踪。而且因静止轨道比较高，故对地面的覆盖比较广（可覆盖约1/3地球表面积），地面监控系统固定、简单。
但因同步轨道较高（3万6千公里），所以波束信号衰耗较大（约200dB），需要较大的上行功率输出（或EIRP），且大波束卫星信号集中度低，指向性较差，因此使用大波束卫星通信对地面卫星通信设备的天线口径及增益均有要求，并且由于同步轨道的高度使得电磁波传播的时间增加，大波束卫星通信的延时也随之增加（单跳延迟约0.3秒），极大提到了使用成本。
目前在轨的高轨大波束卫星有亚太系列4颗、中星系列10颗、亚洲系列5颗，其中亚洲九号被广泛应用于消防、人防、应急等政府行业领域，中星6B主要被推广用于民用商业化市场。
图 2 三颗大波束卫星实现全球覆盖
2.1.2 高通量卫星（点波束卫星）
高通量通信卫星最基本的特征是多点波束和频率复用，所以又称为点波束卫星。对比传统固定通信卫星的宽波束，点波束的覆盖范围仅为300〜700km,大波束的覆盖范围在2000km以上。釆用点波束的通信卫星的优势在于通过减小天线波束的孔径角，提高卫星天线的增益，实现不同波束之间频率的复用，提高卫星系统的整体通量。
图 3 高通量卫星波束覆盖示意图
高通量卫星根据卫星轨道的高低分为高轨点波束卫星和高轨点波束卫星。
（1）高轨点波束（高通量）
高轨高通量卫星作为新兴技术，在较短时间内取得了重大进展，高通量卫星通过较小的点波束使频谱得到更有效的利用和重用，从而实现高速宽带数据传输。目前中国发射的在轨高通量卫星共有4颗，按时间顺序分别是中星16、亚太6D、中星19、中星26。
表 1 高轨点波束卫星
（2）低轨点波束（高通量）
低轨卫星由于离地较低，单颗卫星信号覆盖面积有限，因此要想大面积服务于用户，须多颗卫星组成星座协同工作，同时低轨卫星要在高速状态下承受较大的地心引力，所以技术难度更高。近地低轨道和通信频段资源稀缺，根据分析，地球近地轨道预计可容纳约6万颗卫星，目前，全球各国加速低轨卫星网络建设，预计到2029年，地球近地物道将部署总计约57000颗低轨卫星，低轨卫星所主要采用的Ku及Ka通信频段资源。
2.3卫星使用频段的特点
根据卫星频段划分，主要分为C频段、Ku频段和Ka频段，目前国内消防和应急主要使用的卫星频段为Ku频段和Ka频段，各卫星主要使用频段的特点如下：
表 2 卫星主要使用频段及特点
3 消防行业应用
当出现消防灾情时，尤其是消防灾害前线因大型地震、洪涝等灾害原因造成网络中断情况，将导致该区域通信能力中断，将严重影响消防救援人员抢险救援处置效率，而通过引入卫星通信，可根据现场情况，发挥消防通信指挥车的卫星动中通或便携站卫星联网特点，确保消防指挥现场的会议保障、指挥调度、应急值守等实战功能，保障“大震巨灾”等各类极端条件下视频、语音和数据的稳定传输，有效提高消防实战指挥效能。
（1）高通量卫星端站+视频会议终端开展多方视频会议
此种应用下可支持消防指挥现场视频会议功能，通过卫星远端站（卫星车载站、卫星便携站或其他类型高通量卫星端站）提供现场网络视频会议能力，将指挥现场会议发言和视频动态通过视频会议终端实时采集处理并发送至指挥中心，满足与后端指挥中心的实施通信能力，满足现场实时指挥调度需求。
（2）高通量卫星端站+4G基站恢复公网通信
在执行任务时，现场往往处于地面网未覆盖或者地面通信基础设施被破坏条件下，而现场人员又有强烈的公网通信需求，故此种应用方法可在高通量卫星关口站搭建一条和当地地面运营商核心网互通的地面线路，通过“背负式4G基站←→卫星便携站（或其他类似卫星终端）←→高通量卫星←→卫星关口站←→运营商核心网”这条传输链路，可将地面运营商核心网的4G信号传递至卫星便携站（或其他类似卫星终端）现场，为现场提供一定范围内的4G信号覆盖，使得普通手机恢复通信功能。
（3）高通量卫星端站+自组网设备深入作战现场
任务现场通常由于道路受阻、地基破坏，大型救援设备包括通信设备难以到达，此应用下可将高通量卫星端站搭配自组网使用，深入作战现场，保障现场和指挥中心的远程通信，主要通过卫星端站实现联网功能，依据自组网中继设备实现自组网的网络范围延伸。可在任务地点附近部署便携式自组网设备（如PDT基站、侦察无人机、视频指挥箱等），通过自组网设备中的母节点与卫星通信设备建立连接，因卫星通信设备支持Wifi或者网线两种形式连接，通过卫星链路，自组网设备的数据可实现基于互联网的数据互通，通过这样的通信链路，应急现场的的各方参与者可以快速建立起临时的通信网络，进行紧急救援和协调工作。无论是在没有网络基础设施的地方，还是在地理障碍和距离限制的区域，自组网搭配卫星通信都可以提供灵活、可靠和快速的通信支持。
（4）高通量卫星端站+视频指挥箱搭建临时前线指挥中心
高通量卫星端站搭配视频指挥箱可搭建一套性能优良、功能完备的前线指挥系统，为用户任务现场提供高速率的的音视频会议功能以及互联网接入等功能，任务现场的卫星便携站，作为端站可快速通过高通量卫星接入卫星关口站，关口站接入了互联网，则可通过此链路可为卫星便携站附近一定范围内提供网络信号，便携式应急指挥箱可通过网线或者Wifi连接，通过互联网与用户指挥中心展开音视频指挥业务。
（5）高通量端站+IP电话组建PSTN电话网络
高通量端站搭配IP电话机等设备，可组建PSTN电话网络，支持基于卫星通信的IP通话功能，当系统内任一用户有通话需求时，则在其高通量卫星端站内配置的IP话机上拨出目标话机的IP号，经过站内的调度系统，将请求转发至目标远端站，实现在线通话功能。
（6）高通量卫星端站+无人机实现巡检、搜救等需求
高通量卫星在可轻松支持传输高清视频画面和传感器数据，无人机搭载的高通量机载站使用配置的亚太6D卫星资源，与亚太6D关口站进行数据互通，关口站接入互联网从而使各高通量卫星端站也可接入互联网，用户指挥中心可使用VPN通道和高通量机载站建立基于互联网的加密通信，可将无人机上搭载的视频摄像头或者传感器等数据传输回用户指挥中心。
4 结束语
卫星通信在自然灾害（如地震、洪水、飓风等）和人为灾害（如恐怖袭击、战争等）发生后，可起到至关重要的作用，可以提供可靠的通信渠道，支持灾后救援和紧急援助行动的协调，通过卫星通信，救援人员可以及时了解灾情，快速调度资源，进行救援行动，最大限度地减少人员伤害和财产损失。在搜索与救援方面，可通过使用卫星通信设备，被困或失踪的人员可以发送紧急信号或通话请求，卫星系统收到信号后可以帮助救援人员确定其准确位置并进行定位救援。在通信恢复方面，卫星通信可以提供备用通信路径，帮助恢复受影响地区的通信能力。
参考文献：
[1] 李萌,姚怡,王逸璇等.基于高通量卫星的星地融合应急通信指挥系统[J].卫星应用,2021(12):54-57
[2] 魏强,廖瑛,石明等.亚太6D通信卫星方案设计与技术特点[J].航天器工程,2022,31(01):10-17
[3] 张秋旋,张海波,王艳等.高通量卫星通信综述[J].中国新通信,2022,24(04):35-37
[4] 张问谦,胡俊祥,杨碧水等.高通量卫星地面基带系统网络架构研究[J].长江信息通信,2022,35(09):22-24
[5] 陈国清.高通量卫星在消防救援中的应用[J].太赫兹科学与电子信息学报,2022,20(07):669-672
[6]李风云.基于高通量卫星的应急基站入网方式探讨[J].信息通信技术,2023,17(05):32-37
[7]何文婷,段启云,时紫剑等.卫星通信在航空互联网中的应用[J].卫星应用,2023(03):18-22
[8]徐海强,华丹,黄康宇等.轻量化消防救援卫星通信系统设计[J].中国公共安全,2019(12):140-143