1.3.2 国外发展历程

天地一体化信息网络将是网络强国的重要标志，是信息时代的战略性基础设施，是“国家利益到哪里，信息网络覆盖到哪里”的战略选择。

（1）北美移动卫星通信系统（MSAT）

MSAT是世界上第一个区域性卫星移动通信系统，可服务于公众通信，又可以服务于专用通信。MSAT基本组成如图1-3所示。

1983年，加拿大通信部和美国国家航空航天局达成协议，联合开发北美地区的卫星移动业务，由美国移动卫星通信公司（AMSC）和加拿大移动卫星通信公司（TMI）负责该系统的实施和运营。MSAT系统使用多个高增益点波束天线，覆盖加拿大和美国本土，以及夏威夷、墨西哥及加勒比群岛。信关站通过有线环路与市话本地网相连，移动用户和固定用户通过射频信道（由网络控制中心分配）和信关站、市话本地网互连之后进行通信。系统主要提供的业务有：移动电话业务、移动无线电业务、移动数据业务、航空及航海业务和终端可搬移的业务等。

（2）最初的天地一体化信息网络是基于星间链路由通信卫星作为节点所构建的星间网络，主要解决卫星通信系统的信息多跳传输问题

美国的铱星（Iridium）系统作为典型代表，是第一种具备全球覆盖能力的低轨卫星通信系统，也是第一种大规模部署星间链路的卫星系统。低轨星座和星间链路的结合，使其通信时延大幅度降低，具备了面向全球用户提供高质量移动通信服务的能力[25-26]。经过20余年的运行服务后，Iridium Next原计划于2007年由铱星公司提出。新一代的铱星系统采用了更高的信号带宽设计以及更为灵活的带宽分配策略，可以提供更强的通信服务能力，同时也计划提供包括导航增强（iGPS）、位置报告、全球航空/船舶安全监视等增强服务。Iridium Next主要卫星星座参数见表1-2[26]。首批10颗“Iridium Next”卫星于2017年5月成功发射并完成部署，第二批10颗卫星于2017年6月发射。整个“Iridium Next”卫星星座的75颗卫星在2018年年中完成部署。

（2）以卫星导航系统为代表的多类非卫星通信系统也采用星间链路技术

随着星间链路技术的逐渐成熟，多类非卫星通信系统包括GPS、北斗、GRACE、“白云”系列监视卫星系统[27]等也开始采用星间链路技术实现了节点间信息的互传以及高精度测量，执行自主导航、空间物理实验以及多星协同目标监视等功能。

GPS是最早采用星间链路的卫星导航系统，目前其在轨运行的32颗卫星均装备了UHF（特高频）频段星间链路设备。最新的GPS III卫星采用Ka频段星间链路设计，进一步提高了星间链路的测量与通信能力，同时对于未来的激光星间链路也在开展相关的实验和论证。GPS星间链路型号与功能见表1-3。

（3）星间/星地/地面网络技术不断发展，天地一体化网络概念应运而生

近年来，天空地平台协同需求、星间/星地/地面网络技术的发展以及天地一体化网络概念的相继出现，促使广义的天地一体化信息网络将与空间节点进行协同工作的地面节点、临近空间以及大气层运动平台节点也纳入其中，形成涵盖天空地多类异构节点的天地一体化信息网络。

美国于2004年推出了转型通信卫星（TSAT）计划，目的是要建立一个类似于地面互联网的空间网络，利用卫星的广域覆盖特性，将天空地海的各个独立网络进行一体化整合，面向包括地面作战平台、大气层内飞行器以及空间武器平台提供统一且互联互通的信息支持和能力，实现美军通信能力的跨越式发展[28]。

TSAT计划采用了“天网地网”架构，其中天基骨干网络由5颗GEO卫星构成，采用IPv6协议以及X频段和Ku/Ka混合频段星间链路设计，实现与宽带全球卫星通信（WGS）、先进极高频通信卫星（AEHF）和移动用户目标系统（MUOS）卫星通信星座的连通。地面网络接入全球信息栅格（Global Information Grid，GIG），依托在全球设立的卫星通信区域中枢节点（RHN）实现全球网络互联，TSAT系统架构如图1-4所示。尽管该计划于2009年被取消，但TSAT计划的部分功能和设计由AEHF等其他卫星通信系统接替，相关技术仍处于快速发展中。

欧盟在2007年年末也提出了自己的全球通信一体化空间架构（ISICOM）设计[3]。目标是建立一个基于IP的通信网络，结合微波和激光链路实现大容量空间信息传输，计划将包括通信卫星、伽利略导航卫星系统、对地观测卫星星座、高空平台、无人机以及地面网络融为一体[29]。ISICOM体系如图1-5所示。

欧洲航天局（ESA）开展的“通信系统预先研究”项目于2016年发布了《5G环境下的星地网络融合评估——新兴5G卫星通信商业技术白皮书》，其将卫星作为5G通信的一部分，提出了地面5G通信与空间网络互为补充，建设一个高可靠全方位覆盖星地融合5G网络的设想。

（4）近年来，卫星互联网概念的提出将天地一体化信息网络推入发展的快车道

截至2016年年底，全球范围内至少有6个大型低轨卫星星座项目向国际电信联盟（ITU）进行了登记。最具代表性的包括一网系统（OneWeb）、“低轨卫星”（Leosat）系统以及由SpaceX创始人埃隆·马斯克提出的STEAM互联网星座，3个系统的主要参数见表1-4。其中STEAM星座于2017年年底进行首次卫星网络模拟试验，并于2019年提供服务。

“星链”计划是由美国SpaceX公司提出的低轨道卫星互联网星座系统。该系统由不同高度的卫星星座和若干地面站组成，系统建成后，将由4万多颗低轨卫星组成的星座为全球卫星覆盖区域提供高速的互联网接入服务。按最早的计划，SpaceX将大约1.2万颗星链卫星发射到近地轨道，构建由3层卫星构成的卫星网络，这3层卫星分别位于距离地面340km和550km的极低地球轨道（Very Low Earth Orbit，VLEO）（9102颗），以及1150km的LEO（2825颗）上。与地面互联网通信相比，“星链”计划通过数量庞大的低轨卫星组网，实现卫星及星间/星地无线链路为用户服务。该星座在航空、测控、远洋探测、海运等相关领域都将发挥巨大作用，未来将融入生活的方方面面。

截至2022年4月，SpaceX已发射了2441颗星链卫星（包括已退役或发生故障的卫星），其中约2100颗卫星已在轨道上运行。能够对全球区域形成96.61%～100%连续覆盖，平均瞬时覆盖率高达98%。而对北美地区能够形成实时的连续覆盖，且能够提供不间断的通信服务。“星链”作为天地一体化信息网络中重要的“天基网”，目前已经开始为美国和加拿大部分地区提供低成本的高速互联网接入服务。