高空平台電信系統

高空平台通信系統將無線基站安放在長時間停留在高空的飛行器上來提供電信業務，被認為是一種2008年以後有良好潛在套用價值的寬頻無線接入手段。HAPS有可能成為地面無線通信系統和衛星通信系統之後的第三個無線通信系統，它可以實現用戶的高移動性和高數據速率。HAPS 基站處於距地面 20 km 至 50 km 的平流層中，保持相對靜止，基站之間彼此通過光互連鏈路形成網路。由於基站所處位置很高，使得每個基站有非常大的覆蓋範圍，當仰角為10°時可覆蓋直徑達100 km的區域。因此，只需較少的基站就可以完成廣域覆蓋，部署也較快 。

基本介紹

• 中文名：高空平台電信系統
• 外文名：HAPS:High Attitude Platform Station
• 位置：平流層底部
• 連線：通過光互連鏈路形成網路
• 覆蓋面積：直徑達100 km的區域
• 通信方式：無線

基本特徵

優點

HAPS綜合了地面無線系統和衛星系統的技術優點，理論上可以用少量的網路設施實現大區域和高密度覆蓋,與地面無線系統需要土地進行站址建設和衛星系統需要發射衛星以及修建地面站截然不同，HAPS可以大幅度降低成本，同時也可以減小對人體的電磁輻射。具體地說，HAPS具有以下特點:

*和衛星通信系統相比，HAPS具有高容量、高頻譜利用率、時延小、路徑損耗小、易維護、易升級、可迅速建設等優點;另外，HAPS位於國境之內，主權、所有權和管理權均屬本國。

*和地面通信系統相比，HAPS具有超大覆蓋、低功率、易升級、可迅速建設等優點;另外，在發生地震等災難時所受影響很小。

所以HAPS受到了國際上廣泛重視，ITU-D還把HAPS作為開發中國家縮小數字鴻溝的一種手段。

載體

高空通信平台由一個巨大的氣球和控制系統組成,不少國家發展了通信飛艇例如已經報導的平台系統的氣球，氣球的外表由層材料複合組成,具有高強度、重量輕、抗紫外線的能力,上表面覆蓋太陽能電池,可提供的動力氣球備有壓力檢測計,拖拽控制,外表面控制和功率控制並使用定位氣球使用離子發動機和無污染燃料電池,不帶其他燃料太陽能電池提供的動力主要用電池充電,推進器械及外表控制,用於通信系統的負載的電力為目前太陽能電池的效率200W/kg，目前美國、加拿大、日本、以色列等國家正在積極開展平流層通信飛艇研究。

組成

高空平台通信系統由空間段與地段組成，其空間段由與用戶終端通信收發獨立的相控陣天線,與網關站通信收發獨立的面天線和2100套具有再生能力的收發信機組成，收發信機的作用為接收頻率轉換、信號解調、信號解碼、交換、信號編碼、信號調製、傳送、高空平台通信系統的地面段由網關站與用戶終端組成每個終端站由其中的一個網關站管理,每個網關站即是控制中心,也是交換中心,在同一個小區內的信息交換採用光放大器和光纖通信交叉結構不同小區間的信息交換由平台上的ATM交叉結構完成

各國研髮狀況

歐洲

歐洲航天局研製的無人飛船被稱為高空長續航(HALE)平台，目前正在開發的HALE平台有四種:充氦飛艇、以太陽能或燃料電池作動力的太空飛行器、活塞發動機驅動的平台、噴氣發動機驅動的平台。其中研發中的充氦飛艇位於20公里上空，長220米、直徑為55米，自動駕駛，靠離子發動機保持穩定。目前，飛艇系統還存在許多需要解決的問題:

*飛行器材料必須輕便、堅固、耐腐蝕。

*動力系統須保證飛艇的升空、下降和相對靜止。
*平台須儲備充足的能源以保證飛行器和基站的需要。

日本

最近幾年，日本的宇宙研究開發機構JAXA、通信情報研究機構NICT等組織一直在做高空平台的空中駐留試驗，2004年7 月~11月在北海道共做了8次試驗，成功實現對定點停留的遙 控，最高到達4km，滯空時間達到6h，並攜帶了用於通信、廣 播和大氣層監測的設備，分別進行了成功試驗。

日本北海道大樹實驗基地的HAPS升空實驗

美國

WorldwideAeros公司製造的高空平台包含了3類:Aerostats、Airship和Aeroscraft。2004年主要研發了新一代Aerostats和無人Airship，並進行了多次實驗。未來準備研發的Aeroscraft，它可以承受較大的重量和足夠的能源:太陽能電池和燃料電池。

由於飛艇的使用壽命較短，於是美國航天航空局(NASA)著眼於使用可長期重複使用的太空梭作為空間中繼站。比如2002年夏天，美日聯合在夏威夷的HAPS試驗中就使用了飛機。這次試驗實現了數位電視傳輸、寬頻固定傳輸和商用FOMA移動終端通信，

美國Wordwide Aeros公司的三類產品

由於人類對平流層環境的認識還有待深入，HAPS搭載技術遠未成熟。除此以外HAPS對現有系統的無線干擾問題也是國際上討論的重點。

中國

我國在南海諸島有300萬km2海域，西部9省1市551萬km2，人口3億左右，顯然HAPS是一種優良的總體解決方案。而在發達地區HAPS也可以作為一種地面通信系統的補充手段，尤其可以用於臨時應急通信。與那些隨著新技術的問世就被淘汰的技術不同，HAPS作為通信/廣播基礎設施的支柱，有望作為基礎設施長期發揮作用。

但是HAPS牽涉的技術非常複雜，涉及到材料、動力和通信等部分，需要制定一套新的產業標準。而現有的HAPS技術很不成熟，共存技術和規則還需要深入研究，較大規模的技術試驗至今也沒有進行過，所以離真正商用還有很長的路要走。目前，國際上已開發國家都在投巨資進行相應研究,而國內HAPS開展工作較為緩慢，我國應該積極研究跟蹤國際上的動態，支持國際上深入研究HAPS的努力並逐步參與之。

世界電聯的研究

WRC有關決議

世界無線電大會(WRC)是國際電聯最重要的會議之一。這個會議不斷改善已有的無線通信規則程式和頻譜劃分、軌道分配等以適應新技術、新業務的發展。

WRC-1997大會確定將47.2~47.5GHz(下行)和47.9~48.2GHz(上行)共600MHz的頻段在世界範圍內分配給HAPS系統使用。考慮到雨衰的影響，WRC-2000則建議研究使用18~32GHz範圍中的頻段，特別是考慮使用27.5~28.35GHz、31.0~31.3GHz頻段。此外，ITU也支持在IMT-2000核心頻段1885~1980MHz、2010~2025MHz、2110~2170MHz將HAPS系統用於第三代移動通信。在WRC-1997、WRC-2000和WRC-2003上有4個關於HAPS的決議被作出:

*決議112(WRC-1997、WRC-2003)

敦促各國管理機構加快在47.2~47.5GHz、47.9~48.2GHz頻段HAPS系統與其他無線通信系統之間的協調工作;並決定將無線電規則第9條作為協調此頻段HAPS系統和衛星系統的臨時程式。同時提請WRC-2007重新審議有關研究結果，進一步考慮完善相關法規。

*決議145(WRC-2003)要求ITU-R研究為避免部署HAPS系統可能給鄰國帶來干擾所需制定的法規;繼續研究HAPS系統與其他系統之間的共存標準;關注在3區18~32GHz頻段中，特別是27.5~28.35GHz、31.0~31.3GHz使用HAPS。

*決議734(WRC-2000)

提請WRC-2007審議在3GHz以上分配給陸地無線通信系統的頻段實施HAPS的可行性。

*決議221(WRC-2000)

考慮在1、3區在1885~1980MHz、2010~2025MHz和2110~2170MHz，在2區在1885~1980MHz和2110~2160MH頻段使用HAPS作為IMT-2000基站。此決議的主要內容為HAPS系統在IMT-2000核心頻段的干擾保護問題，在決議中規定了一系列的臨時指標，要求準備在這一頻段部署HAPS系統的國家遵照執行，並在系統部署前與鄰國做好雙邊協調工作。

ITU的決議122、145和734主要涉及到固定無線接入，決議221則涉及到IMT-2000。但我們認為HAPS成為第3代移動通信基礎設施的可能性不太大，但也許在超第3代移動通信中能被套用。。

ITU-R研究組情況

據決議145(WRC-2003)，審議ITU-R對高空平台在27.5~28.35GHz頻段和31~31.3GHz頻段申請運營的技術共用和管理規定問題的研究結果，並根據第122號決議(WRC-2003，修訂本)，研究高空平台在47.2~47.5GHz頻段和47.9~48.2GHz頻段的運營問題。”

本議題在2003年7月CPM-1會議上被列為CPM報告的第四章(3GHz以上的FSS、MSS及BSS業務)的內容。相關ITU-R研究組是6-9S和9B，近兩年來的進展都不大。

6-9S研究組(Frequencysharing,betweenthefixed-satelliteserviceandthefixedservic)e在WRC-2003之後已經開過2次會議，涉及HAPS的主要成果體現在“WP4-9SMeetingReport”WP-4Chairman31May2004”和“UpdateonAgendaItems1.8and1.18inITUWP4-9SMeetinginOctober2004”WP-4Chairman04Jan2005中。4個提案由日本和韓國提出，主要涉及了對ITU-RSF.1601的修改，提出了28GHz的HAPS下行鏈路對GSOFSS上行鏈路的干擾評

價的新方法。而最大幹擾允許值雖然被提出，但是沒有被最終確定。在47/48GHz頻段的HAPS套用研究則無任何進展。所以有關研究成果還未達到撰寫CPM文本的時候。

9B研究組(Radio-frequencychannelarrangements,radiosystemcharacteristics,interconnection,maintenanceandvariousapplications)在WRC-2003之後已經開過3次會議，其中在2004年9月的會議中討論了韓國關於HAPS固定業務對3GHz以上微波中繼的影響評估的提案。

另外，8F研究組(IMT-2000andsystemsbeyondIMT-2000)在WRC-2003之後開過的2次會議中也涉及到HAPS的問題，主要成果體現在對ITU-RM.1641的修改，即如何計算HAPS與地面上提供IMT-2000業務時的相互干擾，但該部分內容屬於移動業務，未列入只關心固定接入的1.8議題。。

亞太電信聯盟態度

在APT組織中，ASTAP(APTStandardizationProgram)也成立了與HAPS相關的專家組，但在2003年8月舉行了小型討論會後未有新的活動。在2005年3月召開的APG2007-2會議上，與會國家圍繞1.8議題進行了討論，達成了如下共識:

*支持國際上深入研究HAPS的努力，例如對HAPS地面站的功率限制值、HPAS與其它固定業務系統之間干擾規則和計算方法等。

*在27.5~28.35GHz的範圍內，決定300MHz的具體安排，以便與31~31.3GHz配對。。

套用實例

高空平台通信系統是近年來出現的一種新的通信方式在網際網路、電視會議、可視電話、遠程醫療等多媒體業務的牽引下,通信業務得到了空前的發展在數據通信發展中所遇到的困難之一是知何解決從交換機到用戶的“最後一公里”的高速用戶數字線路目前的技術途徑有用戶光纖、高速數字環路、微波和衛星線路，目前高空平台通信系統的出現又給解決這一問題提供了一種新的途徑,下面分幾個方面加以簡單介紹。

區域性通信中繼

它可以被看做是一個作用距離很大的微波中斷站為充分利用國際電聯分配的300MHz頻譜,可以採用K=3或K=7的復用方案,若採用K=7的方案,即將2100個收發信機共享的頻譜分為7段,每300個收發信機占用一段頻譜,按0.1愛爾蘭設計,可提供600萬個64kbit/s口的用戶使用。

區域性探測

它可以被看做點懸式裝備,平台上只承載少量的高頻頭,直控裝置和感知天線方向的少數設備,系統中的大部分處理設備均可放在地面上,因此很容易構成空地結合式的探測設備,適合於觀測低空或超低空的遠距離目標，此外它還可以形成與雷達、光電、無線電偵測與部分軍用通信功能相結合的有源探測與無源探測的綜合系統,充分利用其有利的制高位置,形成集成互補式的探測體系，它可以完成遠海、空情探測、遠海戰術數據通信、軍政要地防空信息網,探測隱身飛機、探測飛彈與巡航飛彈等任務。

在敏感地區的套用

因為它可以快速覆蓋大面積區域,可以回收,可以隨機選用站址,便於場地轉移,適於變動形式的需要因此特別適合用於敏感地區,例如東南沿海以及近海面地區的通信和海面監視,西南地區的通信及邊海防監視等。

其他套用

它對於人口稀少地區邊遠地區和農村地區有很大的優越性平流層通信系統可以單獨作為一種系統,也可以做為地面蜂窩業務的擴展,為郊區、鄉村邊遠地區提供服務此外也可為自然災害地區的災情監測與應急通信以及某些地區的季節服務如國土利用、城市建設、農活中的搶收搶種、森林植被的短期巡視、城市保全系統的空中平台等。