平流层通信是什么

　　平流层通信是指用位于平流层的高空平台电台(High Altitude Platform Stations,HAPS)代替卫星作为基站的通信，平台高度距地面17km~22km。可以用充氦飞艇、气球或飞机作为安置转发站的平台。若其高度在20km，则可以实现地面覆盖半径约500km的通信区。若在平流层安置250个充氦飞艇，可以实现覆盖全球90%以上人口的地区。平流层通信系统和卫星通信系统相比，费用低廉、延迟时间小、建设快、容量大。它是在研究中的一种通信手段。
　　平流层信息系统
　　平流层信息系统一般是指用位于平流层空间轻于空气的、准静止长驻空的飞艇作为平台，装载一定的有效信息载荷，配合各种地面通信和终端设备所构成的系统，简记为SCS。平流层平台所处的空间处于各种通信卫星和地面接力通信站之间，是地球上空一片尚未开垦的“处女地”，它的开发对未来通信发展具有极大的意义。
　　平流层信息平台(一般高度为二十几公里)和通信卫星一样位于地球的上空，但它不属于卫星通信，因为按定义，“卫星是一个绕着另一个绝对质量占优势的物体运动，它的运动在初期而且以后，永远由那一个物体的引力所决定的物体”。平流层通信业务也不属于空间无线通信，因为ITU定义的空间站是一种位于某一目标，且该目标超过或可能超过地球大气主要范围的站。平流层通信也不应属于移动通信，因为它的大多数用户终端的位置是固定的。有较多的理由把它看作是一种高密度固定业务(FS)，因为它的功能很像高山顶的一个转发站。因而ITU建议把它叫做“高空平台站”，简记为HAPS。
　　把平流层通信系统的属性弄清楚在管理上是很必要的。考虑到它属于固定业务的范畴，因此ITU决定把可能分配给这种业务的47GHz/48GHz波段分配给HAPS使用。目前这个波段已被认为是平流层通信系统的主要频段，但由于这个频段的雨雪衰减较大，问题较多，因而不少国家正在研究采用其它频段。
　　平流层通信系统具有一些重要的特点：
　　(1)和卫星通信相比，平台与地面的距离分别是同步卫星、中轨卫星和低轨卫星的1/1800、1/400和1/40，自由空间衰减分别减少65dB、52dB、32dB，延迟时间只有0.5ms，有利于通信终端的小型化、宽带化和双工数据流的对称传输和互操作，实现对称双工的无线接入。
　　(2)与地面平台相比，高度为20km的平流层平台的作用距离远、覆盖地区大。作为一个高空接力站时作用距离约为1 000km，比地面接力站约大10倍，信道衰落(按Ricean衰减特性)为20dB/10倍程，而地面系统(按Rayleigh衰减特性)的衰减为50dB/10倍程。发射功率可显著减少。作为探测平台时，比一般高度为1万米的飞机的探测距离远70%。
　　(3)平流层平台的位置机动灵活，既适用于城市，也可用于海洋、山区，还可以迅速转移，用于发生自然灾害的地区，如洪水、火山的监测。
　　(4)造价低，通信资费低，据估算，平流层平台的放飞、回收和日常的监测可利用一般的民航导航与气象系统，不需特殊的复杂庞大的发射基地，因而造价较低，估算每一平台造价只为通信卫星的1/10。而且每个平台都可以独立运行，不像低轨通信卫星那样需发射几十甚至上百颗卫星并组成星座之后才能工作，因而建设周期短，初期投资少。一般端机价格很低，通信资费也可以不高于已有的公众电话。
　　(5)平台可以回收，不会像卫星那样失效后变成空间垃圾，有利于环境保护。此外，平台高度在民航高度以上，不会对空中航行安全造成影响。
　　(6)平台位于国境之内，主权、使用权、管理权均属本国，所使用频段一般也不受国际规定的限制，有利于研制开发适用于本国的产品。
　　平台覆盖区及其应用
　　高空平台作为一个承载工具可以有各种应用，如通信、广播、遥感或科学探测等等。本文以通信为例介绍有关特点和问题。
　　平台通信业务的覆盖区域决定于覆盖区边缘至平台的仰角，仰角越小，覆盖区越大，但覆盖区内不同地点的用户至平台之间的距离差别也越大。SSI公司把平台视线所及的整个覆盖区分为市区、近郊区和远郊区，各区边缘至平台的仰角分别为θ=30°、10°和0°，各区半径分别为0、125和540km，每个覆盖区又分为700个蜂窝小区，三个覆盖区共有2 100个小区，按7个小区可重复使用同一个频率计算，频段再用率为300。在ITU所指定的47～48GHz频段中其可使用的频带为300MHz，按每赫兹1比特的调制效率计算，可提供150万个64kbit/s的实时信道。假定每个用户平均每天通话2.4小时，则一个平台可有600万个64kbit/s的数字电话用户，或150万个码率为256kbit/s的宽带用户，或18.75万个码率为2Mbit/s的E1用户。
　　日本提出一种把平流层系统与其它地面宽带系统(如美国ATM Fo-rum建议的“无线ATM系统”和日本的MMAC系统)相结合的方案。计划用100～200个平台构成一个覆盖日本全境的网格形网络，每个平台覆盖面积为40×40km2(划分为64个直径5km的蜂窝)，相邻的平台用光通道相连，通信容量极大，鲁棒性也好，因为从信源至任何终端都可以有很多路由可供选择。这种网络的用途也很广，采用30GHz频段时，可以适用于144kbit/s的移动终端、32Mbit/s的便携式终端，或高于620Mbit/s的固定终端。他们认为：这种平台系统还可以实现通过无线接入直接把信息送达各种用户终端，解决“最后一公里”的问题，其价格远低于光纤到户，是一种具有极高竞争力的建设信息基础设施的新型通信体系。
　　1997年ITU通过把47GHz～48GHz频段、宽度为600MHz的频带分配给平台固定业务使用。这个频段的特点是波长短，天线尺寸小，但雨雪衰减大。目前美日有关机构都在努力争取ITU的2000年会议上能安排其它频段，如2、10、20、30GHz等供平台系统使用。