平流層通信是指用位于平流層的高空平臺電臺(High Altitude Platform Stations,HAPS)代替衛(wèi)星作為基站的通信，平臺高度距地面17km~22km。可以用充氦飛艇、氣球或飛機(jī)作為安置轉(zhuǎn)發(fā)站的平臺。若其高度在20km，則可以實現(xiàn)地面覆蓋半徑約500km的通信區(qū)。若在平流層安置250個充氦飛艇，可以實現(xiàn)覆蓋全球90%以上人口的地區(qū)。平流層通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)相比，費用低廉、延遲時間小、建設(shè)快、容量大。它是在研究中的一種通信手段
平流層信息系統(tǒng)
平流層信息系統(tǒng)一般是指用位于平流層空間輕于空氣的、準(zhǔn)靜止長駐空的飛艇作為平臺，裝載一定的有效信息載荷，配合各種地面通信和終端設(shè)備所構(gòu)成的系統(tǒng)，簡記為ＳＣＳ。平流層平臺所處的空間處于各種通信衛(wèi)星和地面接力通信站之間，是地球上空一片尚未開墾的“處女地”，它的開發(fā)對未來通信發(fā)展具有極大的意義。平流層信息平臺（一般高度為二十幾公里）和通信衛(wèi)星一樣位于地球的上空，但它不屬于衛(wèi)星通信，因為按定義，“衛(wèi)星是一個繞著另一個絕對質(zhì)量占優(yōu)勢的物體運動，它的運動在初期而且以后，永遠(yuǎn)由那一個物體的引力所決定的物體”。平流層通信業(yè)務(wù)也不屬于空間無線通信，因為ＩＴＵ定義的空間站是一種位于某一目標(biāo)，且該目標(biāo)超過或可能超過地球大氣主要范圍的站。平流層通信也不應(yīng)屬于移動通信，因為它的大多數(shù)用戶終端的位置是固定的。有較多的理由把它看作是一種高密度固定業(yè)務(wù)（ＦＳ），因為它的功能很像高山頂?shù)囊粋€轉(zhuǎn)發(fā)站。因而ＩＴＵ建議把它叫做“高空平臺站”，簡記為ＨＡＰＳ。 把平流層通信系統(tǒng)的屬性弄清楚在管理上是很必要的。考慮到它屬于固定業(yè)務(wù)的范疇，因此ＩＴＵ決定把可能分配給這種業(yè)務(wù)的47ＧＨｚ／48ＧＨｚ波段分配給ＨＡＰＳ使用。目前這個波段已被認(rèn)為是平流層通信系統(tǒng)的主要頻段，但由于這個頻段的雨雪衰減較大，問題較多，因而不少國家正在研究采用其它頻段。
利用高空氣球或氣艇進(jìn)行通信的想法由來已久，為什么最近幾年驟然升溫，一些發(fā)達(dá)國家競相投資進(jìn)行研究呢? ８０年代是衛(wèi)星技術(shù)日益成熟并廣泛應(yīng)用于通信廣播以及導(dǎo)航和定位領(lǐng)域的時代。因此人們很容易認(rèn)為，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將是未來通信，特別是移動通信的主要手段。但科技人員早就知道，雖然同步通信衛(wèi)星覆蓋范圍寬、通信容量大，能夠傳送大量的數(shù)據(jù)并組成跨越各大洲的數(shù)據(jù)通路，但是它的延時大，建造費用高。和地面網(wǎng)絡(luò)相比，它不適用于把正在迅速興起的“通信計算機(jī)”和骨干網(wǎng)連接起來，提供實時、交互的寬帶業(yè)務(wù)；它能夠提供大容量的下行通道，但地面用戶終端的上行通道卻很難拓寬，因為費用太高，一般用戶，如小辦公室或家庭辦公室甚至中小企業(yè)都難以負(fù)擔(dān)。在這種情況下低軌通信衛(wèi)星網(wǎng)的方案應(yīng)運而生。近十年來這種方案似乎是能夠?qū)崿F(xiàn)“隨時隨地在任何人之間互通信息”的個人通信的唯一可行方案，可把全球各處每個用戶都連接起來。但是隨著研究工作的深入開展，問題不斷顯露。這種系統(tǒng)不但費資巨大，組成及操作復(fù)雜，效率不高，各個衛(wèi)星運行的大部分時間都在海洋、荒漠或人煙稀少地區(qū)。而且終端機(jī)的價格昂貴，技術(shù)上也具有較大風(fēng)險。不少問題事先較難預(yù)料，只能在整個衛(wèi)星星座組成、系統(tǒng)運行之后才可能被發(fā)現(xiàn)、被認(rèn)識，對于系統(tǒng)的維護(hù)與完善來說，這顯然是太遲了。在設(shè)計系統(tǒng)時，不可避免的一些局部毛病或某些環(huán)節(jié)的問題都將對整個系統(tǒng)的運行產(chǎn)生影響，從而難以實現(xiàn)預(yù)期收益。正在建造的銥星系統(tǒng)所遇的困難就是“前車之鑒”。
平流層通信是指用位于平流層的高空平臺電臺(High Altitude Platform Stations,HAPS)代替衛(wèi)星作為基站的通信，平臺高度距地面17km~22km。可以用充氦飛艇、氣球或飛機(jī)作為安置轉(zhuǎn)發(fā)站的平臺。若其高度在20km，則可以實現(xiàn)地面覆蓋半徑約500km的通信區(qū)。若在平流層安置250個充氦飛艇，可以實現(xiàn)覆蓋全球90%以上人口的地區(qū)。平流層通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)相比，費用低廉、延遲時間小、建設(shè)快、容量大。它是在研究中的一種通信手段
平流層信息系統(tǒng)
平流層信息系統(tǒng)一般是指用位于平流層空間輕于空氣的、準(zhǔn)靜止長駐空的飛艇作為平臺，裝載一定的有效信息載荷，配合各種地面通信和終端設(shè)備所構(gòu)成的系統(tǒng)，簡記為ＳＣＳ。平流層平臺所處的空間處于各種通信衛(wèi)星和地面接力通信站之間，是地球上空一片尚未開墾的“處女地”，它的開發(fā)對未來通信發(fā)展具有極大的意義。平流層信息平臺（一般高度為二十幾公里）和通信衛(wèi)星一樣位于地球的上空，但它不屬于衛(wèi)星通信，因為按定義，“衛(wèi)星是一個繞著另一個絕對質(zhì)量占優(yōu)勢的物體運動，它的運動在初期而且以后，永遠(yuǎn)由那一個物體的引力所決定的物體”。平流層通信業(yè)務(wù)也不屬于空間無線通信，因為ＩＴＵ定義的空間站是一種位于某一目標(biāo)，且該目標(biāo)超過或可能超過地球大氣主要范圍的站。平流層通信也不應(yīng)屬于移動通信，因為它的大多數(shù)用戶終端的位置是固定的。有較多的理由把它看作是一種高密度固定業(yè)務(wù)（ＦＳ），因為它的功能很像高山頂?shù)囊粋€轉(zhuǎn)發(fā)站。因而ＩＴＵ建議把它叫做“高空平臺站”，簡記為ＨＡＰＳ。 把平流層通信系統(tǒng)的屬性弄清楚在管理上是很必要的。考慮到它屬于固定業(yè)務(wù)的范疇，因此ＩＴＵ決定把可能分配給這種業(yè)務(wù)的47ＧＨｚ／48ＧＨｚ波段分配給ＨＡＰＳ使用。目前這個波段已被認(rèn)為是平流層通信系統(tǒng)的主要頻段，但由于這個頻段的雨雪衰減較大，問題較多，因而不少國家正在研究采用其它頻段。
利用高空氣球或氣艇進(jìn)行通信的想法由來已久，為什么最近幾年驟然升溫，一些發(fā)達(dá)國家競相投資進(jìn)行研究呢? ８０年代是衛(wèi)星技術(shù)日益成熟并廣泛應(yīng)用于通信廣播以及導(dǎo)航和定位領(lǐng)域的時代。因此人們很容易認(rèn)為，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將是未來通信，特別是移動通信的主要手段。但科技人員早就知道，雖然同步通信衛(wèi)星覆蓋范圍寬、通信容量大，能夠傳送大量的數(shù)據(jù)并組成跨越各大洲的數(shù)據(jù)通路，但是它的延時大，建造費用高。和地面網(wǎng)絡(luò)相比，它不適用于把正在迅速興起的“通信計算機(jī)”和骨干網(wǎng)連接起來，提供實時、交互的寬帶業(yè)務(wù)；它能夠提供大容量的下行通道，但地面用戶終端的上行通道卻很難拓寬，因為費用太高，一般用戶，如小辦公室或家庭辦公室甚至中小企業(yè)都難以負(fù)擔(dān)。在這種情況下低軌通信衛(wèi)星網(wǎng)的方案應(yīng)運而生。近十年來這種方案似乎是能夠?qū)崿F(xiàn)“隨時隨地在任何人之間互通信息”的個人通信的唯一可行方案，可把全球各處每個用戶都連接起來。但是隨著研究工作的深入開展，問題不斷顯露。這種系統(tǒng)不但費資巨大，組成及操作復(fù)雜，效率不高，各個衛(wèi)星運行的大部分時間都在海洋、荒漠或人煙稀少地區(qū)。而且終端機(jī)的價格昂貴，技術(shù)上也具有較大風(fēng)險。不少問題事先較難預(yù)料，只能在整個衛(wèi)星星座組成、系統(tǒng)運行之后才可能被發(fā)現(xiàn)、被認(rèn)識，對于系統(tǒng)的維護(hù)與完善來說，這顯然是太遲了。在設(shè)計系統(tǒng)時，不可避免的一些局部毛病或某些環(huán)節(jié)的問題都將對整個系統(tǒng)的運行產(chǎn)生影響，從而難以實現(xiàn)預(yù)期收益。正在建造的銥星系統(tǒng)所遇的困難就是“前車之鑒”。
平流層信息系統(tǒng)就是在上述情況下提出的。從理論上說，這種新型的通信體制基本上具有已有各種通信體制的優(yōu)點，而沒有它們的缺點。它的延時小、造價低，只用一個平臺就可以獨立地實現(xiàn)一個地區(qū)的通信，也可以由若干個平臺構(gòu)成地區(qū)性的，甚至是全球性的信息網(wǎng)絡(luò)，提供實時、交互式的寬帶通信。當(dāng)然要使這種系統(tǒng)付諸實用，也還有不少技術(shù)和組織問題需要解決。但在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的今天，這些技術(shù)問題有的已經(jīng)解決了，有的在近期內(nèi)也是可以解決的。因而，一些技術(shù)先進(jìn)國家先后成立機(jī)構(gòu)，開展研究，預(yù)計３～５年內(nèi)將把這種新通信系統(tǒng)投入應(yīng)用。這種情況我們應(yīng)該重視。
平臺位置穩(wěn)定問題
平流層中的氣流隨季節(jié)和地域而變化，夏季低緯度地區(qū)氣流比較穩(wěn)定，平均風(fēng)速為10ｍ／ｓ～40ｍ／ｓ。平臺將隨風(fēng)飄動，必須設(shè)法平衡風(fēng)力作用使平臺保持穩(wěn)定，這是平流層平臺和衛(wèi)星的根本差別，也是輕于空氣的氣艇一直未能用于通信系統(tǒng)的基本原因。 對平流層位置穩(wěn)定度的要求目前還沒有確定。1997年ＳＳＩ公司曾提出穩(wěn)定度為±40ｍ，這是很高的指標(biāo)，實際上很難做到。如何對平臺三維穩(wěn)定度提出合理要求是一個必須研究的課題。對地面用戶而言，平臺位置變化對用戶接收電平有直接影響，接收天線有效面積越大，方向性越好，則接收電平隨平臺位置變化也越大。在整體設(shè)計時對各個子系統(tǒng)的要求應(yīng)合理安排，不能對某一指標(biāo)（例如平臺穩(wěn)定度）要求過高。目前一般認(rèn)為平臺位置穩(wěn)定度以幾百米的量級計比較合適。日本計劃于2005年前投入應(yīng)用的平臺，其穩(wěn)定度暫定為±1000ｍ；2008年爭取提高至±200ｍ。
平臺覆蓋區(qū)及其應(yīng)用
高空平臺作為一個承載工具可以有各種應(yīng)用，如通信、廣播、遙感或科學(xué)探測等等。本文以通信為例介紹有關(guān)特點和問題。 平臺通信業(yè)務(wù)的覆蓋區(qū)域決定于覆蓋區(qū)邊緣至平臺的仰角，仰角越小，覆蓋區(qū)越大，但覆蓋區(qū)內(nèi)不同地點的用戶至平臺之間的距離差別也越大。ＳＳＩ公司把平臺視線所及的整個覆蓋區(qū)分為市區(qū)、近郊區(qū)和遠(yuǎn)郊區(qū)，各區(qū)邊緣至平臺的仰角分別為θ＝30°、１0°和0°，各區(qū)半徑分別為0、125和540ｋｍ，每個覆蓋區(qū)又分為700個蜂窩小區(qū)，三個覆蓋區(qū)共有2100個小區(qū)，按7個小區(qū)可重復(fù)使用同一個頻率計算，頻段再用率為300。在ＩＴＵ所指定的47～48ＧＨｚ頻段中其可使用的頻帶為300ＭＨｚ，按每赫茲１比特的調(diào)制效率計算，可提供150萬個64ｋｂｉｔ／ｓ的實時信道。假定每個用戶平均每天通話2.4小時，則一個平臺可有600萬個64ｋｂｉｔ／ｓ的數(shù)字電話用戶，或150萬個碼率為250ｋｂｉｔ／ｓ的寬帶用戶，或18.75萬個碼率為2Ｍｂｉｔ／ｓ的Ｅ１用戶。
日本提出一種把平流層系統(tǒng)與其它地面寬帶系統(tǒng)（如美國ＡＴＭ Ｆｏ-ｒｕｍ建議的“無線ＡＴＭ系統(tǒng)”和日本的ＭＭＡＣ系統(tǒng)）相結(jié)合的方案。計劃用100～200個平臺構(gòu)成一個覆蓋日本全境的網(wǎng)格形網(wǎng)絡(luò)，每個平臺覆蓋面積為40×40ｋｍ2（劃分為64個直徑5ｋｍ的蜂窩），相鄰的平臺用光通道相連，通信容量極大，魯棒性也好，因為從信源至任何終端都可以有很多路由可供選擇。這種網(wǎng)絡(luò)的用途也很廣，采用30ＧＨｚ頻段時，可以適用于144ｋｂｉｔ／ｓ的移動終端、32Ｍｂｉｔ／ｓ的便攜式終端，或高于620Ｍｂｉｔ／ｓ的固定終端。他們認(rèn)為：這種平臺系統(tǒng)還可以實現(xiàn)通過無線接入直接把信息送達(dá)各種用戶終端，解決“最后一公里”的問題，其價格遠(yuǎn)低于光纖到戶，是一種具有極高競爭力的建設(shè)信息基礎(chǔ)設(shè)施的新型通信體系。 97年ＩＴＵ通過把47ＧＨｚ～48ＧＨｚ頻段、寬度為600ＭＨｚ的頻帶分配給平臺固定業(yè)務(wù)使用。這個頻段的特點是波長短，天線尺寸小，但雨雪衰減大。目前美日有關(guān)機(jī)構(gòu)都在努力爭取ＩＴＵ的2000年會議上能安排其它頻段，如2、10、20、30ＧＨｚ等供平臺系統(tǒng)使用。
平流層信息平臺的營建是一個巨大的系統(tǒng)工程，涉及能源、材料、大氣環(huán)境、和空氣動力學(xué)（稀薄氣體條件下的），以及平臺的位置保持、姿態(tài)穩(wěn)定等控制技術(shù)和放飛、回收等問題。平臺的有效載荷是各種電子信息系統(tǒng)。與平臺本身相比，信息技術(shù)比較成熟，但作為一種新的通信體制卻仍有許多重要問題需深入研究。頻段的確定是關(guān)鍵問題之一。此外電子系統(tǒng)如何與平臺的能源、溫度壓力和保持穩(wěn)定等支持系統(tǒng)相適應(yīng)，如何與其它各種通信系統(tǒng)，如地面通信系統(tǒng)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)等相兼容，構(gòu)成能互連互通互操作的信息基礎(chǔ)設(shè)施，都是必須研究解決的問題。這些問題大多需要從基礎(chǔ)研究著手，從理論上加以解決。 平臺的建造也是一個實踐性很強(qiáng)的項目，不少問題必須在實踐中反復(fù)試驗，不斷改進(jìn)，才能使系統(tǒng)更為完善。近幾年來國外有關(guān)單位圍繞平臺的建造，投入了巨大的人力，物力，組織了幾乎涉及全社會各方面的機(jī)構(gòu)（包括科研，金融，制造廠商等），開展了范圍廣泛的多學(xué)科研究和多行業(yè)的協(xié)作配合，開發(fā)這個可用于通信的尚未開墾的“處女地”。 可以預(yù)期，這種新通信體系的建立已指日可待。我們可及早抓住機(jī)會，開展有關(guān)工作，爭取這種新型的通信系統(tǒng)能早日應(yīng)用，為中國信息基礎(chǔ)建設(shè)增添一份力量。