我國衛星移動通信系統需求調研和建設的若干建議

閔長寧（中國衛星通信集團有限公司）

□□我國從20世紀90年代初就開始研究、制定發展自己的衛星移動通信系統方案。衛星移動通信系統既能彌補地面移動網的不足，又可以作為地面移動網的延伸，從而滿足漫游通信以及地面通信網覆蓋不到地區進行通信的需要。使用衛星移動通信系統可以解決占國土面積50%左右、地面蜂窩網難以覆蓋的稀路由通信地區的通信；能滿足大量的貨運、海運、航空、野外勘探、搶險救災及國防等移動載體“動中通”業務的迫切需求；它是解決全國不能通電話的自然村通信問題的最有效途徑；可為黨中央、國務院在第一時間掌握災區情況，決策救災部署提供依據的重要通信手段；同時，它也是解決災害發生過程中通信的唯一應急通信手段。

1 重大意義和必要性

保護衛星軌道位置和頻率資源

《無線電規則》將空間業務資源的申請與應用規定為兩種方式，即“先登先占”程序和“資源規劃”程序。衛星移動業務常用頻段的申請和使用均需履行“先登先占”程序，先申報的衛星網絡具有較高的協調地位，可優先使用，后申報的衛星網絡不得對其產生有害干擾，申報的衛星網絡有7年的應用時限。

衛星移動業務使用頻率情況：

1）1626.5～1660.5MHz（上行）/1525～1559MHz（下行）。目前，國際移動衛星公司（INMARSAT）的國際移動衛星-4（Inmarsat-4）、印度尼西亞的“亞洲蜂窩衛星”（ACeS）、阿聯酋的“瑟拉亞”（Thuraya）衛星和澳大利亞的“奧普圖斯”（Optus）衛星已在使用該頻段，所以再使用這一頻段協調難度較大。

2）1980～2010MHz（上行）/2170～2200MHz（下行）。在該頻段目前僅有美國的地網星-1（TerreStar-1）衛星移動通信系統實際投入使用。我國對該頻段的劃分與國際類似，并已將該頻段預留給空間業務。

衛星移動通信網絡的一個重要特點表現為一旦某個衛星網絡被啟用和實際應用，將嚴重制約同頻段、同半球其他衛星網絡的應用。

2004年7月，我國申報了115.5°（E）和125°（E）S頻段移動通信衛星網絡（C資料），2006年10月之后申報了87.5°（E）和110.5°（E）S頻段后繼衛星網絡。由此可見，115.5°（E）和125°（E）通信網絡S頻段衛星移動業務的申報地位較高，并有很高可應用性和實用價值。2009年以來，我國又在若干不同的軌道位置向國際電信聯盟（ITU）陸續申報了新的衛星移動業務網絡。

由于網絡的啟用存在期限，唯有啟用這些網絡才能將這些紙上的頻率申請轉化為真正的國家戰略資源。衛星軌道位置和頻率資源的稀缺性和獨占性反映在國家層面上，與國家的長遠利益和空間事業的發展緊密相關，事關國家在外太空領域國家主權的重大問題。隨著中星-6A（也叫鑫諾-6）衛星的成功發射和運營，以及衛星移動通信系統的啟動和建設，我國 S頻段衛星移動業務網絡資料將具有更為有效的優先級地位，并將對我國衛星移動通信發展起到保駕護航的作用。

國際移動衛星-4在軌飛行示意圖

符合國家科技和產業化發展方向

由于我國新一代大容量、大功率衛星平臺—東方紅-4已成功應用，我國“長征”系列火箭的地球同步轉移軌道運載能力也超過了5t，再加上發展我國移動通信衛星項目各項新技術的研發均得到突破，包括大型衛星天線技術、衛星波束成形網絡技術、衛星星上處理和交換技術、衛星功率動態分配技術以及衛星氙粒子發動機技術等均取得了重大進展，這些都為我國第一代移動通信衛星系統的建設奠定了重要基礎。

衛星移動通信系統的建設是一項復雜的系統工程，發展該系統對于促進國家各基礎學科和領域新的跨越式發展，帶動并直接形成新的、規模化的產業制造鏈和應用鏈，實現技術上的自主創新、產業上的規模跨越，具有巨大的推動作用。

符合自主知識產權國策、維護信息安全

早在20世紀90年代我國就已開始訂購地球靜止軌道（GEO）移動通信衛星—“亞太移動電信衛星”（APMT），但后來因為受制于美國的制裁而流產。目前，全球已有多個衛星移動通信系統。

我國幅員遼闊，但通信業的發展極不平衡，通信鴻溝制約著人們的溝通與聯系，且國內各運營單位目前均是代理國外的衛星移動通信系統，并不掌握業務發展和傳輸的主導權，難以獲得完備的通信安全機制，有效保證我國的通信安全。只有加速發展我國自主衛星移動通信系統的建設和運營工作，才能擺脫這種受制于人的窘境，確保我國的衛星通信傳輸安全。

2 發展趨勢及啟示

國外衛星移動通信系統的發展趨勢

從業務需求上，最初的衛星移動通信系統以支持話音業務為主，即支持小型化移動終端。后來的衛星移動通信系統主要支持手持式移動終端和數據業務，并可以利用低地球軌道（LEO）衛星移動通信系統實現全球無縫通信。新一代及未來的衛星移動通信主要表現在全球無縫寬帶和窄帶綜合的多媒體移動通信業務。

從通信技術上，同地面其他通信網一樣，衛星移動通信系統經歷了窄帶衛星移動通信系統、寬帶衛星移動通信系統的主要發展階段，它們基本上采用了地面上成熟的先進通信技術，并向星地一體化的方向發展。

地球靜止軌道移動通信衛星的能力已顯著提高，如美國移動衛星風險公司（MSV）的“天地”（SkyTerra）衛星，等效全向輻射功率（EIRP）達到79dBW，G/T值達到21dB/K，點波束數多達500個，能為移動用戶提供與3G兼容的寬帶數據服務。新的衛星移動通信系統采用輔助地面組件（ATC）技術，衛星和大量的輔助地面組件將構成天地一體化的無縫切換。

國內衛星移動通信系統發展現狀

我國民用通信衛星主要在公用通信業務、專用通信業務、廣播電視傳輸業務等領域提供衛星通信服務。雖然我國在民用地球靜止軌道衛星移動通信系統領域還屬空白，但在衛星移動通信系統建設方面已開展了相關的前期預研攻關工作，使空間大型可展開天線技術、多波束饋源陣列技術、數字波束形成網絡技術等一些關鍵技術有了突破和進展。不過，目前我國少量的民用衛星移動通信系統仍依賴于國外的移動衛星開展業務。

能為移動用戶提供與3G兼容的寬帶數據服務的“天地”衛星

啟示

綜合分析目前及未來國外衛星移動通信系統的建設、發展和運營經驗，對我們是有一些啟示的。

1）從系統層面分析：移動通信衛星系統的軌道方案直接決定了系統對地面的覆蓋特性。國外移動通信衛星系統的軌道方案無一不是從具體的覆蓋和通信需求出發進行選擇和設計，現已呈現出以高軌（地球靜止軌道）、區域業務覆蓋為主，且高、低軌移動通信衛星系統并存，區域覆蓋和全球覆蓋并存的態勢。我國移動通信衛星系統的軌道方案設計也必須根據我國的地理位置、國土面積以及目前境內外移動通信衛星的具體需求而定，加強系統的頂層規劃和設計，以及頻率資源的統籌規劃和高效利用：須重點考慮和兼顧近期實施計劃和長遠總體規劃及布局（遠、近），以發展靜止軌道移動通信衛星系統為主，同時兼顧低軌移動通信衛星系統發展；以及軍用和民用通信的未來需求，支持分階段建設能力和靈活的擴展升級能力。

2）從業務層面分析：在國外衛星移動通信的發展趨勢中，非常重要的一點就是寬窄帶融合，多業務、多服務對象可以靈活配置，這對我國衛星移動通信系統的發展具有十分重要的借鑒意義。初期的衛星移動通信系統應以解決有無、窄帶通信、數據通信為主，重點解決話音、數據和適當帶寬的圖片和視頻。后續的衛星移動通信系統則應避免建設一個業務過于單一、靈活性差的系統，必須在設計系統時就要充分考慮到窄帶寬帶、多種業務的綜合，以及對軍用和民用兩大類需求用戶的支持。

3）從應用層面分析：國外已運營的衛星移動通信系統的客戶群主要以政府、公益以及大型企業集團的客戶為主，更多的是適用于政府應急、搶險救災、搜救及稀路由通信等。因此，我國的衛星移動通信系統的建設宜定位為國家公共信息基礎設施的重要組成部分，項目的建設、實施和應用應充分發揮國家的主導地位和作用。

4）從技術層面分析：衛星移動通信系統是一個十分復雜的系統，涉及的專業領域眾多，設計難度極大，整個系統具有高投入、高技術和高風險的特點。從國外各種衛星移動通信系統的發展我們可以看到，采用最先進的技術并不一定能使系統運作成功，相反可能帶來實現難度大、技術完善周期長等缺點。科學的途徑應該是在深入跟蹤國外技術發展趨勢的同時，注意與我國的實際設計及制造水平相匹配。

衛星移動通信系統可用于搶險救災

3 我國衛星移動通信業務需求調研和分析

基本需求

衛星移動通信的基本需求主要是國家的公益性需求，重點表現為以下幾點。

1） 政府應急通信和搶險救災的利器：它可為搶險救災中的指揮、決策、救援提供快速通信保障和視頻傳輸，進行實時的災情信息傳遞。衛星移動通信是在災害發生過程中第一時間解決信息傳輸的唯一手段。

2）“村村通”工程：它可以解決國內剩余約5% 的20戶以上自然村電話及數據通信的重要手段。

3）海洋開發、漁業漁政通信和安全的重要解決手段：例如，它可以用于100余萬艘漁船出海捕魚的通信、安全和遇險搜救。

4）公共安全：它包括公安、武警（維穩、反恐、緝毒、邊防、消防等）、海關、交警的通信保障。

5）其他的需求：它包括一些商業需求，如用于地面移動網無法覆蓋地區的個人移動通信、科學考察、登山探險、海上救生、物流（貨運、海運、航空……）、數據采集（石油、地質、水文、危化品監測……）等。

但最基本的需求是以政府的應急通信、搶險救災、“村村通”工程及漁業通信等國家公益性業務為主。

主要需求調研情況

通過在浙江、西藏、海南、四川、新疆、江西等地，對國家海洋漁業和漁政、減災、應急、公共安全等方面的衛星移動通信需求進行調研和分析可以看出，我國在衛星移動通信領域具有巨大的應用需求。

（1）海洋漁業系統的需求

我國漁業大省有浙江、山東、廣東、福建、廣西、海南等沿海省份。

浙江全省共有各類60馬力（1馬力=0.7335kW）以上的海洋漁業船舶4萬余艘，60馬力以下的漁船約2萬余艘（包括內陸漁船）。

2004年起，浙江著手建設“浙江省海洋漁業船舶安全救助信息系統”，以實現船舶日常安全監控、作業水域監控以及遇險船舶搜救等任務目標，重點解決了漁船海上事故頻發、漁船涉外糾紛和違規作業時有發生等船舶的安全監控和實施救援問題。截止2009年底，已裝備該系統的船只約3萬艘，其中裝備了“北斗”設備與海事通信終端設備的漁船約1.6萬艘（配備“北斗”設備的9000艘）。目前短信通信已基本解決，話音通信手段尚不具備。

漁民經常數月出海捕魚，由于不具備通話手段，其與家人的主要通信方式是依靠衛星短信通信，僅浙江省船與船之間的短信通信量約為33萬條/月，岸向船發送的短信量約5萬條/月，船向岸發送的短信量約7萬條/月。

目前，我國海洋漁業大馬力漁船超過33萬艘，中小馬力漁船超過100萬艘。由于現有各種通信手段（手機、超短波、短波、“北斗”短信）都存在各種弊端，所以無法滿足漁船和漁政指揮的需要，尤其是通話需求。在目前的條件下，漁業漁政將是一個巨大、潛在的衛星移動客戶市場。衛星移動通信系統建成、運營，并經過3～5年的市場培育后，未來漁業的基本需求可達數十萬用戶。

將數據、話音、視頻等信息通過衛星移動通信系統傳送到用戶中心，實現新聞采集、應急指揮等移動通信應用

（2）減災救災的需求

現有通信手段主要包括手機、短波通信、“國際移動衛星”等，它們存在各種弊端，無法滿足需要。進行減災救災的基本需求包括兩個方面：

一是災害預警需求。對全國地震、洪澇、泥石流、雨雪冰凍、臺風、道路事故等進行災害預警，需要百萬以上衛星預警報警終端，可將其安裝在城市社區、學校、車站、機場等重要場所，以及縣、鄉、村，提供預警警報、緊急防災、保護和挽救生命。

二是對終端數量及性能和功能的需求。全國減災救災四級應急指揮體系，如要保障縣鄉鎮至中央的通信暢通，至少需要30萬部以上衛星移動通信終端。若系統穩定和容量足夠，可把通信裝備配置到村信息員，將需要70萬部終端。

（3）防汛的需求

我國主要有七大江河流域和幾十萬座各種水庫。同時，我國江河湖泊眾多，自古以來洪水、臺風、泥石流等自然災害頻發，水患不斷。但是，目前全國水利系統的通信手段十分薄弱，主要依靠短波、超短波、微波、地面移動通信、固定衛星通信等，無法滿足水文觀測和防洪應急指揮的需要。同時，人們的觀念也在發生轉變：過去希望自建專用的水文觀測和防洪應急指揮調度通信系統；而今的觀念不一定是自建系統，而更多的是希望去購買專業通信服務，提高通信保障能力，從而提高全國水利系統的水利調度能力、防洪抗洪能力和效率。

考慮到水庫和江河流域情況，重點包括解決相當數量尚無通信手段水庫的通信問題、水庫的應急通信手段儲備，以及七大流域管理系統、2300個縣一級防汛指揮部門應急通信需求，至少需要數萬部衛星手持終端以及十數萬臺水文自動監測數據終端。

能為北美的鄉村、城市和其他偏遠地區提供一種高質量、低成本的無縫隙網絡服務的地網星-1衛星

（4）“村村通”工程的需求

實施“村村通”工程近10年來，我國累計投入資金近千億，農村信息通信基礎設施得到跨越式發展，電信普遍服務取得長足進步。2011年初，隨著西藏最后一批行政村開通電話，標志著中國大陸行政村全面實現了“村村通電話、鄉鄉能上網”的農村通信發展規劃目標。但目前仍有近6%的近20萬個自然村需要解決通電話的問題，而且每個村通電話的平均成本已經上升到數十萬元，安裝、維護十分困難。而支持手機通信的衛星移動通信系統，對于解決剩余的難以攻堅的自然村通話問題來說仍不失為一個非常有效的途徑。

（5）其他需求

· 森林防火：全國森林火情自動監測報警系統和終端；

· 邊防線監控：全國邊防、海防線情況自動監測報警系統和終端；

· 環境監測：全國環境自動監測；

· 安全生產、輸油輸氣管線監控；

· 商業需求：旅游、商務、野外勘探作業等。

（6）系統性能、功能要求

目前，各業務部門對衛星移動通信系統的使用、功能和性能已提出了具體要求，重點包括：

1）業務種類。除具有話音等通信功能外，終端需具備定位功能、高速視頻信號回傳功能以及支持話音、信息功能，以滿足漁業情況實時交流的需要（船岸之間），并可以結合現有的安全監控系統，支持船舶信息監控。

2）海上緊急情況下的使用。考慮到船舶遇險的特殊情況，船載終端要求在棄船以后可以與船體分離，從而可以手持使用。

3）雙模使用。終端可支持在衛星與地面兩種模式下的使用。首先需要解決話音通信問題。對于報警電話、公益電話等特殊應用，建議免費使用；對于特殊地區，終端多在高海拔、低溫、低壓的條件下使用（手持終端要求溫度為-40～50℃），設計手持終端時需考慮在此條件下的待機時間和使用時間。

4）衛星覆蓋。需滿足國家對緝私、反恐、漁業漁政、海洋開發等重要需求，包括東海、南海及西部等地區。

5）船上電源的兼容性。漁船上有主機、輔機和電平3種供電方式，建議衛星終端用電選用直流24V或13.8V，并考慮電壓不穩的情況（高壓沖擊、高低壓保護），終端安裝時需與船體完全隔離。

6）信息廣播功能。它可支持系統內用戶的信息群發。

7）船上設備的使用環境。衛星終端需采用防腐、防潮、防鹽霧設計，特別是終端設備的各接口部位，同時還需要考慮終端設備可能長期閑置的情況（我國有3個月左右的休漁期）。

8）系統制式。現階段國內已裝備了一定數量的衛星移動通信終端，建議在新系統設計期間考慮與現有終端的兼容問題，從而更有利于新系統的推廣使用。

9）系統成熟度。這是由于以往在衛星移動通信系統使用中的各種情況及經驗教訓，管理部門對于系統成熟度的要求較高，要求系統運行穩定、可靠，用戶終端可靠、可用。

10）運營及售后服務。對于漁民在實際使用中所遇到的問題，要求能及時得到解決。

11）通信質量及資費。現有系統的每部終端價格約在1萬元人民幣以下并逐步下降，通話費用不高于1.8元/分鐘。新系統的資費要在各類用戶的可接受范圍內，尤其是要確保系統在使用過程中的穩定性和可靠性。

12）安全管理等政府需要。若把系統用于安全管理等政府部門時，則對于系統的成熟、穩定性要求較高，并要求終端設備有可升級性。

（7）需求狀況小結

奧普圖斯公司網絡管理中心

1）綜上所述，我國衛星移動通信需求巨大，2015年前后，手持、便攜、車載等低速終端用戶的數量約28萬～32萬部，寬帶通信用戶約500部（政府用戶），數據通信終端約31萬部，需5000～6000個衛星信道方可滿足使用要求；至2020年，手持、便攜、車載等低速話音通信終端用戶的數量約170萬部，寬帶通信用戶超過50萬部，單/雙向數據通信終端約260萬部，需2～3顆衛星方可滿足使用要求。

2）潛在需求并不等同于市場需求或實際應用市場。市場是一個需要培育、發展的過程，根據目前的衛星移動通信使用現狀，可以預期未來10年內，衛星移動通信用戶將達百萬以上，對衛星移動通信鏈路的需求至少將達到10000條以上。

3）要達到上述目標，將潛在需求變成實際應用，首先必須依賴于國家有一個有利于衛星移動通信事業發展的政策；其次，有一個高效、能干的組織機構；第三是有一個科學的頂層規劃和設計，一個可實施和操作的科學方案與合理的實現途徑及有效的保證措施；第四是有一個合理的運營模式和資費政策。

奧普圖斯公司啟動第一個澳大利亞通用分組無線業務（GPRS）

4 系統建設的總體原則和總體思路

建設原則

1）系統定位：該系統應定位為國家重大公益型項目，是國家重大公共基礎設施之一，重點服務于國家信息安全、社會穩定、應急救災、“村村通”工程等國家普遍服務，以保障國民經濟穩定、協調和可持續發展。

2）建設原則：系統建設必須遵循高可靠性和低風險度的原則，在有條件的情況下，盡可能地引進國外先進技術和成熟技術，采用各種可能的技術措施和管理措施，將技術風險和進度風險降至最低。

3）業務區域：近期應重點解決國內及周邊地區和周邊海域覆蓋的衛星移動通信問題，建設區域性的衛星移動通信系統；遠期目標是逐步建成全球覆蓋的高軌衛星和低軌衛星星座組成的全球衛星移動通信系統。

4）設計目標：衛星系統應能支持手持終端間的通信能力，系統建設和技術體制的選擇既要采用成熟技術，又能兼容未來的技術發展和應用擴展能力，并與地面移動通信網互聯互通，實現天地融合的移動通信網。

5）實施步驟：要按照統籌兼顧、分步實施的方針進行精細規劃和部署，做好頂層規劃和設計，分階段、分步驟實施。近期解決有無問題，發展以區域覆蓋為主的窄帶衛星移動通信系統；中期達到技術先進，支持手機“一跳”，支持寬、窄帶業務相兼容的全數字化衛星移動通信系統；遠期考慮全球覆蓋的衛星星座的發展需求，并逐步由國家公益型項目向市場化運作發展。

總體設想

我國衛星移動通信系統總的發展目標擬分為三步。

第一步：2010年上半年，搭載了S頻段轉發器的中星-6A通信衛星成功發射并投入使用，以啟用和保護S頻段資源，并開展了相應的系統體制試驗和基本實驗應用；現計劃在2015年發射我國首顆地球靜止軌道移動通信衛星，建成我國獨立自主的、采用模擬技術的衛星移動通信系統。

第二步：2018年，完成我國地球靜止軌道衛星移動通信系統的第二階段建設，從而建成更為先進、通信容量更大、功能更強的全數字化技術、支持衛星

熱點焦點手機“一跳”通信的衛星移動通信系統。

第三步：2025年，完成大容量、全數字化、兼顧寬帶通信的地球靜止軌道衛星移動通信系統，實現衛星移動通信與地面蜂窩移動通信系統的有機結合，在我國領土及周邊區域構建一套具有完整自主知識產權的天地一體化地球靜止軌道衛星移動通信網絡，使我國衛星移動通信的技術水平躋身國際先進行列。同時，擇機考慮發射低地球軌道星座衛星，最終建成由高軌衛星和低軌衛星并存，以中國及其周邊地區覆蓋為主、兼顧全球通信需求的衛星移動通信系統。

衛星的設計，要求頻率和極化配置等技術狀態相同（后續單顆衛星僅占約5MHz頻帶即可滿足要求），可以同頻、同覆蓋、不同軌，每顆衛星均覆蓋全國及周邊海域，既可互為備份，又能互為補充。

對于地面操作運營系統的設計，應具有支持2顆以上移動通信衛星系統的擴展能力，以此實現系統設計的最優化，效益的最大化，系統良性循環和穩定、可持續的發展。

阿聯酋瑟拉亞-2移動通信衛星在軌飛行示意圖

頂層規劃、合理分配和高效使用衛星頻率資源

在國家無線電管理局等主管部門的正確領導和具體指導下，在國家各工業部門和研究部門的努力下，我國的S頻段衛星移動通信頻率資源，從87.5°（E）～130°（E）軌位范圍內的可視空間弧段和系統應用視場范圍內已具有優先地位。如何全面、有效地保護并高效使用好S頻段頻率資源是目前擺在我們面前的2個重要課題。

首先，應該做好整個項目的頂層設計，統籌規劃，制定15～20年內我國移動通信衛星建設的總體規劃和計劃，兼顧遠近（近期計劃和長遠規劃）、高低并存（高軌衛星以區域覆蓋為主，低軌星座以全球覆蓋為主）、軍民需求等因素，合理分配、高效利用僅有的S頻段頻率資源。一般來講，由于衛星使用了多點波束，衛星的頻率復用次數可達十幾次到數十次，所以1顆移動通信衛星使用約5MHz業務頻帶即可。

其次，實際的衛星建設方案設計和計劃安排，既要保證衛星頻率資源的高效利用，同時也應能有效地保護我國現有衛星軌道位置和頻率資源的優先地位，并盡可能快地加速我國第一顆移動通信衛星的發射和系統的運營。

同時，應按照制定的總體規劃要求，將實際衛星移動通信系統的建設計劃同國際電信聯盟資料的滾動申報有機結合起來，適時地向國際電信聯盟進行資料的滾動申報，并做好國際電信聯盟衛星網絡資料的協調和維護工作。

總之，發展我國衛星移動通信系統，需要認真做好系統的頂層規劃和設計，統籌兼顧，分步實施，加強項目方案設計和執行的科學性、合理性及高效性，加快我國衛星移動通信系統的建設和發展；其次，需要合理分配、高效利用彌足珍貴的軌道位置和頻率資源；同時，在未來后續的國際電信聯盟衛星網絡資料申報和維護工作中，要結合我國衛星移動通信系統的總體發展規劃，有計劃、分步驟、并具前瞻性地申報后續固定衛星、非靜止軌道衛星的衛星移動業務頻段的衛星網絡資料，以滿足我國衛星移動通信系統的長期、可持續發展要求。■