美國光平方公司網絡與GPS沖突事件分析及啟示

焦文海 吳海玲 李作虎（北京跟蹤與通信技術研究所） 耿國同 趙利平（中國國防科技信息中心）

□□自2011年初美國聯邦通信委員會（FCC）有條件地批準光平方公司關于在L頻段建設高速無線寬帶網絡的申請以來，圍繞該網絡對“全球定位系統”（GPS）干擾一事，美國內外展開了激烈的爭論和斗爭。2012年2月15日，FCC發布公告，宣布因存在對GPS的干擾問題，提議撤消之前對光平方公司的“有條件授權”，無限期暫停其輔助地面設施（ATC）網絡，并征詢公眾意見，從而使得這場GPS陣營與光平方公司之間耗時1年多、波及面極廣的“大戰”結果初見明朗。

1 光平方公司網絡概況

光平方公司網絡稱為高速無線寬帶網絡，是經FCC批準、由光平方公司建設的天地融合新一代移動通信網絡。該網絡計劃由2顆地球靜止軌道衛星和數萬個地面基站構成，以衛星移動通信為主，4G地面移動通信網絡作為補充，能覆蓋地面網絡設施無法到達的農村和偏遠地區、有效抵抗颶風等自然災害破壞，傳輸容量高達千兆比特每秒，可在北美地區提供全面覆蓋、高速可靠的話音和數據服務。該網絡建設項目受到美國政府機構和通信產業界熱捧，認為它能催生龐大的私人投資，5年內創造10萬個工作崗位，為美國經濟增長帶來活力。

GPS衛星星座

光平方公司已發射的天地－1（SkyTerra－1）衛星

光平方公司網絡2003年開始規劃建設，2010年11月發射了1顆衛星，并計劃近期發射另一顆衛星，地面網絡也在快速建設。目前經FCC批準，正采用雙模通信終端提供小范圍的衛星移動通信/長期演進（MSS/LTE）服務。光平方公司原定2012年建成覆蓋美國36%以上人口的地面網絡，2016年網絡覆蓋率達到92%以上。

2 事件基本情況

光平方公司網絡地面部分于2004年11月獲準使用L頻段1525～1559MHz頻譜。申請頻率時，由于該頻段與GPS使用的1559～1610MHz頻譜相鄰，FCC曾組織光平方公司和美國GPS產業委員會針對兩者的信號共存問題進行過協商。考慮到光平方公司網絡的地面部分只作為衛星鏈路的備份，且其基站數量和發射功率受到嚴格限制，該頻段最終獲得批準。

此后幾年，光平方公司為提高網絡性能和吸引更多用戶，先后多次要求FCC修改授權許可，放寬基站數量和發射功率限制。2010年11月18日光平方公司又向FCC遞交了一份修改授權申請，要求取消“只能提供MSS/LTE雙模終端”的限制，以便光平方公司網絡能夠使用僅支持地面4G網絡的單模終端，提高市場吸引力。由于這種單模終端不需要裝載衛星天線，與雙模終端相比體積更小、質量更輕，勢必吸引更多用戶加入網絡；而光平方公司也將因此提高地面基站的發射功率，并很可能將基站數量增加到4萬個，給相鄰頻段的GPS信號帶來嚴重干擾。近幾年GPS信號干擾問題一直牽動著業界脆弱的神經，這一申請招致了GPS業界的高度警覺和不滿。2011年1月26日，FCC初步考慮批準光平方公司申請的消息傳出之后，GPS業界迅速作出強烈回應。

2011年3月，美國航空、農業、運輸、建筑、測繪等產業及GPS設備制造和服務提供商共同成立“拯救GPS聯盟”。該聯盟委托咨詢機構對干擾嚴重程度及由此導致的生命財產安全和社會經濟損失進行評估，并派出代表在美國眾議院聽證會上發表證詞，要求美國政府機構甚至國會介入，向光平方公司和FCC施加壓力。光平方公司則辯稱其地面網絡信號完全符合設計標準，干擾問題是因為GPS接收機制造商不遵循GPS標準定位服務性能標準，未采用銳截止濾波器和設置足夠保護帶寬而造成的。

2011年9月，美國軍方正式介入，空軍航天司令部司令在國會上指責光平方公司網絡會導致美軍大量武器裝備降低甚至喪失作戰能力。2011年10月，美國國會下定決心，要求光平方公司暫停地面網絡建設。但光平方公司并未因此改變目標，而是在FCC支持下積極炮制新的技術申請提案，重點是研制開發新型濾波器等設備，并通過對現有GPS接收機進行加裝或改裝，以解決GPS接收機受干擾的問題。光平方公司還提出，愿意承擔政府部門接收機加裝或改裝濾波器所需的費用。但GPS業界不斷提出反對意見，認為光平方公司提出的解決方案根本無法解決高頻端10MHz對GPS的干擾問題，且接收機加改裝的費用高昂、周期冗長，不應將這部分費用轉嫁給GPS用戶或制造商。

2012年1月，美國國防部常務副部長和交通部常務副部長聯名致函商務部助理部長，明確表示沒有任何實際的解決方案能夠允許光平方寬帶服務計劃的實施。由于美國國防部和交通部副部長是天基定位、導航與授時（PNT）國家執行委員會的聯合主席，因此其言辭代表了迄今為止政府內部對此事最為強硬的表態。2月14日，FCC表示將無限期暫停光平方公司ATC服務授權。聯邦通信委員會的發言人表示，國家通信與信息管理局已得出結論，認為目前沒有現實的方法消除潛在干擾，因此委員會將不會取消“禁止光平方公司單獨提供地面網絡服務”的禁令。FCC提議：①撤銷之前“有條件批準光平方單模申請”的授權；②無限期暫停光平方ATC授權。2月15日，FCC就上述提議正式發出公告。目前，光平方公司外患內憂，在債務危機的壓力下大幅裁員，首席執行官已經辭職。

3 分析判斷

光平方公司網絡與GPS沖突事件引起了美國國會、相關部門和廣大民眾的高度關注，各方的立場不同，觀點和看法也不盡一致。綜合各方觀點、有關事實和數據，筆者有以下兩點判斷：

（1）光平方公司網絡會對包括GPS在內的多個全球衛星導航系統造成嚴重干擾

光平方公司主張建設的地面網絡會對現有GPS系統產生嚴重影響。根據美國航空無線電技術委員會的測試結果，工作在1550.2～1555.2MHz的光平方地面網絡，可導致600m高空的航空GPS接收機喪失功能。美國國家天基PNT執行委員會組織的測試評估結果表明，高精度GPS接收機在距離光平方公司網絡地面基站6～7km時就無法正常工作。FCC組織測試的七類民用GPS接收機，都因為光平方網絡信號的干擾，性能受到不同程度的影響。美國佳明國際公司生產的車載導航設備在距離光平方公司網絡地面基站不到6km時發現干擾，距離接近3km時靈敏度下降10dB，無法在城市環境中進行定位，距離約1km時在空曠環境中無法工作。

GPS－2RM衛星在軌飛行示意圖

光平方公司網絡還會對歐洲“伽利略”（Galileo）系統和“北斗”系統構成潛在的威脅。根據歐洲航天局的測試分析，光平方公司網絡地面基站發射的信號可對數百米至數百千米范圍內多種類型的Galileo接收機產生嚴重干擾。“北斗”系統使用的B1信號下邊帶中心頻率為1561.1MHz，距離光平方公司網絡地面部分使用的頻段只相差2.1MHz，理論上會比GPS受到更為嚴重的干擾。

（2）光平方公司網絡與GPS之爭已見分曉

此次光平方公司與GPS業界的矛盾沖突，既涉及雙方的根本利益，也關乎美國未來的經濟發展和國防安全。從當前態勢看，FCC迫于多方壓力撤銷最初的批準，使光平方公司向GPS做出讓步，并在其他頻段尋找所需頻譜。

當初討論的解決方案主要有4種：一是改用光平方公司其他頻段；二是光平方公司修改基站天線；三是降低光平方公司地面基站發射功率，四是GPS接收機加裝新的濾波器。這些方案都需要光平方公司網絡和GPS一方或雙方系統進行改造。對GPS業界而言，由于GPS系統已運行多年，民用和軍用領域都擁有龐大的用戶群，要完成所有GPS終端改造，需要付出難以估量的時間、經濟代價。僅在國防領域，據美國空軍航天司令部估計，要改造美軍數百萬GPS終端，至少需花費幾十億美元和10年以上時間。而對光平方公司來說，修改天線設計或調整發射功率，雖然所需經濟和時間成本較低，但均不能有效解決GPS干擾問題；唯一能夠徹底解決GPS干擾問題的方案就是另尋頻段，而這樣一來，光平方公司前期數十億美元的系統建設投資將嚴重受損，美國政府期待光平方公司網絡為美國創造1200億美元經濟收益的設想也將無限期拖后。因此，對美國國會和政府來說，否決光平方公司網絡建設，實在是經過艱難權衡后萬般無奈的抉擇。

4 啟示

光平方公司網絡對GPS干擾事件，是2011年以來衛星導航領域最為矚目的大事之一，折射出衛星導航系統的固有脆弱性以及與其他系統的矛盾沖突等重大問題，對我國“北斗”系統建設具有重要的警示和啟發意義。

未來的GPS－3衛星

（1）要注重我國“北斗”系統干擾問題的前瞻性研究與預防

目前，我國正在研究的4G移動通信系統以地面網絡為主，考慮使用的頻段將在2.3GHz和2.6GHz附近，與“北斗”系統頻段相距較遠，尚不會對“北斗”系統造成干擾。但隨著技術體制快速演變，用頻系統日益增多，配額頻段愈發擁擠，很難保證將來不出現對“北斗”構成嚴重干擾的通信系統。對此，我們要保持高度警覺，積極開展預測研究，提早制定預防策略，以免將來遇到類似事件時措手不及。

（2）要加強與新建無線通信系統的頻率協調

通信和導航都是我國國民經濟和社會發展的重大戰略產業，但二者歸屬不同部門管理，在各自發展過程中容易出現信號沖突的情況；而衛星導航系統的信號較弱，對干擾信號較為敏感，容易受到其他用頻系統的影響。為此，要加強與其他部門的溝通協調，以免造成類似光平方公司網絡干擾GPS而導致的這種“進退兩難”的局面。

（3）積極發展和采用先進的抗干擾技術

針對衛星導航系統工作原理和技術體制上存在的固有脆弱性，研究發展和積極采用高增益點波束天線、信號完好性監測、自適應抗干擾濾波等先進的抗干擾技術，在不斷提高衛星導航系統下行鏈路信號質量的同時，有效屏蔽和濾除來自相鄰頻段其他信號的影響，確保“北斗”系統能在日益復雜的電磁環境下向用戶提供可靠穩健的服務。