我国卫星移动通信系统需求调研和建设的若干建议

闵长宁（中国卫星通信集团有限公司）

□□我国从20世纪90年代初就开始研究、制定发展自己的卫星移动通信系统方案。卫星移动通信系统既能弥补地面移动网的不足，又可以作为地面移动网的延伸，从而满足漫游通信以及地面通信网覆盖不到地区进行通信的需要。使用卫星移动通信系统可以解决占国土面积50%左右、地面蜂窝网难以覆盖的稀路由通信地区的通信；能满足大量的货运、海运、航空、野外勘探、抢险救灾及国防等移动载体“动中通”业务的迫切需求；它是解决全国不能通电话的自然村通信问题的最有效途径；可为党中央、国务院在第一时间掌握灾区情况，决策救灾部署提供依据的重要通信手段；同时，它也是解决灾害发生过程中通信的唯一应急通信手段。

1 重大意义和必要性

保护卫星轨道位置和频率资源

《无线电规则》将空间业务资源的申请与应用规定为两种方式，即“先登先占”程序和“资源规划”程序。卫星移动业务常用频段的申请和使用均需履行“先登先占”程序，先申报的卫星网络具有较高的协调地位，可优先使用，后申报的卫星网络不得对其产生有害干扰，申报的卫星网络有7年的应用时限。

卫星移动业务使用频率情况：

1）1626.5～1660.5MHz（上行）/1525～1559MHz（下行）。目前，国际移动卫星公司（INMARSAT）的国际移动卫星-4（Inmarsat-4）、印度尼西亚的“亚洲蜂窝卫星”（ACeS）、阿联酋的“瑟拉亚”（Thuraya）卫星和澳大利亚的“奥普图斯”（Optus）卫星已在使用该频段，所以再使用这一频段协调难度较大。

2）1980～2010MHz（上行）/2170～2200MHz（下行）。在该频段目前仅有美国的地网星-1（TerreStar-1）卫星移动通信系统实际投入使用。我国对该频段的划分与国际类似，并已将该频段预留给空间业务。

卫星移动通信网络的一个重要特点表现为一旦某个卫星网络被启用和实际应用，将严重制约同频段、同半球其他卫星网络的应用。

2004年7月，我国申报了115.5°（E）和125°（E）S频段移动通信卫星网络（C资料），2006年10月之后申报了87.5°（E）和110.5°（E）S频段后继卫星网络。由此可见，115.5°（E）和125°（E）通信网络S频段卫星移动业务的申报地位较高，并有很高可应用性和实用价值。2009年以来，我国又在若干不同的轨道位置向国际电信联盟（ITU）陆续申报了新的卫星移动业务网络。

由于网络的启用存在期限，唯有启用这些网络才能将这些纸上的频率申请转化为真正的国家战略资源。卫星轨道位置和频率资源的稀缺性和独占性反映在国家层面上，与国家的长远利益和空间事业的发展紧密相关，事关国家在外太空领域国家主权的重大问题。随着中星-6A（也叫鑫诺-6）卫星的成功发射和运营，以及卫星移动通信系统的启动和建设，我国 S频段卫星移动业务网络资料将具有更为有效的优先级地位，并将对我国卫星移动通信发展起到保驾护航的作用。

国际移动卫星-4在轨飞行示意图

符合国家科技和产业化发展方向

由于我国新一代大容量、大功率卫星平台—东方红-4已成功应用，我国“长征”系列火箭的地球同步转移轨道运载能力也超过了5t，再加上发展我国移动通信卫星项目各项新技术的研发均得到突破，包括大型卫星天线技术、卫星波束成形网络技术、卫星星上处理和交换技术、卫星功率动态分配技术以及卫星氙粒子发动机技术等均取得了重大进展，这些都为我国第一代移动通信卫星系统的建设奠定了重要基础。

卫星移动通信系统的建设是一项复杂的系统工程，发展该系统对于促进国家各基础学科和领域新的跨越式发展，带动并直接形成新的、规模化的产业制造链和应用链，实现技术上的自主创新、产业上的规模跨越，具有巨大的推动作用。

符合自主知识产权国策、维护信息安全

早在20世纪90年代我国就已开始订购地球静止轨道（GEO）移动通信卫星—“亚太移动电信卫星”（APMT），但后来因为受制于美国的制裁而流产。目前，全球已有多个卫星移动通信系统。

我国幅员辽阔，但通信业的发展极不平衡，通信鸿沟制约着人们的沟通与联系，且国内各运营单位目前均是代理国外的卫星移动通信系统，并不掌握业务发展和传输的主导权，难以获得完备的通信安全机制，有效保证我国的通信安全。只有加速发展我国自主卫星移动通信系统的建设和运营工作，才能摆脱这种受制于人的窘境，确保我国的卫星通信传输安全。

2 发展趋势及启示

国外卫星移动通信系统的发展趋势

从业务需求上，最初的卫星移动通信系统以支持话音业务为主，即支持小型化移动终端。后来的卫星移动通信系统主要支持手持式移动终端和数据业务，并可以利用低地球轨道（LEO）卫星移动通信系统实现全球无缝通信。新一代及未来的卫星移动通信主要表现在全球无缝宽带和窄带综合的多媒体移动通信业务。

从通信技术上，同地面其他通信网一样，卫星移动通信系统经历了窄带卫星移动通信系统、宽带卫星移动通信系统的主要发展阶段，它们基本上采用了地面上成熟的先进通信技术，并向星地一体化的方向发展。

地球静止轨道移动通信卫星的能力已显著提高，如美国移动卫星风险公司（MSV）的“天地”（SkyTerra）卫星，等效全向辐射功率（EIRP）达到79dBW，G/T值达到21dB/K，点波束数多达500个，能为移动用户提供与3G兼容的宽带数据服务。新的卫星移动通信系统采用辅助地面组件（ATC）技术，卫星和大量的辅助地面组件将构成天地一体化的无缝切换。

国内卫星移动通信系统发展现状

我国民用通信卫星主要在公用通信业务、专用通信业务、广播电视传输业务等领域提供卫星通信服务。虽然我国在民用地球静止轨道卫星移动通信系统领域还属空白，但在卫星移动通信系统建设方面已开展了相关的前期预研攻关工作，使空间大型可展开天线技术、多波束馈源阵列技术、数字波束形成网络技术等一些关键技术有了突破和进展。不过，目前我国少量的民用卫星移动通信系统仍依赖于国外的移动卫星开展业务。

能为移动用户提供与3G兼容的宽带数据服务的“天地”卫星

启示

综合分析目前及未来国外卫星移动通信系统的建设、发展和运营经验，对我们是有一些启示的。

1）从系统层面分析：移动通信卫星系统的轨道方案直接决定了系统对地面的覆盖特性。国外移动通信卫星系统的轨道方案无一不是从具体的覆盖和通信需求出发进行选择和设计，现已呈现出以高轨（地球静止轨道）、区域业务覆盖为主，且高、低轨移动通信卫星系统并存，区域覆盖和全球覆盖并存的态势。我国移动通信卫星系统的轨道方案设计也必须根据我国的地理位置、国土面积以及目前境内外移动通信卫星的具体需求而定，加强系统的顶层规划和设计，以及频率资源的统筹规划和高效利用：须重点考虑和兼顾近期实施计划和长远总体规划及布局（远、近），以发展静止轨道移动通信卫星系统为主，同时兼顾低轨移动通信卫星系统发展；以及军用和民用通信的未来需求，支持分阶段建设能力和灵活的扩展升级能力。

2）从业务层面分析：在国外卫星移动通信的发展趋势中，非常重要的一点就是宽窄带融合，多业务、多服务对象可以灵活配置，这对我国卫星移动通信系统的发展具有十分重要的借鉴意义。初期的卫星移动通信系统应以解决有无、窄带通信、数据通信为主，重点解决话音、数据和适当带宽的图片和视频。后续的卫星移动通信系统则应避免建设一个业务过于单一、灵活性差的系统，必须在设计系统时就要充分考虑到窄带宽带、多种业务的综合，以及对军用和民用两大类需求用户的支持。

3）从应用层面分析：国外已运营的卫星移动通信系统的客户群主要以政府、公益以及大型企业集团的客户为主，更多的是适用于政府应急、抢险救灾、搜救及稀路由通信等。因此，我国的卫星移动通信系统的建设宜定位为国家公共信息基础设施的重要组成部分，项目的建设、实施和应用应充分发挥国家的主导地位和作用。

4）从技术层面分析：卫星移动通信系统是一个十分复杂的系统，涉及的专业领域众多，设计难度极大，整个系统具有高投入、高技术和高风险的特点。从国外各种卫星移动通信系统的发展我们可以看到，采用最先进的技术并不一定能使系统运作成功，相反可能带来实现难度大、技术完善周期长等缺点。科学的途径应该是在深入跟踪国外技术发展趋势的同时，注意与我国的实际设计及制造水平相匹配。

卫星移动通信系统可用于抢险救灾

3 我国卫星移动通信业务需求调研和分析

基本需求

卫星移动通信的基本需求主要是国家的公益性需求，重点表现为以下几点。

1） 政府应急通信和抢险救灾的利器：它可为抢险救灾中的指挥、决策、救援提供快速通信保障和视频传输，进行实时的灾情信息传递。卫星移动通信是在灾害发生过程中第一时间解决信息传输的唯一手段。

2）“村村通”工程：它可以解决国内剩余约5% 的20户以上自然村电话及数据通信的重要手段。

3）海洋开发、渔业渔政通信和安全的重要解决手段：例如，它可以用于100余万艘渔船出海捕鱼的通信、安全和遇险搜救。

4）公共安全：它包括公安、武警（维稳、反恐、缉毒、边防、消防等）、海关、交警的通信保障。

5）其他的需求：它包括一些商业需求，如用于地面移动网无法覆盖地区的个人移动通信、科学考察、登山探险、海上救生、物流（货运、海运、航空……）、数据采集（石油、地质、水文、危化品监测……）等。

但最基本的需求是以政府的应急通信、抢险救灾、“村村通”工程及渔业通信等国家公益性业务为主。

主要需求调研情况

通过在浙江、西藏、海南、四川、新疆、江西等地，对国家海洋渔业和渔政、减灾、应急、公共安全等方面的卫星移动通信需求进行调研和分析可以看出，我国在卫星移动通信领域具有巨大的应用需求。

（1）海洋渔业系统的需求

我国渔业大省有浙江、山东、广东、福建、广西、海南等沿海省份。

浙江全省共有各类60马力（1马力=0.7335kW）以上的海洋渔业船舶4万余艘，60马力以下的渔船约2万余艘（包括内陆渔船）。

2004年起，浙江着手建设“浙江省海洋渔业船舶安全救助信息系统”，以实现船舶日常安全监控、作业水域监控以及遇险船舶搜救等任务目标，重点解决了渔船海上事故频发、渔船涉外纠纷和违规作业时有发生等船舶的安全监控和实施救援问题。截止2009年底，已装备该系统的船只约3万艘，其中装备了“北斗”设备与海事通信终端设备的渔船约1.6万艘（配备“北斗”设备的9000艘）。目前短信通信已基本解决，话音通信手段尚不具备。

渔民经常数月出海捕鱼，由于不具备通话手段，其与家人的主要通信方式是依靠卫星短信通信，仅浙江省船与船之间的短信通信量约为33万条/月，岸向船发送的短信量约5万条/月，船向岸发送的短信量约7万条/月。

目前，我国海洋渔业大马力渔船超过33万艘，中小马力渔船超过100万艘。由于现有各种通信手段（手机、超短波、短波、“北斗”短信）都存在各种弊端，所以无法满足渔船和渔政指挥的需要，尤其是通话需求。在目前的条件下，渔业渔政将是一个巨大、潜在的卫星移动客户市场。卫星移动通信系统建成、运营，并经过3～5年的市场培育后，未来渔业的基本需求可达数十万用户。

将数据、话音、视频等信息通过卫星移动通信系统传送到用户中心，实现新闻采集、应急指挥等移动通信应用

（2）减灾救灾的需求

现有通信手段主要包括手机、短波通信、“国际移动卫星”等，它们存在各种弊端，无法满足需要。进行减灾救灾的基本需求包括两个方面：

一是灾害预警需求。对全国地震、洪涝、泥石流、雨雪冰冻、台风、道路事故等进行灾害预警，需要百万以上卫星预警报警终端，可将其安装在城市社区、学校、车站、机场等重要场所，以及县、乡、村，提供预警警报、紧急防灾、保护和挽救生命。

二是对终端数量及性能和功能的需求。全国减灾救灾四级应急指挥体系，如要保障县乡镇至中央的通信畅通，至少需要30万部以上卫星移动通信终端。若系统稳定和容量足够，可把通信装备配置到村信息员，将需要70万部终端。

（3）防汛的需求

我国主要有七大江河流域和几十万座各种水库。同时，我国江河湖泊众多，自古以来洪水、台风、泥石流等自然灾害频发，水患不断。但是，目前全国水利系统的通信手段十分薄弱，主要依靠短波、超短波、微波、地面移动通信、固定卫星通信等，无法满足水文观测和防洪应急指挥的需要。同时，人们的观念也在发生转变：过去希望自建专用的水文观测和防洪应急指挥调度通信系统；而今的观念不一定是自建系统，而更多的是希望去购买专业通信服务，提高通信保障能力，从而提高全国水利系统的水利调度能力、防洪抗洪能力和效率。

考虑到水库和江河流域情况，重点包括解决相当数量尚无通信手段水库的通信问题、水库的应急通信手段储备，以及七大流域管理系统、2300个县一级防汛指挥部门应急通信需求，至少需要数万部卫星手持终端以及十数万台水文自动监测数据终端。

能为北美的乡村、城市和其他偏远地区提供一种高质量、低成本的无缝隙网络服务的地网星-1卫星

（4）“村村通”工程的需求

实施“村村通”工程近10年来，我国累计投入资金近千亿，农村信息通信基础设施得到跨越式发展，电信普遍服务取得长足进步。2011年初，随着西藏最后一批行政村开通电话，标志着中国大陆行政村全面实现了“村村通电话、乡乡能上网”的农村通信发展规划目标。但目前仍有近6%的近20万个自然村需要解决通电话的问题，而且每个村通电话的平均成本已经上升到数十万元，安装、维护十分困难。而支持手机通信的卫星移动通信系统，对于解决剩余的难以攻坚的自然村通话问题来说仍不失为一个非常有效的途径。

（5）其他需求

· 森林防火：全国森林火情自动监测报警系统和终端；

· 边防线监控：全国边防、海防线情况自动监测报警系统和终端；

· 环境监测：全国环境自动监测；

· 安全生产、输油输气管线监控；

· 商业需求：旅游、商务、野外勘探作业等。

（6）系统性能、功能要求

目前，各业务部门对卫星移动通信系统的使用、功能和性能已提出了具体要求，重点包括：

1）业务种类。除具有话音等通信功能外，终端需具备定位功能、高速视频信号回传功能以及支持话音、信息功能，以满足渔业情况实时交流的需要（船岸之间），并可以结合现有的安全监控系统，支持船舶信息监控。

2）海上紧急情况下的使用。考虑到船舶遇险的特殊情况，船载终端要求在弃船以后可以与船体分离，从而可以手持使用。

3）双模使用。终端可支持在卫星与地面两种模式下的使用。首先需要解决话音通信问题。对于报警电话、公益电话等特殊应用，建议免费使用；对于特殊地区，终端多在高海拔、低温、低压的条件下使用（手持终端要求温度为-40～50℃），设计手持终端时需考虑在此条件下的待机时间和使用时间。

4）卫星覆盖。需满足国家对缉私、反恐、渔业渔政、海洋开发等重要需求，包括东海、南海及西部等地区。

5）船上电源的兼容性。渔船上有主机、辅机和电平3种供电方式，建议卫星终端用电选用直流24V或13.8V，并考虑电压不稳的情况（高压冲击、高低压保护），终端安装时需与船体完全隔离。

6）信息广播功能。它可支持系统内用户的信息群发。

7）船上设备的使用环境。卫星终端需采用防腐、防潮、防盐雾设计，特别是终端设备的各接口部位，同时还需要考虑终端设备可能长期闲置的情况（我国有3个月左右的休渔期）。

8）系统制式。现阶段国内已装备了一定数量的卫星移动通信终端，建议在新系统设计期间考虑与现有终端的兼容问题，从而更有利于新系统的推广使用。

9）系统成熟度。这是由于以往在卫星移动通信系统使用中的各种情况及经验教训，管理部门对于系统成熟度的要求较高，要求系统运行稳定、可靠，用户终端可靠、可用。

10）运营及售后服务。对于渔民在实际使用中所遇到的问题，要求能及时得到解决。

11）通信质量及资费。现有系统的每部终端价格约在1万元人民币以下并逐步下降，通话费用不高于1.8元/分钟。新系统的资费要在各类用户的可接受范围内，尤其是要确保系统在使用过程中的稳定性和可靠性。

12）安全管理等政府需要。若把系统用于安全管理等政府部门时，则对于系统的成熟、稳定性要求较高，并要求终端设备有可升级性。

（7）需求状况小结

奥普图斯公司网络管理中心

1）综上所述，我国卫星移动通信需求巨大，2015年前后，手持、便携、车载等低速终端用户的数量约28万～32万部，宽带通信用户约500部（政府用户），数据通信终端约31万部，需5000～6000个卫星信道方可满足使用要求；至2020年，手持、便携、车载等低速话音通信终端用户的数量约170万部，宽带通信用户超过50万部，单/双向数据通信终端约260万部，需2～3颗卫星方可满足使用要求。

2）潜在需求并不等同于市场需求或实际应用市场。市场是一个需要培育、发展的过程，根据目前的卫星移动通信使用现状，可以预期未来10年内，卫星移动通信用户将达百万以上，对卫星移动通信链路的需求至少将达到10000条以上。

3）要达到上述目标，将潜在需求变成实际应用，首先必须依赖于国家有一个有利于卫星移动通信事业发展的政策；其次，有一个高效、能干的组织机构；第三是有一个科学的顶层规划和设计，一个可实施和操作的科学方案与合理的实现途径及有效的保证措施；第四是有一个合理的运营模式和资费政策。

奥普图斯公司启动第一个澳大利亚通用分组无线业务（GPRS）

4 系统建设的总体原则和总体思路

建设原则

1）系统定位：该系统应定位为国家重大公益型项目，是国家重大公共基础设施之一，重点服务于国家信息安全、社会稳定、应急救灾、“村村通”工程等国家普遍服务，以保障国民经济稳定、协调和可持续发展。

2）建设原则：系统建设必须遵循高可靠性和低风险度的原则，在有条件的情况下，尽可能地引进国外先进技术和成熟技术，采用各种可能的技术措施和管理措施，将技术风险和进度风险降至最低。

3）业务区域：近期应重点解决国内及周边地区和周边海域覆盖的卫星移动通信问题，建设区域性的卫星移动通信系统；远期目标是逐步建成全球覆盖的高轨卫星和低轨卫星星座组成的全球卫星移动通信系统。

4）设计目标：卫星系统应能支持手持终端间的通信能力，系统建设和技术体制的选择既要采用成熟技术，又能兼容未来的技术发展和应用扩展能力，并与地面移动通信网互联互通，实现天地融合的移动通信网。

5）实施步骤：要按照统筹兼顾、分步实施的方针进行精细规划和部署，做好顶层规划和设计，分阶段、分步骤实施。近期解决有无问题，发展以区域覆盖为主的窄带卫星移动通信系统；中期达到技术先进，支持手机“一跳”，支持宽、窄带业务相兼容的全数字化卫星移动通信系统；远期考虑全球覆盖的卫星星座的发展需求，并逐步由国家公益型项目向市场化运作发展。

总体设想

我国卫星移动通信系统总的发展目标拟分为三步。

第一步：2010年上半年，搭载了S频段转发器的中星-6A通信卫星成功发射并投入使用，以启用和保护S频段资源，并开展了相应的系统体制试验和基本实验应用；现计划在2015年发射我国首颗地球静止轨道移动通信卫星，建成我国独立自主的、采用模拟技术的卫星移动通信系统。

第二步：2018年，完成我国地球静止轨道卫星移动通信系统的第二阶段建设，从而建成更为先进、通信容量更大、功能更强的全数字化技术、支持卫星

热点焦点手机“一跳”通信的卫星移动通信系统。

第三步：2025年，完成大容量、全数字化、兼顾宽带通信的地球静止轨道卫星移动通信系统，实现卫星移动通信与地面蜂窝移动通信系统的有机结合，在我国领土及周边区域构建一套具有完整自主知识产权的天地一体化地球静止轨道卫星移动通信网络，使我国卫星移动通信的技术水平跻身国际先进行列。同时，择机考虑发射低地球轨道星座卫星，最终建成由高轨卫星和低轨卫星并存，以中国及其周边地区覆盖为主、兼顾全球通信需求的卫星移动通信系统。

卫星的设计，要求频率和极化配置等技术状态相同（后续单颗卫星仅占约5MHz频带即可满足要求），可以同频、同覆盖、不同轨，每颗卫星均覆盖全国及周边海域，既可互为备份，又能互为补充。

对于地面操作运营系统的设计，应具有支持2颗以上移动通信卫星系统的扩展能力，以此实现系统设计的最优化，效益的最大化，系统良性循环和稳定、可持续的发展。

阿联酋瑟拉亚-2移动通信卫星在轨飞行示意图

顶层规划、合理分配和高效使用卫星频率资源

在国家无线电管理局等主管部门的正确领导和具体指导下，在国家各工业部门和研究部门的努力下，我国的S频段卫星移动通信频率资源，从87.5°（E）～130°（E）轨位范围内的可视空间弧段和系统应用视场范围内已具有优先地位。如何全面、有效地保护并高效使用好S频段频率资源是目前摆在我们面前的2个重要课题。

首先，应该做好整个项目的顶层设计，统筹规划，制定15～20年内我国移动通信卫星建设的总体规划和计划，兼顾远近（近期计划和长远规划）、高低并存（高轨卫星以区域覆盖为主，低轨星座以全球覆盖为主）、军民需求等因素，合理分配、高效利用仅有的S频段频率资源。一般来讲，由于卫星使用了多点波束，卫星的频率复用次数可达十几次到数十次，所以1颗移动通信卫星使用约5MHz业务频带即可。

其次，实际的卫星建设方案设计和计划安排，既要保证卫星频率资源的高效利用，同时也应能有效地保护我国现有卫星轨道位置和频率资源的优先地位，并尽可能快地加速我国第一颗移动通信卫星的发射和系统的运营。

同时，应按照制定的总体规划要求，将实际卫星移动通信系统的建设计划同国际电信联盟资料的滚动申报有机结合起来，适时地向国际电信联盟进行资料的滚动申报，并做好国际电信联盟卫星网络资料的协调和维护工作。

总之，发展我国卫星移动通信系统，需要认真做好系统的顶层规划和设计，统筹兼顾，分步实施，加强项目方案设计和执行的科学性、合理性及高效性，加快我国卫星移动通信系统的建设和发展；其次，需要合理分配、高效利用弥足珍贵的轨道位置和频率资源；同时，在未来后续的国际电信联盟卫星网络资料申报和维护工作中，要结合我国卫星移动通信系统的总体发展规划，有计划、分步骤、并具前瞻性地申报后续固定卫星、非静止轨道卫星的卫星移动业务频段的卫星网络资料，以满足我国卫星移动通信系统的长期、可持续发展要求。■