卫星移动通信的军民融合与发展

● 文| 解放军理工大学通信工程学院 李广侠 杜 锋

卫星移动通信的军民融合与发展

● 文| 解放军理工大学通信工程学院 李广侠 杜 锋

卫星移动通信可以为卫星覆盖地区提供地面通信基础设施不能提供的通信服务，是军用和民用卫星通信的发展热点。文章对卫星移动通信的军民融合与发展进行阐述，首先介绍了卫星移动通信的基本原理，提出了军民融合的发展需求，在分析了国外军民融合发展卫星通信经验的基础上，给出了我国军民融合发展我国卫星移动通信的思考和对策。

卫星移动通信 军民融合

一、卫星移动通信概述

1.卫星移动通信系统（MSS）的基本概念

卫星移动通信是指利用通信卫星实现移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信，是传统的卫星固定通信与移动通信交叉结合的产物。它既是一个提供移动业务的卫星通信系统,又是一个采用卫星作中继站的移动通信系统。

现有的地面通信基础设施不能为所有地区提供良好的通信服务，而在陆地、海上、空中、运输、救灾、军事等许多环境下又需要移动通信服务。卫星通信网络在这些场景下是唯一的选择。这就是卫星移动通信重新引起人们兴趣同时带来商机的原因。

卫星移动通信系统一般由空间段、地面段和用户端组成。空间段是通信卫星，也可以是GSO（同步轨道）卫星或者LEO、MEO卫星等；地面段一般包括中央站以及各类信关站等；用户端由各种用户终端组成，可以是手机、便携机，也可以是空中移动站、车载站、海上移动站等。

随着卫星移动技术的不断发展，目前已形成5大标准：

1）GSM（Global System for Mobile Communication）全球移动通信系统： ETSI开发了GMR（GEO Mobile Radio interface）系统，通过卫星接入到GSM核心网。移动终端可以是双模式，可使用地面GSM接口，地面信号消失时可使用GEO卫星的空中接口。

2）S-DMB（Satellite Digital Multimedia Broadcasting）卫星移动多媒体广播：由GEO卫星和安装在3G基站上的地面中继器组成，应用该标准韩国、日本、欧洲的3G网络可提供组播/广播服务。

3）DVB-SH（Digital Video Broadcasting-Satelliteservices to Handhelds）：ETSI移动广播标准，采用OFDM作为空中接口，为小型终端用户提供音/视频广播服务。

4）DVB-S2第二代数字视频广播标准：DVB-S2经扩展后支持移动用户服务，可为飞机、火车提供通信服务，被称为DVB-RCS+M标准。

5）S-UMTS（Satellite-Universal Mobile Telecommunication System）通用卫星移动通信系统：ETSI在卫星环境下对3G技术UMTS的扩展。不仅可补充UMTS系统对地面的覆盖，还将把UMTS服务扩展到地面移动网络未能覆盖的区域。

2.国外卫星移动通信系统发展现状

纵观这些年来国际上卫星移动通信系统的发展历程，可分为两条主线，即基于静止轨道卫星建立移动通信系统和基于低轨道卫星建立移动通信系统[1]。

基于GEO大卫星建立的系统主要包括国际移动卫星Inmarsat-4、亚洲蜂窝ACeS系统、阿联酋Thuraya、ICO G1和地网星TerreStar-1等，其主要特点是拥有大型可展开天线，并且能够实现从双模到地面增强的天地结合。

基于LEO小卫星建立的系统有铱星Iridium、全球星Globalstar和轨道通信卫星Orbcomm。它们均由多颗卫星组成，构成卫星星座，包含多波束天线，并且下一代卫星星座已经启动。

典型的移动卫星通信系统基本特征如下，见表1。

表1 MSS系统的基本特性

3. GEO移动通信卫星

Inmarsat移动卫星通信系统是最早提供全球卫星移动业务的商用通信系统。迄今为止，Inmarsat卫星移动通信系统已更新到第四代（Inmarsat-4），该第四代系统由3颗卫星覆盖全球，容量是第三代卫星的16 倍。

Inmarsat-4卫星可为全球绝大部分地区移动及固定用户提供服务，并与地面3G系统整合，共同构建了全球宽带局域网（BGAN）系统。

BGAN主要技术特点如下：

1）标准IP：邮件收发、文件传输、因特网接入及企业内部互联网，最高速率492kbit/s。

2）流媒体IP：能按要求确保提供不低于384 kbit/s的业务，还能以64 kbit/s 的速率支持ISDN。

3）电话：能够在传输数据业务的同时打电话，并提供语音信箱和其他标准的3G 移动补充服务。

4）文本：通过笔记本电脑连接到BGAN终端后能够发送和接收最长160个字符的文本信息。

5）FleetBroadband：BGAN的海上应用版本。

6）SwiftBroadband：BGAN的空中应用版本。

TerreStar-1卫星于2009年7月发射升空。TerreStar-1使用LS-1300S卫星平台，发射质量6910kg，整星功率14.2kW，其S频段转发器能产生500个以上点波束，天线展开后口径18m。可以与地面基站和标准无线设备进行通信联系，为北美的乡村、城市和其他偏远地区提供服务。

4. LEO移动通信卫星

从20世纪90年代初以来，提出利用中、低轨道卫星星座提供移动通信的方案很多，但真正发射组网进行运营的只有3个：铱星系统（Iridium）、全球星（Globalstar）和轨道通信（Orbcomm）系统。3个系统的主要技术特点见表2。

表2 国外典型LEO卫星移动通信系统

铱星系统目前在轨工作的卫星有66颗，运行轨道高度为780km，卫星具有星上处理和星上交换能力，并且卫星间具有星际链路，铱星系统用户之间的通信可以完全不依赖信关站而是通过铱卫星和星际链路实现通信。铱星采用极轨星座，分布在6个轨道面上，各个卫星会周期性通过两极地区。

全球星在轨工作卫星数量为48颗，轨道高度为1414km，卫星采用透明转发，无星上处理能力，卫星间无星际链路，用户必须通过信关站实现通信。

在下一代小卫星星座通信系统方面，全球星公司已率先开始了第二代“全球星”系统的建设。2006年12月全球星公司宣布开始研制第二代“全球星”，总耗资6.61亿欧元，其中约6.2亿用于卫星的设计和制造，单星成本仅为1700万美元，4100万欧元用于发射服务和发射支持服务，卫星寿命延长至15年，质量增加至700kg，整星功率从1000 W提高到1700W，用户速率提高到256kbit/s，支持语音、数据和视频业务。2010年10月开始发射第二代卫星，2013年2月最后6颗二代星发射升空，标志着第二代“全球星”系统完成部署。

下一代铱星系统在2014年开始以崭新的面貌呈现：计划由66颗LEO卫星组成极轨星座，单星质量850kg，其中通信载荷294kg，对地观测载荷约50kg；采用IP技术，使系统更容易与现有的系统和应用进行集成；加入GPS增强功能，称为IGPS；后向兼容现有终端和设备，并且搭载对地观测载荷；系统总投资预算为29亿美元；L频段信息速率1.5Mbit/s，Ka频段信息速率8Mbit/s。

二、军民融合发展的需求分析

2003年，英国首次将其军事通信卫星系统的采办、运管和经营全部交给私营公司负责。商业资本的深度介入几乎完全颠覆了传统军事通信卫星系统的建设与应用模式，开创了军事通信卫星公私合营的先河。军民融合发展的需求主要表现在四个方面：

（1）军、民用领域不断拓展[2]

卫星移动通信可以实现有线电话网和地面移动通信网都无法实现的广域覆盖，具有全球性、移动性、抗毁性和安全性等特点，是地震、洪水等自然灾害发生时唯一的应急通信手段。而在平时，卫星移动通信可以作为地面通信网的补充，共同为用户服务。

卫星移动通信具有机动性强，覆盖范围广，可靠性强，传输效率高等特点，非常适合于保障通信作战行动。在民用领域，卫星移动通信系统可运用于航海、远洋运输、科学考察、石油天然气勘探、地质、远程教育、新闻报道、林业等方面，而且适用领域还在不断拓宽，市场潜力巨大。

（2）军民用品界限逐渐模糊[3]

一方面价格在军用装备论证中占了较大比重，并不像以前单纯追求技术性能而忽略价格，军用装备在追求可靠性的同时，也越发注意产品价格。另一方面，民用产品的快速发展以及大规模应用，使得其在技术上与军用产品的差距逐渐缩小，民用系统在某些方面甚至比军用系统更加前沿。

另外，考虑到自主可控的安全性能以及军用产品国产化要求，也倾向于在牺牲产品部分性能的情况下坚持自有知识产权和自有产品的应用。

（3）发展通信星座系统的客观要求

军民融合发展通信星座系统也是客观要求[4]。首先，由于空间资源有限，军、地各建系统在频率、轨道资源上将受到制约；其次，空间系统投资高，用户数量有限，过度投资将造成巨大的资金浪费；第三，集中运维有利于星座平台的进一步发展；第四，星座系统将承担大量的应急业务，统一平台有利于用户间的互连互通。

（4）卫星应用产业发展的必然趋势

目前我国移动电话用户总计12.73亿，手机网民数量已超越台式电脑网民数量，我国已进入了移动互联网的高速发展时期，这对卫星移动通信的需求提供了巨大市场，卫星应用的产值也在逐年增大[5]。

卫星移动通信业务的发展趋势是从便携终端向手持终端发展，从单一话音业务向多种业务发展，从窄带业务向宽带业务发展，从单独组网到多网互联发展，实现与地面通信网互联互通，组成无缝覆盖的全球个人通信网[6]。

随着国防科技工业向民间资本开放引向深入，越来越多有实力的民营企业正在进入军工领域，百度公司在2014年年初的“两会”就已经表达了愿意参与航天产品研制的意愿。借助工业界的力量可以有效维护国内航天工业基础，使其保持竞争力、实现良性发展。同时，从长远角度来看，强大的航天工业基础也有利于保证军事航天能力的领先[7]。

此外，军民融合已在十八届三中全会上被确定为国家战略，航天器研制和业务需求会由现在的国家组织相关行业实施逐渐转变为国家向行业购买的模式[7]。

三、国外军民融合的发展趋势

1.美国商业卫星公司积极支持军用移动卫星通信的发展

美国军方超过80%的卫星通信能力来自于商用卫星。

2011年，Inmarsat公司宣布投资12亿美元开发下一代Ka频段卫星网络和Inmarsat-5星座，旨在支持该公司全新的全球Xpress服务，为军方和地方政府用户提供更强的卫星通信能力。

Iridium公司将为其下一代铱星采用一种分阶段部署的方法，旨在提供更大的吞吐能力、存储容量以及作战灵活性。

据NSR公司预计，无人机动中通能力的Ka频段市场价值到2018年将达到1.1亿美元。军用无人机系统将会结合使用军用和商用卫星系统，因为军用卫星系统能够提供加密和受保护的通信功能，而商用Ka频段系统支持驻停通信。

2.五大卫星移动通信公司发展战略各具特色

Inmarsat公司为了抵御美国从阿富汗撤军对公司未来的冲击，对决策流程进行了简化，以求更好地聚焦于缩小公司业务间的重叠并投资有益于整个分销渠道的市场开发活动。

Iridium公司在“机器对机器”（M2M）领域的技术创新已经取得成功，使得M2M成为公司2012年增长最快的业务领域。另外，开发了可以利用卫星电话讲iPad和智能手机等设备接入互联网的“铱星接入点”系列产品。

全球星公司（Globalstar）已率先开始发射第二代星座，认为“驱动”必须由消费者来驱动，公司正力推“不限时”的话音通信业务，以求打破按通话时长计费的业务模式，吸引更多消费者使用卫星电话业务。

轨道通信公司（Orbcomm）作为数据通信业务的专家，正全力开拓卫星“自动船只识别”（AIS）系统市场。

瑟拉亚公司（Thuraya）虽然尚未计划研制下一代卫星系统，但仍在不断发掘L频段卫星移动通信业务的真正潜力。随着美国光平方网络计划因干扰GPS信号而被迫停止，瑟拉亚公司也再次成为全球唯一的“天地双模”手机业务运营商。公司的运营理念是：运营商不仅有服务用户的责任，而且也有让用户享受高质量服务的义务。

3. 俄罗斯卫星通信地面站建设现状

2002年至今，俄军已装备了500多个各类型号的卫星地面站，其显著特点是抗干扰能力强、运输安装便捷、开通时间短、机动能力强。

俄军目前装备的卫星通信地面站主要包括P-438、P-439、P-440、P-441、P-792和P-793系列。其中P-438和P-439用于机动分队； P-440为系列组合型号设备，分为固定站和移动站， P-441其改进型为P-792和P-793用于海军舰艇，见表3。

表3 俄罗斯卫星通信地面站建设现状

四、 我国卫星移动通信发展的对策

1.军民结合S频段卫星移动通信系统

S频段卫星移动通信系统是我国独立立项建设的第一个卫星移动通信系统，采用GEO卫星109个点波束，覆盖我国领土和领海，可以开展话音、传真、数据和图像业务。该系统充分借鉴通信光缆建设的成功案例，军民结合、标准统一、资源共享，在保证军事应用的同时，为民用应急通信和边远、海洋通信提供保障。

2.信威-清华小卫星试验

2014年9月4日，我国成功发射了第一颗低轨移动通信试验卫星——灵巧通信试验卫星。卫星质量为131kg，运行在800km的高空，主要进行电话、数据、互联网、图像传输等在轨试验；卫星具有星上处理能力，其智能天线通过波束的自适应调整和软件的在轨更新，实现了“灵巧波束、灵巧波形”的有效载荷功能；这次高校与企业合作开启了新的卫星研发及运营机制，建立了探索民营企业投资、纳入国家计划、面向全球运营的寓军于民空间信息网络发展新模式[8]。

3.国内多家单位的小卫星项目

目前已有多家高校和企业参与小卫星的研制，并有航天科技集团DCS数据小卫星等项目立项。目前已成功发射卫星并运行的主要单位见表4。

表4 多单位的小卫星项目

4.军民融合是我国卫星移动通信的必然选择

我国目前还没有建成并运营的卫星移动通信系统，但是在人烟稀少的山区、草原、沙漠、海岛等地面基站无法覆盖的地区，对移动通信的需求却越来越大；同时，我军的使命和任务对卫星移动通信也提出了越来越多的要求。由于卫星的用户链路频段资源有限，不可再生，因而具有非常重要的战略意义，军民融合建设我国的卫星移动通信系统可以避免重复建设，提高资源的利用率，并可以集中力量开展空间业务，有助于抢占先机掌握主动权。

国外在发展军事卫星通信时充分考虑到自身的实际情况，采取了多种新颖的方式，巧妙地将民商资源引入到军事应用中，实现了卫星通信产业的良性循环，这种模式值得我国借鉴。

5.军民融合模式

主要包括军民共建、公私合营、商业卫星容量采购，以及军事载荷商业搭载等[9]。

1）军民共建：主要体现于军民两用卫星，主要特点是政府出资、公司运管和载荷区分使用。

2）公私合营：这种方式常见于基础设施建设，例如机场、水利和交通等工程，根据所有权的不同，公私合营还分为两种：一是系统外包且所有权发生转移的模式，典型代表是英国的天网卫星系统；二是系统外包但所有权不发生转移的模式，典型代表是德国的联邦国防军通信卫星系统，它将卫星系统的运管交由私营公司负责。

3）商业卫星容量采购：战场信息化进程和无人机广泛部署使军方对卫星容量的需求迅速增长，而军事专用系统能力与需求之间的差距给了商业卫星运营商重大的市场机遇。采购过程大体上可分为需求定义、资金落实、方案选择和签订合同等四个阶段。

4）军事载荷商业搭载：政府向商业卫星购买载荷，并提出一些限制性要求，例如轨位、安全性、载荷配置等。可以在政府和产业间共享成本和风险，同时二者的合作既可以充分利用产业的力量，还可以推动产业技术的发展。

在当前条件下，我国可深入开展军民共建卫星系统、商业容量租用、有效载荷搭载等方式的研究，为将来能力发展提供理论基础和方向指导。军民融合方式的分析应注重在获得卫星通信能力的同时促进卫星通信应用的推广和深化。以军民共建为例，军口和民口可以共同承担卫星系统的研制和发射费用，推动军事通信卫星项目的发展。卫星容量由军方和民用用户共同使用，不仅可在应急救灾等特殊事件情况下促进军民合作，民用领域的应用经验也可以推广到军事领域，加强地面应用装备的发展和应用经验的积累。

五、结束语

卫星移动通信充分发挥了卫星通信大范围、可移动、高带宽的优势，是军用和民用卫星通信的重要发展领域，借鉴国外经验，建设军民融合卫星移动通信系统是我国的卫星通信发展的必然趋势，随着我国经济的持续高速发展和“一带一路”战略的推进，民营资本和社会资金会高度关注卫星移动通信这样的国家基础设施的建设，如能制订切实可行的准入政策，发挥民营资本的投资积极性，推动军民融合产业的发展，必定能迎来卫星移动通信产业发展的春天。

[1]杨明川，谭学治，张中兆. 卫星移动通信技术与产业发展分析[C].上海：中国卫星应用产业论坛,2014，11.

[2]侯旭光，晏坚，赵建国.卫星移动通信系统关键技术分析与展望[J]. 数字通信世界，2011, 07.

[3]张轶群.卫星应用军民融合仍需发力[N].中国电子报，2014.

[4]汪宏武.变革中的卫星移动通信系统[EB/OL].中科院电子文集，2013,12.

[5]汪宏武，侯庆国.卫星应用产业机遇与新格局[C].上海：中国卫星应用产业论坛,2014,11.

[6]闵士权.卫星通信发展历史、现状和趋势[C].上海：中国卫星应用产业论坛,2014,11.

[7]李楠，马忠成.航天军工企业走军民融合发展道路策略探索[J]. 卫星应用，2015,03.

[8]清华大学-信威通信空天信息网络联合研究中心.多功能星座建设发展规划[C].上海：中国卫星应用产业论坛，2014,11.

[9]朱贵伟.军事卫星通信领域的军民融合[J].卫星应用，2014,09.