欧洲O3b星座系统发展现状与分析

张有志 王震华 张更新（ 海军装备部信息系统局， 装备发展部驻74厂军代室， 解放军理工大学）

欧洲O3b星座系统发展现状与分析

Status and Analysis of O3b Constellation System

张有志1王震华2张更新3（1 海军装备部信息系统局，2 装备发展部驻714厂军代室，3 解放军理工大学）

欧洲另外三十亿人（O3b）星座系统是目前全球唯一成功运营的中轨道宽带星座卫星通信系统。O3b星座系统是由欧洲O3b公司运营的一个中地球轨道（MEO）卫星通信系统。O3b公司成立于2007年，其创始人是格雷格·维勒（Greg Wyler），其他投资方包括全球通信卫星运营商欧洲卫星公司（SES）、互联网巨头谷歌公司（Google）、有线电视运营商自由全球公司（Liberty Global）、汇丰银行（HSBC）等，获得累计超过10亿美元的融资，其中，谷歌公司自2008年就已经开始投资O3b公司。

通过O3b星座系统的名称可以看出其建设的目标是让亚洲、非洲、大洋洲和美洲地区缺乏上网条件的“另外30亿人”能够通过卫星接入互联网。

1 系统组成

O3b星座系统的初始星座包括12颗卫星（9颗主用、3颗备用），并且已经在酝酿发射另外8颗新卫星。所有卫星均由泰雷兹-阿莱尼亚空间公司（TAS）制造。卫星工作在8062km高度的赤道轨道上，轨道周期6h，轨道倾角小于0.1°，每颗卫星质量700kg，设计寿命10年。12颗卫星分别于2013年6月25日、2014年7月10日和12月18日分3批发射。

O3b星座系统的中地球轨道卫星星座能够覆盖南、北纬45°范围之内的全球所有地方，在南、北纬45°～62°范围内也能提供一定的服务。

O3b卫星工作在Ka频段，每颗卫星配置有12副指向可控的蝶形天线，各形成一个点波束，其中2个为馈电波束（用于与地面信关站通信），10个用户波束（与用户通信）；每个用户波束的覆盖区直径为700km，每个波束配置2个转发器，每个转发器的带宽为216MHz，这样，每个用户波束的总带宽为432MHz（2×216MHz）。每个转发器支持的最高信息速率为800Mbit/s，因此，每个波束支持的最高信息速率为1.6Gbit/s（2×800Mbit/s）。每8颗星构成的卫星星座的可用容量为84Gbit/s。O3b星座系统将地面分为7个区域，每个区域10个用户波束，由12颗星构成的卫星星座的总用户波束数为70。

2 运行方式

O3b星座系统采用星形组网方式，网络中所有卫星都采用透明转发方式，卫星之间也没有星间链路，所有的路由交换都在地面信关站进行，再通过信关站连接到地面通信网，用户之间的通信需要经过信关站中继。因此，其工作过程类似于传统的星形甚小口径终端（VSAT）卫星通信系统，所不同的是，其对地覆盖采用点波束方式，并且波束指向是可以调整的。O3b星座系统的前向链路（信关站经卫星到达用户终端的链路）和反向链路（用户终端经卫星到达信关站的链路）均采用Ka频段，每个转发器的带宽为216MHz，卫星与用户终端、信关站之间分别通过用户波束、馈电波束进行通信。

O3b星座系统中的卫星采用透明转发方式，因此，可以适用于任何技术体制，该系统提供的服务其实是类似于传统的转发器出租业务，只不过用户使用的转发器不是固定的，需要随着卫星的轨道运动而在不同卫星之间切换，并且每个波束的指向也是可以调整的。

由于工作在中地球轨道上，O3b星座系统的端到端时延约为150ms，因此，当在链路上采用TCP/ IP协议传输信息时，单个TCP连接的速度可以达到2.1Mbit/s，而每个海事用户的信息速率可以高达500Mbit/s。

由于O3b星座系统的卫星工作在中地球轨道上，并且采用点波束天线，相比于传统的地球静止轨道（GEO）卫星通信，其优点是天线增益高、传播损耗小，便于支持高速率的通信，但带来的问题是波束覆盖范围小，因此，O3b星座系统设计时不是追求无缝覆盖，而是针对服务区域的特点采用热点覆盖的方式，即每颗卫星产生10个用户点波束，分别根据不同的服务区而指向各自的目标区域，如果用户是移动的，则点波束可以随用户的移动而移动。通过这样一种设计，既解决了局部贫困地区互联网接入的问题，也避免了卫星覆盖范围有限的不足。比如，在太平洋地区散布着22个岛国，各个岛国又由很多间隔一定距离的独立岛屿构成，采用O3b卫星的点波束覆盖技术可以为太平洋地区有通信业务需求的各个岛屿提供通信服务，而没有业务需求的广大洋区没有波束覆盖，通过这种设计，提高了资源利用率，避免了浪费。

3 业务应用

O3b星座系统的运营原则是只提供接入，不做运营商，其主要业务类似传统的转发器出租业务，只不过是用中地球轨道卫星代替传统的地球静止轨道，由于采用中地球轨道卫星，用户需要在不同中地球轨道之间切换，不是使用一个固定的转发器，并且地球站天线需要指向跟踪能力。

O3b星座系统并不直接向消费者个人提供服务，而是通过电信和互联网营运商等提供相关服务。由于卫星采用透明转发方式，能够支持所有技术体制。目前，使用O3b星座系统的用户一般都是通过购买通用的天线、射频设备和调制解调器（Modem）来搭建系统，与终端设备的接口主要采用局域网（LAN）接口或专线接口。任何一个运营商只要与O3b星座系统签署协议，设置一座天线口径约4.5m的地球站，就可以实现到地面骨干网的接入，从而向本地固定或移动通信网提供干线传输业务。

O3b星座系统的业务应用涉及骨干网、地面移动网干线、能源、海事和政府通信等几大领域，系统分别针对不同的应用领域提供不同的速率和服务。例如，政府通信（主要针对军警用户）可以提供保密线路；地面移动网干线可以提供基站间通信业务；能源领域可以通过低时延来实施一些需要较高实时性的音视频通信等业务，也可以提供大量带宽用于远程资产监控，还能改善边远及海上油气田工作人员的业余生活；海事应用主要针对游轮用户，可以给旅客提供近似于陆地宽带的用户体验，顺畅运行各种社交软件、视频通信软件。

根据O3b官网提供的消息，目前O3b星座系统可以为亚洲、非洲、南美洲和大洋洲地区提供远程通话和互联网服务，低时延加上高容量Ka频段资源，O3b星座系统提供的新型远程信息交互服务的速度可以达到与光纤网络同等的程度。目前其典型应用主要有3个：一是偏远地区的互联网接入；二是地面移动基站回传应用；三是游轮的宽带接入。以游轮的宽带接入为例，能对单条游轮提供近500Mbit/s的传输速率，高端游轮客户还可以要求卫星波束持续覆盖自己的航线，使自己处在波束中心，实现不间断服务。

目前，O3b星座系统有近百家活跃客户，涉及30多个国家，覆盖世界大片区域，包括热带地区、太平洋许多岛链、海上钻井平台以及大型邮轮等。

4 小结

O3b星座系统是目前全球唯一一个正式投入商业运营的中地球轨道卫星通信系统，主要面向地面网接入受限的各类运营商或集团客户提供宽带接入服务。经过这两年的运营，其经营业绩基本可以表明该系统是成功的。最近，鉴于两极地区卫星资源比较稀少的事实，O3b公司又表示要涉足极地通信，计划通过发射高椭圆轨道（HEO）卫星来将其经营的卫星通信业务扩展至全球所有地方。