國際移動衛(wèi)星－5 F3順利入軌 首個(gè)Ka頻段全球移動寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)建成

李博 （北京空間科技信息研究所）

國際移動衛(wèi)星－5 F3順利入軌 首個(gè)Ka頻段全球移動寬帶通信衛(wèi)星系統(tǒng)建成

李博 （北京空間科技信息研究所）

Inmarsat-5 F3 Successfully Launched and World's First Mobile Ka-band Broadband Communications Satellite System Completed

莫斯科時(shí)間2015年8月28日14：44（北京時(shí)間19：44），國際移動衛(wèi)星公司（INMARSAT）的國際移動衛(wèi)星－5 F3（Inmarsat－5 F3）由“質(zhì)子”（Proton）火箭發(fā)射升空。

Inmarsat－5 F3由美國波音公司研制。該衛(wèi)星基于波音衛(wèi)星系統(tǒng)－702HP（BSS－702HP）平臺設(shè)計(jì)，質(zhì)量6.07t、功率15kW、設(shè)計(jì)壽命15年。衛(wèi)星攜帶89臺Ka頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，將為太平洋地區(qū)提供海上、空中及其他交通工具的衛(wèi)星通信服務(wù)，衛(wèi)星同時(shí)支持高分辨率視頻、音頻和數(shù)據(jù)通信。Inmarsat－5 F3的成功發(fā)射，標(biāo)志著國際移動衛(wèi)星公司旨在提供全球高速衛(wèi)星移動寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的“全球快訊”（Global Xpress）系統(tǒng)部署完成。

1 國際移動衛(wèi)星公司概況

國際移動衛(wèi)星公司前身為國際海事衛(wèi)星組織，成立于1979年，目前是全球最大的移動衛(wèi)星服務(wù)提供商，為各類型（海事、航空與陸地）終端用戶提供數(shù)據(jù)和話音通信服務(wù)。習(xí)近平主席于2015年10月訪英時(shí)參觀了該公司總部。截至2015年9月，該公司共擁有在軌衛(wèi)星11顆，其中L頻段8顆、Ka頻段3顆（即Inmarsat－5系列衛(wèi)星），全部工作在地球靜止軌道（GEO），涵蓋4個(gè)系列。

2 國際移動衛(wèi)星公司業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型

國際移動衛(wèi)星公司自成立以來，前四代衛(wèi)星系統(tǒng)都采用L頻段。該頻段由于天線波束寬、終端尋星和對星速度快以及傳播損耗和雨衰小等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于衛(wèi)星移動通信服務(wù)，便于機(jī)載、車載和船載終端使用。以Inmarsat－4星座為基礎(chǔ)，國際移動衛(wèi)星公司構(gòu)建了唯一的全球性L頻段衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，可提供星基話音與較高速率數(shù)據(jù)通信，積累了大量用戶群[截至2014年底，普通終端用戶數(shù)超過37萬，機(jī)器對機(jī)器（M2M）通信終端超過27萬]，并與40余家經(jīng)銷商以及多達(dá)800家的支持服務(wù)商保持穩(wěn)定的商業(yè)合作關(guān)系。

在第五代Inmarsat系統(tǒng)推出之前，國際移動衛(wèi)星公司的主要業(yè)務(wù)包括：

1）寬帶全球區(qū)域網(wǎng)（BGAN）：由Inmarsat－4系統(tǒng)支持，可提供高達(dá)492kbit/s的寬帶服務(wù)，并能同時(shí)進(jìn)行話音通信，適用于便攜、固定和移動用戶終端；

2）船隊(duì)寬帶（FleetBroadband）：主要應(yīng)用于海事服務(wù)，數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)492kbit/s；

3）機(jī)載寬帶（SwiftBroadband）：主要應(yīng)用于航空服務(wù)，數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)432kbit/s。

國際移動衛(wèi)星公司在軌衛(wèi)星系統(tǒng)情況

國際移動衛(wèi)星公司業(yè)務(wù)發(fā)展路線

隨著衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和用戶規(guī)模的擴(kuò)大，傳統(tǒng)頻譜資源越來越緊張，運(yùn)營商可提供的服務(wù)能力與市場需求之間的差距日益顯現(xiàn)。國際移動衛(wèi)星公司也不例外，其所分配到的L頻段帶寬僅34MHz，在有限的帶寬內(nèi)很難有進(jìn)一步的作為。另一方面，Ka頻段的發(fā)展前景被持續(xù)看好，越來越多的衛(wèi)星運(yùn)營商開始選擇該頻段提供服務(wù)。

2008年，在第四代Inmarsat系統(tǒng)投入運(yùn)營還不到3年時(shí)，國際移動衛(wèi)星公司開始著眼于第五代，即Inmarsat－5系統(tǒng)的研發(fā)，謀劃將L頻段的業(yè)務(wù)拓展至Ka頻段，以該頻段的甚小口徑終端（VSAT）業(yè)務(wù)作為未來新的收入增長點(diǎn)，構(gòu)建全球?qū)拵б苿有l(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，即Global Xpress，并與L頻段形成優(yōu)勢互補(bǔ)，提供無縫的全球覆蓋和移動寬帶服務(wù)。

3 Global Xpress系統(tǒng)情況

2010年，國際移動衛(wèi)星公司正式宣布Global Xpress系統(tǒng)建設(shè)計(jì)劃，該系統(tǒng)將成為第一個(gè)使用Ka頻段的全球性移動寬帶通信系統(tǒng)。衛(wèi)星由波音公司負(fù)責(zé)研制，地面網(wǎng)絡(luò)和核心模塊設(shè)計(jì)由iDirect公司負(fù)責(zé)，艦載/機(jī)載網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備（NSD）則由思科公司（Cisco）以國際移動衛(wèi)星公司名義代為生產(chǎn)。從2013年12月Inmarsat－5 F1發(fā)射成功到如今星座組建完成，耗時(shí)不超過2年。

Global Xpress技術(shù)特點(diǎn)

從技術(shù)的角度來看，Global Xpress屬于典型的高吞吐量通信衛(wèi)星（HTS），此類衛(wèi)星通過采用點(diǎn)波束，覆蓋面積僅為傳統(tǒng)波束的1%～2%，支持頻率復(fù)用以獲得更高的數(shù)據(jù)速率。

此外，高吞吐量通信衛(wèi)星絕大部分工作在Ka頻段，可用頻譜寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過C和L頻段，可大幅提升衛(wèi)星容量，同時(shí)顯著減少吉比特每秒的成本花費(fèi)（約為傳統(tǒng)寬帶衛(wèi)星對應(yīng)成本的1%）。該頻段的終端尺寸也較小，在充分滿足固定衛(wèi)星寬帶服務(wù)需求的同時(shí)，可有效應(yīng)用于移動衛(wèi)星寬帶服務(wù)領(lǐng)域。

（1）技術(shù)特性

Inmarsat－5的3顆衛(wèi)星，其89個(gè)點(diǎn)波束將覆蓋除高緯兩極以外的全球區(qū)域范圍（同一時(shí)間內(nèi)最大激活波束數(shù)目為72個(gè)），每個(gè)波束被分配了32MHz/64MHz帶寬以提供區(qū)域服務(wù)。此外，每顆衛(wèi)星上還搭載了1臺高容量載荷（HCP），具備6個(gè)可調(diào)波束，用于為業(yè)務(wù)需求量大的區(qū)域提供附加容量服務(wù)。國際移動衛(wèi)星公司計(jì)劃于2016年發(fā)射第4顆衛(wèi)星作為備用星，同時(shí)也將使Global Xpress網(wǎng)絡(luò)容量得到一定的提升。據(jù)北方天空咨詢公司（NSR）估算，整個(gè)Global Xpress網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)吞吐能力將達(dá)到50Gbit/s。

Global Xpress衛(wèi)星工作頻段

為了抵抗Ka頻段雨衰影響，Global Xpress在用戶下行鏈路采用多頻時(shí)分多址接入（M F/ TDMA）制式，每波束共計(jì)32MHz的帶寬被劃分為多個(gè)載波，可依據(jù)用戶終端返回的鏈路狀態(tài)報(bào)告（信噪比值）自適應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)整調(diào)制編碼和載波資源分配方案，并使用預(yù)留的可調(diào)衛(wèi)星功率來控制數(shù)據(jù)速率，同時(shí)依據(jù)服務(wù)質(zhì)量（QoS）、終端等效全向輻射功率（EIRP）以及信道衰落特性等多因素綜合分配用戶端可支配的時(shí)隙資源數(shù)目。

Global Xpress全球覆蓋波束分布圖（黃色點(diǎn)為衛(wèi)星接入站）

此外，在地面段采用經(jīng)過iDirect公司優(yōu)化過的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，衛(wèi)星接入站（SAS）分為主站和備用站，實(shí)現(xiàn)了空間分集，2個(gè)相距數(shù)百千米的站點(diǎn)均能接收和處理所有的業(yè)務(wù)流量。印度洋區(qū)域的衛(wèi)星接入站分別建在意大利富奇諾（Fucino）和希臘奈邁阿（Nemea），大西洋區(qū)域站分別建在美國利諾湖（Lino）和加拿大溫尼伯（Winnipeg），而太平洋區(qū)域站址選在新西蘭。

當(dāng)主站受到雨衰情況影響，系統(tǒng)可以自動切換至備用站消除該影響。通過冗余和分集手段，Global Xpress網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了高度的可用性。

（2）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

建成后的Global Xpress將是端到端基于IP的網(wǎng)絡(luò)，保持與寬帶全球區(qū)域網(wǎng)L頻段網(wǎng)絡(luò)之間的互操作性。

在用戶端，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備（N S D）將兼容Global Xpress和寬帶全球區(qū)域網(wǎng)模塊，通過分置的天線接收2個(gè)系統(tǒng)的衛(wèi)星信號，服務(wù)于局域網(wǎng)絡(luò)用戶。衛(wèi)星接入站部分，Global Xpress與寬帶全球區(qū)域網(wǎng)將使用不同的地面站通過統(tǒng)一的接入點(diǎn)（Meet Me Point，全球分設(shè)3個(gè)）接入其多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）IP主干網(wǎng)。

此外，在Global Xpress系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法正常工作時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)自動切換，使用寬帶全球區(qū)域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)服務(wù)。同時(shí)，地面網(wǎng)絡(luò)部分將保證在同一衛(wèi)星的不同波束之間進(jìn)行切換的過程中不會出現(xiàn)IP丟失現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)無縫切換；而在2顆衛(wèi)星間進(jìn)行切換的過程中，服務(wù)中斷時(shí)間將縮小至30s。

Global Xpress建成后的國際移動衛(wèi)星公司網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

Global Xpress應(yīng)用

國際移動衛(wèi)星公司在L頻段所積累的用戶群，是其拓展Global Xpress商業(yè)應(yīng)用服務(wù)的基礎(chǔ)，新系統(tǒng)將用戶分為航空、海事、政府等不同類型以提供服務(wù)。

（1）航空應(yīng)用

相比上一代“機(jī)載寬帶”，Global Xpress航空解決方案性能更強(qiáng)，可在衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信號功率的均勻配置，并能夠在小范圍區(qū)域內(nèi)進(jìn)行帶寬和功率調(diào)整與分配。

針對不同的應(yīng)用需求，不同類型終端可以實(shí)現(xiàn)的性能也有所差別。

據(jù)悉，該服務(wù)的數(shù)據(jù)吞吐量是基于現(xiàn)有用戶數(shù)量而定的，每個(gè)用戶都擁有一個(gè)“指定信息速率”（CIR），這是保障其可獲取的最低數(shù)據(jù)速率。根據(jù)不同應(yīng)用服務(wù)，實(shí)際數(shù)據(jù)速率有可能超過“指定信息速率”，甚至達(dá)到單個(gè)點(diǎn)波束所分配容量的級別。

（2）海事應(yīng)用

國際移動衛(wèi)星公司始終將海事應(yīng)用市場作為其業(yè)務(wù)板塊的重中之重，在Global Xpress網(wǎng)絡(luò)研制和籌建階段，已開始加緊并購其他服務(wù)提供商，擴(kuò)大市場布局：

1）2011年收購VSAT海事通信服務(wù)提供商船舶裝備公司（Ship Equip）；

2）2012年收購了船舶裝備公司的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商新浪潮公司（New Wave）；

3）2014年收購海事通信增值服務(wù)提供商寰球無線公司（Global Wireless）。

從容量租用到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營再到增值服務(wù)，國際移動衛(wèi)星公司的業(yè)務(wù)著力點(diǎn)已擴(kuò)展至全產(chǎn)業(yè)鏈。

而在應(yīng)用方案上，Global Xpress將采取“分步走”的策略。首先提供的是名為“船隊(duì)寬帶增強(qiáng)版”的過渡性服務(wù)方案，在Inmarsat－5 F1開始運(yùn)行時(shí)啟用。如今，第五代Inmarsat系統(tǒng)組網(wǎng)完成，該方案將被“海上快訊”取代。后者是一個(gè)混合式的解決方案，將成為Global Xpress海事應(yīng)用的主打項(xiàng)目，其一方面采用Global Xpress的Ka頻段網(wǎng)絡(luò)，另一方面則整合了L頻段的海上寬帶服務(wù)。此外，“海上快訊”將成為受國際移動衛(wèi)星公司管理和控制的服務(wù)方案，通過Global Xpress增值轉(zhuǎn)銷商（VAR）進(jìn)行銷售。

（3）政府應(yīng)用

國際移動衛(wèi)星公司在2010年收購了塞戈維亞公司（Segovia），并由此開始為政府機(jī)構(gòu)客戶提供可靠安全的IP管理解決方案與服務(wù)，塞戈維亞公司目前以“國際移動衛(wèi)星公司?政府”（Inmarsat Government）的名義開展商業(yè)活動。

Global Xpress航空解決方案性能

各類型應(yīng)用終端對應(yīng)數(shù)據(jù)吞吐量

如今，部署完成的Global Xpress將為政府/軍事用戶提供以下便利。

1）空軍：將滿足空基平臺（有人/無人）執(zhí)行情報(bào)、監(jiān)視和偵查（ISR）任務(wù)的高帶寬、高速率需求，并為中繼通信任務(wù)等提供高吞吐量支持。

2）海軍：可以支持靈活的遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程視頻會議等功能，提升艦基態(tài)勢感知能力；此外也在很大程度上滿足士兵的福利通信需求。

3）陸軍：Global Xpress的高帶寬特點(diǎn)和小尺寸終端適用于地面的“動中通”，國際移動衛(wèi)星公司也正在與終端制造商合作，為特種作戰(zhàn)人員研制背包便攜式終端，方便其進(jìn)行作戰(zhàn)指揮與控制、數(shù)據(jù)傳輸以及戰(zhàn)場態(tài)勢感知。

此外，國際移動衛(wèi)星公司已就Global Xpress容量租用以及同美軍“寬帶全球衛(wèi)星通信”（WGS）衛(wèi)星系統(tǒng)兼容互操作等問題與軍方達(dá)成一致，未來將為美軍的寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供補(bǔ)充與增強(qiáng)服務(wù)。

4 Global Xpress商業(yè)服務(wù)策略

Global Xpress的順利組網(wǎng)，將大幅提升國際移動衛(wèi)星公司在衛(wèi)星移動寬帶服務(wù)領(lǐng)域的競爭力，而其也早已針對新系統(tǒng)積極開展業(yè)務(wù)布局調(diào)整，采用多種手段拓展產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈。

并購?fù)卣巩a(chǎn)業(yè)鏈，縮短與用戶距離

為獲得其參與的產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈更多控制權(quán)，國際移動衛(wèi)星公司直接收購多家經(jīng)銷商。2009－2014年，國際移動衛(wèi)星公司收購了6家主要的服務(wù)提供商，統(tǒng)一提供用戶服務(wù)，進(jìn)一步鞏固了其在端到端服務(wù)領(lǐng)域的地位。

此外，國際移動衛(wèi)星公司還同各類終端制造商提早達(dá)成終端研制協(xié)議，在組網(wǎng)未完成時(shí)就開辟Global Xpress應(yīng)用市場。目前已同陸地、海事、航空在內(nèi)8家終端制造商達(dá)成協(xié)議。

1）陸地終端：將包括便攜、固定以及車載終端，終端尺寸45～240cm不等，將有4家終端制造商參與；

2）海事終端：終端尺寸60cm～1m不等，參與的終端制造商包括海洋通信公司（Sea Tel）、鷹雷公司（Intellian，負(fù)責(zé)Ku-GX可升級天線的研制，該終端同Xpress Link一起使用，經(jīng)過簡單升級就可使用Global Xpress網(wǎng)絡(luò)），以及新日本無線股份公司（JRC）；

3）航空終端：包括主流終端制造商霍尼韋爾宇航公司（Honeywell Aerospace）以及新興制造商基梅塔公司（Kymeta）。

通過戰(zhàn)略調(diào)整，Global Xpress可直接為終端用戶提供縱向一體化服務(wù)，也可以將服務(wù)打包至經(jīng)銷商，實(shí)現(xiàn)Inmarsat管理式服務(wù)（managed services）的高效分發(fā)。

布局增值應(yīng)用市場，搭建商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

無論是只做衛(wèi)星運(yùn)營，還是將產(chǎn)業(yè)鏈范圍拓展至用戶服務(wù)，運(yùn)營商的利潤都很難實(shí)現(xiàn)大的突破，目前高吞吐量通信衛(wèi)星發(fā)展迅速，未來移動寬帶衛(wèi)星服務(wù)行業(yè)在提供更高帶寬上的邊際成本已經(jīng)大幅削減。從地面移動通信系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)也可以看出，在運(yùn)營商平臺之上，增值服務(wù)提供商才是最大的獲利者。

因此，國際移動衛(wèi)星公司在Global Xpress網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)之初就定下了戰(zhàn)略目標(biāo)，即通過Global Xpress網(wǎng)絡(luò)將其從帶寬提供者轉(zhuǎn)變?yōu)閮r(jià)值創(chuàng)造者（提供增值服務(wù)），實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要舉措就是建立支持各類增值服務(wù)解決方案的平臺，即服務(wù)支撐平臺（SEP）。作為國際移動衛(wèi)星公司2012－2014年的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施投資項(xiàng)目，在網(wǎng)絡(luò)開始提供服務(wù)時(shí)，服務(wù)支撐平臺將正式啟動。服務(wù)支撐平臺將主要由服務(wù)分發(fā)云平臺（SDP）、接入網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備組成。其中：

1）服務(wù)分發(fā)云平臺負(fù)責(zé)集中式管理用戶數(shù)據(jù)庫、主頁、收費(fèi)等功能，并提供與上一代Inmarsat系統(tǒng)之間的接口，為主流云平臺和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)商提供標(biāo)準(zhǔn)的Web服務(wù)應(yīng)用程序接口（API）和Web2.0服務(wù)。

2）接入網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)通過寬帶全球區(qū)域網(wǎng)和Global Xpress接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)尋址、移動性及策略管理等功能。

3）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備提供與用戶終端（包括各類艦載、機(jī)載和車載設(shè)備等）的接口、運(yùn)行應(yīng)用以及服務(wù)。

服務(wù)支撐平臺將支持經(jīng)國際移動衛(wèi)星公司許可和批準(zhǔn)的“授權(quán)應(yīng)用提供商”（CAP）開展開放式的應(yīng)用開發(fā)以及內(nèi)容分發(fā)服務(wù)，為國際移動衛(wèi)星公司在未來移動寬帶服務(wù)行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展提供有力支撐。

5 總結(jié)與啟示

Global Xpress系統(tǒng)建設(shè)與商業(yè)布局，在一定程度上顯現(xiàn)出當(dāng)前國外寬帶移動通信衛(wèi)星市場的發(fā)展趨勢：高吞吐量通信衛(wèi)星技術(shù)持續(xù)演進(jìn)、通信容量大幅提升，將成為移動寬帶衛(wèi)星服務(wù)領(lǐng)域的主流選擇，并加速傳統(tǒng)固定和移動業(yè)務(wù)的融合；各大衛(wèi)星運(yùn)營商競相部署高吞吐量通信衛(wèi)星系統(tǒng)，而據(jù)歐洲咨詢公司（Euroconsult）預(yù)測，2023年，僅GEO軌道的高吞吐量通信衛(wèi)星的容量供給就將達(dá)到2Tbit/s，總帶寬需求則只有1Tbit/s，市場競爭激烈將促使運(yùn)營商謀求盈利模式的轉(zhuǎn)變。

對我國來說，衛(wèi)星寬帶移動互聯(lián)網(wǎng)市場尚未形成，接入服務(wù)性價(jià)比仍然較低。而高吞吐量通信衛(wèi)星在演進(jìn)過程中，衛(wèi)星/地面技術(shù)不斷升級、性能持續(xù)改進(jìn)，應(yīng)用優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)。因此，加快研制服務(wù)于我國的高吞吐量移動寬帶通信衛(wèi)星，縮小與國際水平之間差距，并推進(jìn)應(yīng)用部署，將成為國內(nèi)衛(wèi)星通信行業(yè)可選取的著力點(diǎn)。另一方面，未來寬帶容量供給勢必超過用戶需求，通信管道相對價(jià)值進(jìn)一步削減，增值服務(wù)成為新的增長點(diǎn)。因此，最大化利用現(xiàn)有系統(tǒng)優(yōu)勢，從提供通信帶寬分配和租用的模式中積極尋找新的增值服務(wù)機(jī)會，也是我國衛(wèi)星運(yùn)營商謀求長遠(yuǎn)發(fā)展和戰(zhàn)略性業(yè)務(wù)布局的重點(diǎn)考慮方向。