國際移動衛(wèi)星－5 F3順利入軌 首個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

莫斯科時間2015年8月28日14：44（北京時間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）平臺設計，質量6.07t、功率15kW、設計壽命15年。衛(wèi)星攜帶89臺Ka頻段轉發(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，衛(wèi)星同時支持高分辨率視頻、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)網服務的“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。習近平主席于2015年10月訪英時參觀了該公司總部。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個系列。

2 國際移動衛(wèi)星公司業(yè)務轉型

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，特別適用于衛(wèi)星移動通信服務，便于機載、車載和船載終端使用。以Inmarsat－4星座為基礎，國際移動衛(wèi)星公司構建了唯一的全球性L頻段衛(wèi)星通信網絡，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，機器對機器（M2M）通信終端超過27萬]，并與40余家經銷商以及多達800家的支持服務商保持穩(wěn)定的商業(yè)合作關系。

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)務包括：

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

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

3）機載寬帶（SwiftBroadband）：主要應用于航空服務，數(shù)據(jù)速率最高可達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)務發(fā)展路線

隨著衛(wèi)星通信產業(yè)的發(fā)展和用戶規(guī)模的擴大，傳統(tǒng)頻譜資源越來越緊張，運營商可提供的服務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，在有限的帶寬內很難有進一步的作為。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)星運營商開始選擇該頻段提供服務。

2008年，在第四代Inmarsat系統(tǒng)投入運營還不到3年時，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)務拓展至Ka頻段，以該頻段的甚小口徑終端（VSAT）業(yè)務作為未來新的收入增長點，構建全球寬帶移動衛(wèi)星通信網絡，即Global Xpress，并與L頻段形成優(yōu)勢互補，提供無縫的全球覆蓋和移動寬帶服務。

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)建設計劃，該系統(tǒng)將成為第一個使用Ka頻段的全球性移動寬帶通信系統(tǒng)。衛(wèi)星由波音公司負責研制，地面網絡和核心模塊設計由iDirect公司負責，艦載/機載網絡服務設備（NSD）則由思科公司（Cisco）以國際移動衛(wèi)星公司名義代為生產。從2013年12月Inmarsat－5 F1發(fā)射成功到如今星座組建完成，耗時不超過2年。

Global Xpress技術特點

從技術的角度來看，Global Xpress屬于典型的高吞吐量通信衛(wèi)星（HTS），此類衛(wèi)星通過采用點波束，覆蓋面積僅為傳統(tǒng)波束的1%～2%，支持頻率復用以獲得更高的數(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，可用頻譜寬度遠遠高過C和L頻段，可大幅提升衛(wèi)星容量，同時顯著減少吉比特每秒的成本花費（約為傳統(tǒng)寬帶衛(wèi)星對應成本的1%）。該頻段的終端尺寸也較小，在充分滿足固定衛(wèi)星寬帶服務需求的同時，可有效應用于移動衛(wèi)星寬帶服務領域。

（1）技術特性

Inmarsat－5的3顆衛(wèi)星，其89個點波束將覆蓋除高緯兩極以外的全球區(qū)域范圍（同一時間內最大激活波束數(shù)目為72個），每個波束被分配了32MHz/64MHz帶寬以提供區(qū)域服務。此外，每顆衛(wèi)星上還搭載了1臺高容量載荷（HCP），具備6個可調波束，用于為業(yè)務需求量大的區(qū)域提供附加容量服務。國際移動衛(wèi)星公司計劃于2016年發(fā)射第4顆衛(wèi)星作為備用星，同時也將使Global Xpress網絡容量得到一定的提升。據(jù)北方天空咨詢公司（NSR）估算，整個Global Xpress網絡的數(shù)據(jù)吞吐能力將達到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分多址接入（M F/ TDMA）制式，每波束共計32MHz的帶寬被劃分為多個載波，可依據(jù)用戶終端返回的鏈路狀態(tài)報告（信噪比值）自適應實時調整調制編碼和載波資源分配方案，并使用預留的可調衛(wèi)星功率來控制數(shù)據(jù)速率，同時依據(jù)服務質量（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隙資源數(shù)目。

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

此外，在地面段采用經過iDirect公司優(yōu)化過的網絡結構，衛(wèi)星接入站（SAS）分為主站和備用站，實現(xiàn)了空間分集，2個相距數(shù)百千米的站點均能接收和處理所有的業(yè)務流量。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網絡實現(xiàn)了高度的可用性。

（2）網絡架構

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

在用戶端，網絡服務設備（N S D）將兼容Global Xpress和寬帶全球區(qū)域網模塊，通過分置的天線接收2個系統(tǒng)的衛(wèi)星信號，服務于局域網絡用戶。衛(wèi)星接入站部分，Global Xpress與寬帶全球區(qū)域網將使用不同的地面站通過統(tǒng)一的接入點（Meet Me Point，全球分設3個）接入其多協(xié)議標簽交換（MPLS）IP主干網。

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

Global Xpress建成后的國際移動衛(wèi)星公司網絡架構

Global Xpress應用

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)應用服務的基礎，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。

（1）航空應用

相比上一代“機載寬帶”，Global Xpress航空解決方案性能更強，可在衛(wèi)星覆蓋范圍內實現(xiàn)信號功率的均勻配置，并能夠在小范圍區(qū)域內進行帶寬和功率調整與分配。

針對不同的應用需求，不同類型終端可以實現(xiàn)的性能也有所差別。

據(jù)悉，該服務的數(shù)據(jù)吞吐量是基于現(xiàn)有用戶數(shù)量而定的，每個用戶都擁有一個“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)不同應用服務，實際數(shù)據(jù)速率有可能超過“指定信息速率”，甚至達到單個點波束所分配容量的級別。

（2）海事應用

國際移動衛(wèi)星公司始終將海事應用市場作為其業(yè)務板塊的重中之重，在Global Xpress網絡研制和籌建階段，已開始加緊并購其他服務提供商，擴大市場布局：

1）2011年收購VSAT海事通信服務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絡運營商新浪潮公司（New Wave）；

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

從容量租用到網絡運營再到增值服務，國際移動衛(wèi)星公司的業(yè)務著力點已擴展至全產業(yè)鏈。

而在應用方案上，Global Xpress將采取“分步走”的策略。首先提供的是名為“船隊寬帶增強版”的過渡性服務方案，在Inmarsat－5 F1開始運行時啟用。如今，第五代Inmarsat系統(tǒng)組網完成，該方案將被“海上快訊”取代。后者是一個混合式的解決方案，將成為Global Xpress海事應用的主打項目，其一方面采用Global Xpress的Ka頻段網絡，另一方面則整合了L頻段的海上寬帶服務。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方案，通過Global Xpress增值轉銷商（VAR）進行銷售。

（3）政府應用

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構客戶提供可靠安全的IP管理解決方案與服務，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

各類型應用終端對應數(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、監(jiān)視和偵查（ISR）任務的高帶寬、高速率需求，并為中繼通信任務等提供高吞吐量支持。

2）海軍：可以支持靈活的遠程監(jiān)控和遠程視頻會議等功能，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成一致，未來將為美軍的寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供補充與增強服務。

4 Global Xpress商業(yè)服務策略

Global Xpress的順利組網，將大幅提升國際移動衛(wèi)星公司在衛(wèi)星移動寬帶服務領域的競爭力，而其也早已針對新系統(tǒng)積極開展業(yè)務布局調整，采用多種手段拓展產業(yè)價值鏈。

并購拓展產業(yè)鏈，縮短與用戶距離

為獲得其參與的產業(yè)價值鏈更多控制權，國際移動衛(wèi)星公司直接收購多家經銷商。2009－2014年，國際移動衛(wèi)星公司收購了6家主要的服務提供商，統(tǒng)一提供用戶服務，進一步鞏固了其在端到端服務領域的地位。

此外，國際移動衛(wèi)星公司還同各類終端制造商提早達成終端研制協(xié)議，在組網未完成時就開辟Global Xpress應用市場。目前已同陸地、海事、航空在內8家終端制造商達成協(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，負責Ku-GX可升級天線的研制，該終端同Xpress Link一起使用，經過簡單升級就可使用Global Xpress網絡），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)略調整，Global Xpress可直接為終端用戶提供縱向一體化服務，也可以將服務打包至經銷商，實現(xiàn)Inmarsat管理式服務（managed services）的高效分發(fā)。

布局增值應用市場，搭建商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

無論是只做衛(wèi)星運營，還是將產業(yè)鏈范圍拓展至用戶服務，運營商的利潤都很難實現(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)星服務行業(yè)在提供更高帶寬上的邊際成本已經大幅削減。從地面移動通信系統(tǒng)的經驗也可以看出，在運營商平臺之上，增值服務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網絡的建設之初就定下了戰(zhàn)略目標，即通過Global Xpress網絡將其從帶寬提供者轉變?yōu)閮r值創(chuàng)造者（提供增值服務），實現(xiàn)這一目標的重要舉措就是建立支持各類增值服務解決方案的平臺，即服務支撐平臺（SEP）。作為國際移動衛(wèi)星公司2012－2014年的一項基礎設施投資項目，在網絡開始提供服務時，服務支撐平臺將正式啟動。服務支撐平臺將主要由服務分發(fā)云平臺（SDP）、接入網絡以及網絡服務設備組成。其中：

1）服務分發(fā)云平臺負責集中式管理用戶數(shù)據(jù)庫、主頁、收費等功能，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)網應用開發(fā)商提供標準的Web服務應用程序接口（API）和Web2.0服務。

2）接入網絡負責通過寬帶全球區(qū)域網和Global Xpress接入技術實現(xiàn)尋址、移動性及策略管理等功能。

3）網絡服務設備提供與用戶終端（包括各類艦載、機載和車載設備等）的接口、運行應用以及服務。

服務支撐平臺將支持經國際移動衛(wèi)星公司許可和批準的“授權應用提供商”（CAP）開展開放式的應用開發(fā)以及內容分發(fā)服務，為國際移動衛(wèi)星公司在未來移動寬帶服務行業(yè)領域的發(fā)展提供有力支撐。

5 總結與啟示

Global Xpress系統(tǒng)建設與商業(yè)布局，在一定程度上顯現(xiàn)出當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)星技術持續(xù)演進、通信容量大幅提升，將成為移動寬帶衛(wèi)星服務領域的主流選擇，并加速傳統(tǒng)固定和移動業(yè)務的融合；各大衛(wèi)星運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到2Tbit/s，總帶寬需求則只有1Tbit/s，市場競爭激烈將促使運營商謀求盈利模式的轉變。

對我國來說，衛(wèi)星寬帶移動互聯(lián)網市場尚未形成，接入服務性價比仍然較低。而高吞吐量通信衛(wèi)星在演進過程中，衛(wèi)星/地面技術不斷升級、性能持續(xù)改進，應用優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)。因此，加快研制服務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，并推進應用部署，將成為國內衛(wèi)星通信行業(yè)可選取的著力點。另一方面，未來寬帶容量供給勢必超過用戶需求，通信管道相對價值進一步削減，增值服務成為新的增長點。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機會，也是我國衛(wèi)星運營商謀求長遠發(fā)展和戰(zhàn)略性業(yè)務布局的重點考慮方向。