中低轨道卫星通信技术与应用

中低轨道卫星通信技术与应用

吴利群　杨靖宇　王肖蝶　(星通信息技术有限公司)

关键词　中低轨道卫星　小卫星　卫星通信　产业化

中低轨道卫星在通信领域有着相当广泛的应用,它是通信事业发展不可或缺的一个价值链.总结近十年来小卫星发展经验,在频率问题上,技术上、特别是运行方面加以改进与完善,小卫星将有很好的前景.通过建立一整套新型的商业模式,坚持产业化的过程,形成一个新兴的通信门类及行业,小卫星通信将会有长足的发展.两三年后,小卫星通信行业将还会有新一轮的高潮.

1985年,M otorola公司首席执行官Barry Bertigy的夫人在Caribbean度假时,遇到了通信的障碍,无法使用蜂窝电话与美国进行联系.她的遭遇更加使她的丈夫坚信,建立一个能够覆盖全球的无线网络,可以让任何人在任何地方进行电话联络,将是非常具有市场需求的.这种观点在20世纪80年代非常流行,并且促成了中低轨道通信卫星向商业化领域迈进.

所谓的中低轨道通信卫星,也称小卫星,是相对高轨道通信卫星而言的.高轨道卫星覆盖全球需要的卫星数量少,卫星寿命长,对于以广播电视为代表的单向通信非常有效.但由于其距离地面太高,信号的空间传输时延长,地面接收设备需要大体积高功率的笨重天线,地面接收设备受地形地物的影响严重.因此用于移动的、实时的、双向的交互式通信就显得力不从心.相对而言,中低轨道通信卫星系统有其长处,已经在军事领域上广泛使用.于是,一些无线通信和卫星领域的巨头纷纷投资,研制开发中低轨道通信卫星商用系统.经过十几年的发展,几家卫星公司开始相继投入运行,并且有更多的卫星公司成立,开始卫星系统的设计和卫星的建造与发射,其系统特点各有千秋.

铱星系统(Iridium)由M otorola公司等发起,计划由66颗卫星组成.主要进行语音通信,采用了先进的星际传递技术,信息在卫星之间传递,无须落地可以直接传送.最初的设想是:全球经常旅行的人,包括旅游者,特别是随经济全球化而日益增多的商务出差人士,人手一机,人手一个号码.系统于1998年9月发射了47颗卫星后,开始投入商业运行.

OR BCOM M系统由加拿大著名通信公司T eleglobe和美国卫星制造公司Orbital Science联合组建.定位于相对狭小的行业用户市场,专门进行短数据通信.潜在市场有移动物体跟踪定位、远处贵重财产监测、短信息传递等.计划由48颗卫星组成,1998年在成功发射35颗卫星后投入商业运行.

全球星系统(G lobal Star)由劳拉公司(Loral)和高通公司(Qualcomm)发起,由48颗卫星组成.定位于语音通信,采用先进的CDM A空间接入技术,于1999年10月正式投入全球商业运行.

中轨道通信卫星ICO公司也是定位于窄带语音通信,系统计划于2003年投入运行.

LEO ONE是与OR BCOM M系统相类似的系统,发起人包括Lockheed Martin和法国卫星通信公司等巨头.系统预计2002年开始发射卫星,技术性能指标将优于OR2 BCOM M系统.

T eledesic公司由无线通信领域的传奇领袖人物Craig MaCaw和微软公司总裁Bill G ates联合发起,目标非常远大,主要侧重于基于卫星的无线宽带上网.计划发射288颗卫星,在2005年开始运行.

一、小卫星通信行业步入低谷

20世纪80年代到90年代初,小卫星通信使投资人趋之若鹜,并且成了市场谈论的热点.但是,其发展并不是非常顺利的.铱星和全球星系统在发展之初没有预见到地面无线通信系统的技术飞跃,出现了市场定位偏差.面对地面系统的竞争,没有把重点放在卫星通信的优势领域,致使失败.OR BCOM M公司在开发市场时缺少系统性、计划性:公司投资了巨额资金同时进行多种应用开发的研究,并且发展了许多增值服务商来进行应用的开发.而由于在每个应用领域的终端数量没有快速增长,缺乏利益驱动,增值服务商纷纷离去,自己投资的应用开发公司也因资金短缺而被迫倒闭.另外,由于通信技术需要改进提高的问题,频率与地面系统共享而导致

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自然杂志　24卷2期科技进展

的干扰问题,新产品的市场培育需要时间,商业化模式

处于探索阶段等等问题,低轨卫星通信系统的使用与当

初的预期出现严重滞后现象.

卫星通信市场没有如预想的快速发展,使投资人对

这个行业失去信心.

许多投资业分析专家研究甚至认为:低轨道卫星通

信服务市场当初的商业构想是错误的,低轨道卫星通信

只是填补了地面通信系统的部分空白,目前在地面系统

设施比较差的亚洲等地还存在一定的发展余地.而随着

地面无线系统的迅猛发展,其发挥的作用将越来越小.

由于没有后续资金支持,在资本市场的推波助澜

下,几家卫星通信公司相继进入破产保护程序.

铱星公司1999年进入破产保护,资金投入50亿美

元,正式运营一年,用户不到4万个.

ICO 公司1999年8月进入破产保护,资金投入14亿

美元,没有正式运营.

OR BCOM M 公司2000年9月进入破产保护,资金投

入8亿美元,投入运营两年,其终端用户为2.4万个;

全球星公司今年初出现财务危机,宣布停止支付债

务利息和优先股股利.其主要合伙人———全球星股份公

司在纳斯达克市场上的股票价格也是一跌再跌,从上市

时的49美元跌至最低时的0.20美元.11月全球星公司

开始与主要债权人商讨债务重组的可行性,如果不能达

成协议,也将进入破产保护.已投入资金36亿美元,运

营将近两年,用户为5万个.

金融资本市场对产业资本的发展起伏一直起加速

器的作用.从20世纪90年代起,在高科技领域获得巨额

回报的金融资本市场,胃口大开,加大了对科技企业的

压力.除了要求高回报,更加要求快速回报.卫星通信公

司的商业收益模式在设计时考虑到了这一点,但由于卫

星的投资比较巨大,在用户市场的培育阶段,如何早日

收回投资减少投资风险始终是一个难题.比较成功的商

业模式是采取许可证费的形式,即加盟的国家或运行商

一次性交付许可证费来减轻卫星前期投资的财务压力,

分散风险.20世纪60年代兴起的IntelSat 公司就是这样.

当时只有美国这样的卫星公司有能力组织一个国际性

卫星运行组织,吸引了近百个国家支付许可证费.但随

着地面系统和各种卫星系统的发展,其惟一性和需要性

受到了挑战,这种商业模式也就遇到了问题.

随后,高轨通信卫星Inmarsat 仍继承了这种商业模

式的原则,即定位在海洋业务,没有地面设施的挑战,海

事公约组织的成员国都是它的用户,因此它既能较早收

回投资,又有固定的会员用户,经营得较好.后来的通信

卫星公司虽然也想继承这种模式,但好景不再,它们已

经没有那么大的吸引力使运营商支付一大笔许可证费.OR BCOM M 公司实收的许可证费与预期相差甚远,其他卫星公司也为了吸引更多的国家地区运营其系统,免这送那,最终财务不支,难以维持.这与目前追求注重短期实效的投资市场理念相违背,所以几个小卫星公司刚刚运行一年就被判死刑,ICO 公司甚至还没有开始商业运行就被抛弃. 但是,投资业的敏感反应是否就可以说明中低轨道卫星通信领域的商业发展前景暗淡?随着地面系统发展,小卫星系统是否会失去意义?行业是否发展到了尽头?或者这只是中低轨道卫星通信在商业化进程中的波折?以下可从低轨卫星的技术特点来更深层次地探究其商业发展前景.二、中低轨卫星通信的商业发展前景 仍然光明1.中低轨道卫星通信是无线通信链路中不可缺少　的一环 小卫星通信系统具有全球覆盖、无缝隙通信,不因通信距离而影响通信成本,卫星技术可靠性高、应用范围广等技术特点.利用中低轨道通信卫星进行商业开发,就是看到了其独有的、或地面无法与其比拟的优势之处.仔细分析这些特点,可以看到作为整个无线通信链路的一个组成部分,卫星与地面无线通信系统,并不是非此即彼,而是互为补充,在不同的地区、应用领域发挥着不同的作用.并且由于卫星技术的前瞻性,其优势特点将随着时间的推移逐渐显露出来. 首先,小卫星通信的全球无缝隙覆盖,使其成为在边远地区、海上、空中提供可靠通信的惟一手段,全球星最新研制开发的M DSS 飞机安全通信系统,安装在飞机驾驶仓内,可以与地面进行数据、语音和图象的双向传递,使地面随时了解飞机的运行情况,解决了飞机安全监控、导航的一个大问题,已得到了许多航空公司的认可;其次,卫星通信系统节点少,链路环节集中,所以安全可靠性很强,是紧急情况下的可靠备用手段,像抗灾救险、日常备份都离不了它;更加重要的是,卫星通信系统中各终端、地面站之间是靠卫星连接的,通信成本不受通信距离的影响,在远距离通信上具有优势.而且卫星的通信容量大,直播卫星的网络拓扑构成能力使其可以经济地提供包括语音、数据、图象等多样化的通信服务.另外,相对于高轨道通信卫星,低中轨运行的轨道较低(10000～750km ),信号可迅速传送到地面用户,时延

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