推進我國星座通信的發(fā)展

● 文|南京航空航天大學 宗朋

本刊特稿 SPECIAL REPORTS

推進我國星座通信的發(fā)展

● 文|南京航空航天大學 宗朋

一、星座通信的發(fā)展背景

1.當前星座通信的發(fā)展狀況

早期的衛(wèi)星移動通信主要由同步軌道衛(wèi)星提供支持窄帶的語音業(yè)務，隨著通信星座的興起，從根本解決了移動終端的便攜性和全球覆蓋的問題，使地球站進入到了真正的手機時代。20世紀90年代，出現(xiàn)了許多通信星座系統(tǒng)，最終投入運營的主要有銥星和全球星系統(tǒng)。由于地面通信的發(fā)展，使衛(wèi)星業(yè)務受到一定影響，尤其是星座通信，致使銥星系統(tǒng)于2000年3月破產(chǎn)并停止服務。一年后經(jīng)重組而恢復運營，經(jīng)過14年努力，銥星系統(tǒng)用戶數(shù)量和營業(yè)收入逐漸達到了當初預期的水平。2014年7月28日，銥星通訊宣布，其世界首個全球覆蓋衛(wèi)星熱點服務Iridium GO!正式投入使用。該服務可以在沒有網(wǎng)絡信號的地方，把銥星的衛(wèi)星信號轉變成WiFi熱點。銥星系統(tǒng)開拓了空間衛(wèi)星聯(lián)網(wǎng)的先河，為今后發(fā)展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)指明了方向。當前國外正在推出更新的星座系統(tǒng)，如太空探索技術（SpaceX）公司和一網(wǎng)（OneWeb）公司，可以支持相當比重的人口密集地區(qū)的長期演進（LTE）和WiFi業(yè)務。美國媒體發(fā)展投資基金（MDIF）公司發(fā)布“外聯(lián)網(wǎng)（Outnet）計劃”，宣稱將在2015年6月前，向近地軌道發(fā)射150顆微型衛(wèi)星，向全球提供免費的WiFi廣播服務。國內(nèi)以信威公司為代表的民營企業(yè)也在積極推進小衛(wèi)星星座的發(fā)展，信威于2014年發(fā)射了靈巧實驗通信衛(wèi)星。從戰(zhàn)略發(fā)展考慮，隨著北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的逐步完善，國家迫切需要推動衛(wèi)星移動通信事業(yè)的全面發(fā)展，建立國產(chǎn)的全球移動衛(wèi)星網(wǎng)絡，鞏固國際地位，擴大國際影響。

2.歷史的經(jīng)驗教訓

我國移動蜂窩通信的發(fā)展給我們發(fā)展星座通信帶來很多啟示。在初期的2G時代，中國借助了人口紅利，使得中國移動、中國聯(lián)通得到了迅猛發(fā)展，成為了新興行業(yè)中的巨頭，同時也帶動了生產(chǎn)制造業(yè)，像中興、華為這樣的超級企業(yè)得以生長壯大。但是我們也為行業(yè)標準付出了巨大代價。到了3G時代，國家開始重視自主國產(chǎn)化品牌，投入了大量的資金參與標準建設，并形成了自己的標準。遺憾的是未獲得主要市場份額。于是中國在通往4G的道路投下重注，無論從標準到基礎建設都投入了巨額資金。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，移動蜂窩通信越來越意識到行業(yè)的危機，如果不能提供良好的覆蓋及寬帶服務，就將被市場所淘汰。由此提醒衛(wèi)星星座通信行業(yè)，要抓住時機，迅速占領市場，發(fā)揮出自己的優(yōu)勢，重點解決移動中的寬帶上網(wǎng)能力。一方面與移動蜂窩爭市場，一方面要增強對蜂窩所覆蓋不到區(qū)域的市場。因此，既要避免重蹈銥星當年由于經(jīng)營困難而破產(chǎn)的覆轍，也要抓住起步階段，在國際標準尚未形成時期，加快基礎建設和標準建設，搶占行業(yè)制高點。

3.新的機遇和有利的政策

2012年4月，國家發(fā)展和改革委員會與財政部聯(lián)合發(fā)布《關于組織實施衛(wèi)星及應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項的通知》，推動衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)自主化、體系化、多元化、商業(yè)化發(fā)展，其中在衛(wèi)星通信方面，重點支持Ka頻段寬帶多媒體通信衛(wèi)星研制、S頻段衛(wèi)星移動通信民用地面系統(tǒng)關鍵設備研制及運動平臺衛(wèi)星通信應用系統(tǒng)研發(fā)。促進衛(wèi)星及應用產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；袌鰬茫螄窠?jīng)濟重大領域的應用需求，帶動衛(wèi)星及應用全產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展。促進衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展及衛(wèi)星資源和重要基礎能力建設。

2012年7月，國務院發(fā)布關于印發(fā)《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》的通知，提出“以建立我國自主、安全可靠、長期連續(xù)穩(wěn)定運行的空間基礎設施及其信息應用服務體系為核心，加強航天運輸系統(tǒng)、應用衛(wèi)星系統(tǒng)、地面與應用天地一體化系統(tǒng)建設”，以及“啟動由大容量寬帶多媒體衛(wèi)星、全球移動通信衛(wèi)星、數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星等系統(tǒng)組成的空間信息高速公路建設”，將空間基礎設施工程列為20項重大工程之一。

2014年10月，國務院總理李克強主持召開國務院常務會議，其中一項內(nèi)容即提出支持基礎電信企業(yè)引入民間戰(zhàn)略投資者，引導民間資本投資寬帶接入網(wǎng)絡建設運營，參與衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)及國家民用空間設施建設。

二、星座通信的發(fā)展思路

1.市場牽引，引入競爭機制

星座通信的發(fā)展可以參照移動蜂窩通信技術發(fā)展和當前移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的發(fā)展經(jīng)驗，制定相應的發(fā)展戰(zhàn)略。因此我們需要瞄準市場需求，改變衛(wèi)星行業(yè)原來由產(chǎn)品尋找市場的一貫作法，即以現(xiàn)有能力提供有限的服務來尋找有限的客戶。同時還要放眼未來，以發(fā)展的眼光，不斷提高自身的技術水平跟進時代的步伐，充分發(fā)揮衛(wèi)星技術獨特的全球無死角覆蓋優(yōu)勢，結合最新的技術成果提供其他手段無法取代的服務。眾所周知，地面蜂窩技術經(jīng)歷了30年的發(fā)展，從早期笨重的只能通話的大哥大，發(fā)展到今天小巧的智能網(wǎng)絡終端，推動了移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展。它所依賴的就是市場的牽引，以豐富人們的生活，提供便捷服務為目的，使越來越多的業(yè)務和資金注入到這個行業(yè)，實現(xiàn)蓬勃發(fā)展。人們常把現(xiàn)代網(wǎng)絡比為信息高速公路，如今只要公路能修到，自然有人到。過去往往受‘沒有人去，為什么要修路’的思想影響，忽略了衛(wèi)星通信的巨大潛力，一味地盯住蜂窩和光纖業(yè)務集中的領域不放，忘記了衛(wèi)星通信還有更大的空間，是其他手段是無法比擬的。因此只要把系統(tǒng)建立好，自然會有業(yè)務跟上，也就贏得了市場，步入良性循環(huán)。

正是由于將公司式競爭引入國家壟斷行業(yè)，中國移動和中國聯(lián)通進入了大發(fā)展的年代。后來國家通過業(yè)務重組，引入了第三家做移動通信的公司——中國電信。后又經(jīng)過電信體制改革，將六大電信運營商合并為三大電信集團，奠定了電信產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的基礎。隨后，工信部發(fā)放了虛擬運營商牌照。目前虛擬運營商超過26家。虛擬運營商在流量、話音以及互聯(lián)網(wǎng)服務方面，采用互聯(lián)網(wǎng)“免費”模式，擊垮運營商的價格戰(zhàn)。隨著國務院鼓勵民營政策推動，虛擬運營商的顛覆性越來越強烈。由此可見，競爭帶來了電信行業(yè)的繁榮。

2.軍民融合，協(xié)調(diào)發(fā)展

借助國家戰(zhàn)略調(diào)整強調(diào)軍民融合的東風，利用全社會的分工與協(xié)作，充分調(diào)動民間資源，仿照互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗，發(fā)揮金融的作用，推進新事物的快速發(fā)展。當前移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務蓬勃發(fā)展，催生出了各種各樣的新型網(wǎng)絡技術并積蓄了大量資金，要充分利用好這些資源優(yōu)勢，共同推進全球移動互聯(lián)網(wǎng)事業(yè)的發(fā)展。在星座技術上，航天領域要依靠大國的實力，如火箭和衛(wèi)星技術；網(wǎng)絡技術及業(yè)務運營上，要依靠最新的信息技術提供豐富的服務，借助民間新興的產(chǎn)業(yè)成果。投資方面要以債券和股票等方式募集資金，克服以往以國家投入造成資金短缺和運營機制不靈活的弊病。在推廣應用方面，以民用市場收益維持系統(tǒng)運轉，以國防應用提高戰(zhàn)斗力，大力發(fā)展單兵通信與裝備信息化，將通信星座用于國防安全高尖端領域。

(二)山體特征相符。從眾多文獻記述中看出，山體高大是古金庭所在的主要特征之一。王罕嶺北與四明山相連，南與天臺山脈相接，連綿數(shù)十里，高大不用言表。王罕嶺最高處白塢崗海拔670米，較低的嵊縣峧(gǎo)海拔504米，與平均海拔70米的華堂村及新金庭相比，最高處相對高度600米，最低處也高出400余米。人站立在王罕嶺之巔，產(chǎn)生“仰出星河，上參倒景”“不三四層而謂天可升”的感覺就很自然了。

三、推進星座通信發(fā)展的思路

1.設定合理的機構，明確職能分工

通信星座的建設是個龐大的系統(tǒng)工程，涉及國家、集團部委到具體業(yè)務部門（見圖1）。

圖1　星座通信建設組織機構設想圖

國家級—頂層，主要起決策作用，主要關注宏觀影響力和社會效益。

集團、部委級—上層，負責制定長遠規(guī)劃，進行戰(zhàn)略布局，主要關注平衡相關業(yè)務和協(xié)調(diào)發(fā)展。

公司、院所級—中層，負責分析利益回報，論證方案。

部門、科室級—底層，負責基礎建設，實施開發(fā)，解決關鍵技術問題。

2.設定合理的目標，明確任務分工

根據(jù)系統(tǒng)建設目標，對組織機構進行任務分工，由系統(tǒng)總體，分解為星上總體和地面總體，并逐步細化具體分工（見圖2）。

圖2　星座通信系統(tǒng)組成

系統(tǒng)總體——針對應用、業(yè)務類型進行總體設計（考慮系統(tǒng)運營及服務），確定系統(tǒng)架構，包括軌道數(shù)與衛(wèi)星數(shù)。在此基礎上開展星上總體設計和地面總體設計。

星上總體——負責通信網(wǎng)絡總體和平臺控制總體（含天線覆蓋）設計要求。

地面總體——負責關口站（包括監(jiān)控、業(yè)務管理）、終端（手持、車載、機載）設備設計要求。

3.項目實施工作

硬件方面，星上包括天線、轉發(fā)器、處理/交換機等；地面上包括關站/手機的天線及收發(fā)系統(tǒng)設計。

軟件方面，關站/網(wǎng)控包括基礎運控（切換、星上交換）、網(wǎng)絡管理（覆蓋、接入管理、路由規(guī)劃）、運營、增值服務等；終端設備包括嵌入式操作系統(tǒng)、軟件驅(qū)動、各類服務程序等。

四、發(fā)展星座通信需要注意的問題

1.明確目標，方法得當

建立通信星座是個龐大的工程項目，要有明確的目標。首先是服務目標，明確服務的對象是什么；其次是建設的目標，如何盈利，如何開展項目。作為以往的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，單純考慮現(xiàn)有的技術條件，設計出的產(chǎn)品往往缺乏競爭優(yōu)勢，成為一種奢侈品，無法貼近百姓生活，為市場所遺棄。因此，在設計上要具有挑戰(zhàn)性，瞄準用戶需求，采用當前最新的技術成果加以改進形成具有競爭性的獨特產(chǎn)品，發(fā)揮優(yōu)勢解決大范圍機動終端的寬帶通信問題。

2.商業(yè)策劃與系統(tǒng)規(guī)劃

任何大的運營系統(tǒng)建設都離不開商業(yè)運作，需要募集大量的資金開發(fā)產(chǎn)品，推動運營和市場銷售。對于以星座網(wǎng)絡為核心的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，要充分結合現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)應用，開拓相關市場，吸引各類互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務來支持系統(tǒng)建設，為之描繪宏偉藍圖，將利益綁定在一起。也就是說從業(yè)務和應用入手規(guī)劃系統(tǒng)建設，分析如何覆蓋，支持什么樣的業(yè)務，構建什么樣的星座體系，設計相應的滿足處理能力的衛(wèi)星。在此基礎上，考慮如何設計衛(wèi)星及運控系統(tǒng)，逐步完善地面服務系統(tǒng)，開發(fā)各類終端，提供滿意的服務。

3.風險控制與收益把握

任何項目都會有風險，星座系統(tǒng)更是風險巨大，牽連到衛(wèi)星發(fā)射與系統(tǒng)運行，動輒百億、千億，相對地面蜂窩系統(tǒng)所承擔的風險更大。一旦衛(wèi)星上天，將無法挽回前期的任何失誤。先前的許多星座計劃都因為各種原因而夭折，即便是成功發(fā)射的銥星系統(tǒng)也因運營成本過高而宣布破產(chǎn)。要做到萬無一失，除了技術上的嚴格把關，還要建立合理的系統(tǒng)運營機制，控制風險和收益。因此在各項工作準備前要做好充分的市場分析，不能讓星座系統(tǒng)成為孤島，要廣泛吸納各種業(yè)務和資金，平攤風險，步入發(fā)展的良性循環(huán)。例如在建設二代移動蜂窩通信系統(tǒng)時，也面臨著市場的選擇和投資回報，之后付出巨大的代價形成了先進的技術體系，關鍵是解決了移動通信的根本問題，即漫游和合理資費，使得手機成了真正意義的全球個人通信工具。各種資費政策為不同的用戶量身定做了合理的收費標準，使得任何人都能用得起手機，于是全球移動通信（GSM）網(wǎng)絡像滾雪球一樣積累了發(fā)展資金，在短短幾年的時間席卷全球，移動公司迅速膨脹成為眾行業(yè)矚目的企業(yè)。

4.避免閉門造車與條塊分割

過去，尤其是我國，航天事業(yè)的發(fā)展主要依賴國防建設。為此主要的工業(yè)體系都集中在國防工業(yè)部門，形成了較為封閉的研制、試驗和應用環(huán)境。而且體系內(nèi)部，部門間的條塊分割也較為嚴重，缺乏合理的協(xié)作機制，各個研究機構也缺乏系統(tǒng)性和創(chuàng)新性，造成各顧各的研究和發(fā)展局面，產(chǎn)品形態(tài)單一，技術水平落后，很少借鑒國外和民間新的技術成果。每當上級下達了任務，在執(zhí)行過程中往往受條件的限制，項目的目標缺乏通盤的考慮和創(chuàng)新的解決辦法，通常受到遷就而簡化甚至改變初衷。因此在新的形勢下，特別是在要面向市場，引進競爭機制的情況下，一定要打開思路，放眼世界，借助社會力量發(fā)展星座網(wǎng)絡，這樣才能發(fā)揮出原工業(yè)體系的優(yōu)勢，否則就會被市場所淘汰。

5.謹慎選擇技術體制

以往大多數(shù)衛(wèi)星項目都局限于已有的平臺和系統(tǒng)，盡量滿足當前業(yè)務需求，無法滿足業(yè)務的增長。在技術體制方面往往跟不上時代發(fā)展，又因缺乏資金研究新的技術，造成惡性循環(huán)。因此，在選擇適合的網(wǎng)絡體制時，要慎重思考，是兼顧已有的移動技術，如4G標準，還是考慮其他未來發(fā)展的技術，如寬帶無線接入。前者風險相對小些，但開發(fā)的難度并不小。盡管有相應的標準體系和地面基礎設施，開發(fā)衛(wèi)星移動網(wǎng)絡所面臨的問題也是比較大的。需要考慮如何兼容地面系統(tǒng)，深入論證做什么樣的改造。后者風險較大，主要因為寬帶無線接入技術相對移動4G還不是很成熟，尤其是運營方面，但技術上先進性和使用上的靈活性使之已經(jīng)深入到人們生活的方方面面。如何平衡成熟性與先進性，由此帶來的風險和機遇的問題，是要慎重考慮的。

五、結語

星座通信作為未來解決全球移動通信覆蓋的關鍵手段，將以輝煌的篇章載入歷史。就像今天我們感嘆蜂窩通信給我們帶來了移動互聯(lián)網(wǎng)時代，使生活發(fā)生了巨大變化，可以相信未來星座通信所產(chǎn)生的影響會遠遠超出蜂窩通信。把握好時機，搶占制高點，移動通信發(fā)展的經(jīng)驗教訓告誡我們一定要走在行業(yè)的前頭。