張有志 王震華 張更新（ 海軍裝備部信息系統(tǒng)局， 裝備發(fā)展部駐74廠軍代室， 解放軍理工大學(xué)）

歐洲O3b星座系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與分析

Status and Analysis of O3b Constellation System

張有志1王震華2張更新3（1 海軍裝備部信息系統(tǒng)局，2 裝備發(fā)展部駐714廠軍代室，3 解放軍理工大學(xué)）

歐洲另外三十億人（O3b）星座系統(tǒng)是目前全球唯一成功運(yùn)營(yíng)的中軌道寬帶星座衛(wèi)星通信系統(tǒng)。O3b星座系統(tǒng)是由歐洲O3b公司運(yùn)營(yíng)的一個(gè)中地球軌道（MEO）衛(wèi)星通信系統(tǒng)。O3b公司成立于2007年，其創(chuàng)始人是格雷格·維勒（Greg Wyler），其他投資方包括全球通信衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商歐洲衛(wèi)星公司（SES）、互聯(lián)網(wǎng)巨頭谷歌公司（Google）、有線電視運(yùn)營(yíng)商自由全球公司（Liberty Global）、匯豐銀行（HSBC）等，獲得累計(jì)超過10億美元的融資，其中，谷歌公司自2008年就已經(jīng)開始投資O3b公司。

通過O3b星座系統(tǒng)的名稱可以看出其建設(shè)的目標(biāo)是讓亞洲、非洲、大洋洲和美洲地區(qū)缺乏上網(wǎng)條件的“另外30億人”能夠通過衛(wèi)星接入互聯(lián)網(wǎng)。

1 系統(tǒng)組成

O3b星座系統(tǒng)的初始星座包括12顆衛(wèi)星（9顆主用、3顆備用），并且已經(jīng)在醞釀發(fā)射另外8顆新衛(wèi)星。所有衛(wèi)星均由泰雷茲-阿萊尼亞空間公司（TAS）制造。衛(wèi)星工作在8062km高度的赤道軌道上，軌道周期6h，軌道傾角小于0.1°，每顆衛(wèi)星質(zhì)量700kg，設(shè)計(jì)壽命10年。12顆衛(wèi)星分別于2013年6月25日、2014年7月10日和12月18日分3批發(fā)射。

O3b星座系統(tǒng)的中地球軌道衛(wèi)星星座能夠覆蓋南、北緯45°范圍之內(nèi)的全球所有地方，在南、北緯45°～62°范圍內(nèi)也能提供一定的服務(wù)。

O3b衛(wèi)星工作在Ka頻段，每顆衛(wèi)星配置有12副指向可控的蝶形天線，各形成一個(gè)點(diǎn)波束，其中2個(gè)為饋電波束（用于與地面信關(guān)站通信），10個(gè)用戶波束（與用戶通信）；每個(gè)用戶波束的覆蓋區(qū)直徑為700km，每個(gè)波束配置2個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬為216MHz，這樣，每個(gè)用戶波束的總帶寬為432MHz（2×216MHz）。每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器支持的最高信息速率為800Mbit/s，因此，每個(gè)波束支持的最高信息速率為1.6Gbit/s（2×800Mbit/s）。每8顆星構(gòu)成的衛(wèi)星星座的可用容量為84Gbit/s。O3b星座系統(tǒng)將地面分為7個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域10個(gè)用戶波束，由12顆星構(gòu)成的衛(wèi)星星座的總用戶波束數(shù)為70。

2 運(yùn)行方式

O3b星座系統(tǒng)采用星形組網(wǎng)方式，網(wǎng)絡(luò)中所有衛(wèi)星都采用透明轉(zhuǎn)發(fā)方式，衛(wèi)星之間也沒有星間鏈路，所有的路由交換都在地面信關(guān)站進(jìn)行，再通過信關(guān)站連接到地面通信網(wǎng)，用戶之間的通信需要經(jīng)過信關(guān)站中繼。因此，其工作過程類似于傳統(tǒng)的星形甚小口徑終端（VSAT）衛(wèi)星通信系統(tǒng)，所不同的是，其對(duì)地覆蓋采用點(diǎn)波束方式，并且波束指向是可以調(diào)整的。O3b星座系統(tǒng)的前向鏈路（信關(guān)站經(jīng)衛(wèi)星到達(dá)用戶終端的鏈路）和反向鏈路（用戶終端經(jīng)衛(wèi)星到達(dá)信關(guān)站的鏈路）均采用Ka頻段，每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬為216MHz，衛(wèi)星與用戶終端、信關(guān)站之間分別通過用戶波束、饋電波束進(jìn)行通信。

O3b星座系統(tǒng)中的衛(wèi)星采用透明轉(zhuǎn)發(fā)方式，因此，可以適用于任何技術(shù)體制，該系統(tǒng)提供的服務(wù)其實(shí)是類似于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)器出租業(yè)務(wù)，只不過用戶使用的轉(zhuǎn)發(fā)器不是固定的，需要隨著衛(wèi)星的軌道運(yùn)動(dòng)而在不同衛(wèi)星之間切換，并且每個(gè)波束的指向也是可以調(diào)整的。

由于工作在中地球軌道上，O3b星座系統(tǒng)的端到端時(shí)延約為150ms，因此，當(dāng)在鏈路上采用TCP/ IP協(xié)議傳輸信息時(shí)，單個(gè)TCP連接的速度可以達(dá)到2.1Mbit/s，而每個(gè)海事用戶的信息速率可以高達(dá)500Mbit/s。

由于O3b星座系統(tǒng)的衛(wèi)星工作在中地球軌道上，并且采用點(diǎn)波束天線，相比于傳統(tǒng)的地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星通信，其優(yōu)點(diǎn)是天線增益高、傳播損耗小，便于支持高速率的通信，但帶來的問題是波束覆蓋范圍小，因此，O3b星座系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不是追求無縫覆蓋，而是針對(duì)服務(wù)區(qū)域的特點(diǎn)采用熱點(diǎn)覆蓋的方式，即每顆衛(wèi)星產(chǎn)生10個(gè)用戶點(diǎn)波束，分別根據(jù)不同的服務(wù)區(qū)而指向各自的目標(biāo)區(qū)域，如果用戶是移動(dòng)的，則點(diǎn)波束可以隨用戶的移動(dòng)而移動(dòng)。通過這樣一種設(shè)計(jì)，既解決了局部貧困地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)接入的問題，也避免了衛(wèi)星覆蓋范圍有限的不足。比如，在太平洋地區(qū)散布著22個(gè)島國(guó)，各個(gè)島國(guó)又由很多間隔一定距離的獨(dú)立島嶼構(gòu)成，采用O3b衛(wèi)星的點(diǎn)波束覆蓋技術(shù)可以為太平洋地區(qū)有通信業(yè)務(wù)需求的各個(gè)島嶼提供通信服務(wù)，而沒有業(yè)務(wù)需求的廣大洋區(qū)沒有波束覆蓋，通過這種設(shè)計(jì)，提高了資源利用率，避免了浪費(fèi)。

3 業(yè)務(wù)應(yīng)用

O3b星座系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)原則是只提供接入，不做運(yùn)營(yíng)商，其主要業(yè)務(wù)類似傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)器出租業(yè)務(wù)，只不過是用中地球軌道衛(wèi)星代替?zhèn)鹘y(tǒng)的地球靜止軌道，由于采用中地球軌道衛(wèi)星，用戶需要在不同中地球軌道之間切換，不是使用一個(gè)固定的轉(zhuǎn)發(fā)器，并且地球站天線需要指向跟蹤能力。

O3b星座系統(tǒng)并不直接向消費(fèi)者個(gè)人提供服務(wù)，而是通過電信和互聯(lián)網(wǎng)營(yíng)運(yùn)商等提供相關(guān)服務(wù)。由于衛(wèi)星采用透明轉(zhuǎn)發(fā)方式，能夠支持所有技術(shù)體制。目前，使用O3b星座系統(tǒng)的用戶一般都是通過購(gòu)買通用的天線、射頻設(shè)備和調(diào)制解調(diào)器（Modem）來搭建系統(tǒng)，與終端設(shè)備的接口主要采用局域網(wǎng)（LAN）接口或?qū)＞€接口。任何一個(gè)運(yùn)營(yíng)商只要與O3b星座系統(tǒng)簽署協(xié)議，設(shè)置一座天線口徑約4.5m的地球站，就可以實(shí)現(xiàn)到地面骨干網(wǎng)的接入，從而向本地固定或移動(dòng)通信網(wǎng)提供干線傳輸業(yè)務(wù)。

O3b星座系統(tǒng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用涉及骨干網(wǎng)、地面移動(dòng)網(wǎng)干線、能源、海事和政府通信等幾大領(lǐng)域，系統(tǒng)分別針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域提供不同的速率和服務(wù)。例如，政府通信（主要針對(duì)軍警用戶）可以提供保密線路；地面移動(dòng)網(wǎng)干線可以提供基站間通信業(yè)務(wù)；能源領(lǐng)域可以通過低時(shí)延來實(shí)施一些需要較高實(shí)時(shí)性的音視頻通信等業(yè)務(wù)，也可以提供大量帶寬用于遠(yuǎn)程資產(chǎn)監(jiān)控，還能改善邊遠(yuǎn)及海上油氣田工作人員的業(yè)余生活；海事應(yīng)用主要針對(duì)游輪用戶，可以給旅客提供近似于陸地寬帶的用戶體驗(yàn)，順暢運(yùn)行各種社交軟件、視頻通信軟件。

根據(jù)O3b官網(wǎng)提供的消息，目前O3b星座系統(tǒng)可以為亞洲、非洲、南美洲和大洋洲地區(qū)提供遠(yuǎn)程通話和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，低時(shí)延加上高容量Ka頻段資源，O3b星座系統(tǒng)提供的新型遠(yuǎn)程信息交互服務(wù)的速度可以達(dá)到與光纖網(wǎng)絡(luò)同等的程度。目前其典型應(yīng)用主要有3個(gè)：一是偏遠(yuǎn)地區(qū)的互聯(lián)網(wǎng)接入；二是地面移動(dòng)基站回傳應(yīng)用；三是游輪的寬帶接入。以游輪的寬帶接入為例，能對(duì)單條游輪提供近500Mbit/s的傳輸速率，高端游輪客戶還可以要求衛(wèi)星波束持續(xù)覆蓋自己的航線，使自己處在波束中心，實(shí)現(xiàn)不間斷服務(wù)。

目前，O3b星座系統(tǒng)有近百家活躍客戶，涉及30多個(gè)國(guó)家，覆蓋世界大片區(qū)域，包括熱帶地區(qū)、太平洋許多島鏈、海上鉆井平臺(tái)以及大型郵輪等。

4 小結(jié)

O3b星座系統(tǒng)是目前全球唯一一個(gè)正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的中地球軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)，主要面向地面網(wǎng)接入受限的各類運(yùn)營(yíng)商或集團(tuán)客戶提供寬帶接入服務(wù)。經(jīng)過這兩年的運(yùn)營(yíng)，其經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)基本可以表明該系統(tǒng)是成功的。最近，鑒于兩極地區(qū)衛(wèi)星資源比較稀少的事實(shí)，O3b公司又表示要涉足極地通信，計(jì)劃通過發(fā)射高橢圓軌道（HEO）衛(wèi)星來將其經(jīng)營(yíng)的衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)擴(kuò)展至全球所有地方。