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）

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）

歐洲另外三十億人（O3b）星座系統(tǒng)是目前全球唯一成功運營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公司運營的一個中地球軌道（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)星運營商歐洲衛(wèi)星公司（SES）、互聯(lián)網(wǎng)巨頭谷歌公司（Google）、有線電視運營商自由全球公司（Liberty Global）、匯豐銀行（HSBC）等，獲得累計超過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的目標是讓亞洲、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)星質量700kg，設計壽命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°范圍之內的全球所有地方，在南、北緯45°～62°范圍內也能提供一定的服務。

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，各形成一個點波束，其中2個為饋電波束（用于與地面信關站通信），10個用戶波束（與用戶通信）；每個用戶波束的覆蓋區(qū)直徑為700km，每個波束配置2個轉發(fā)器，每個轉發(fā)器的帶寬為216MHz，這樣，每個用戶波束的總帶寬為432MHz（2×216MHz）。每個轉發(fā)器支持的最高信息速率為800Mbit/s，因此，每個波束支持的最高信息速率為1.6Gbit/s（2×800Mbit/s）。每8顆星構成的衛(wèi)星星座的可用容量為84Gbit/s。O3b星座系統(tǒng)將地面分為7個區(qū)域，每個區(qū)域10個用戶波束，由12顆星構成的衛(wèi)星星座的總用戶波束數(shù)為70。

2 運行方式

O3b星座系統(tǒng)采用星形組網(wǎng)方式，網(wǎng)絡中所有衛(wèi)星都采用透明轉發(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站進行，再通過信關站連接到地面通信網(wǎng)，用戶之間的通信需要經(jīng)過信關站中繼。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，其對地覆蓋采用點波束方式，并且波束指向是可以調整的。O3b星座系統(tǒng)的前向鏈路（信關站經(jīng)衛(wèi)星到達用戶終端的鏈路）和反向鏈路（用戶終端經(jīng)衛(wèi)星到達信關站的鏈路）均采用Ka頻段，每個轉發(fā)器的帶寬為216MHz，衛(wèi)星與用戶終端、信關站之間分別通過用戶波束、饋電波束進行通信。

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

由于工作在中地球軌道上，O3b星座系統(tǒng)的端到端時延約為150ms，因此，當在鏈路上采用TCP/ IP協(xié)議傳輸信息時，單個TCP連接的速度可以達到2.1Mbit/s，而每個海事用戶的信息速率可以高達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)設計時不是追求無縫覆蓋，而是針對服務區(qū)域的特點采用熱點覆蓋的方式，即每顆衛(wèi)星產(chǎn)生10個用戶點波束，分別根據(jù)不同的服務區(qū)而指向各自的目標區(qū)域，如果用戶是移動的，則點波束可以隨用戶的移動而移動。通過這樣一種設計，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個島國，各個島國又由很多間隔一定距離的獨立島嶼構成，采用O3b衛(wèi)星的點波束覆蓋技術可以為太平洋地區(qū)有通信業(yè)務需求的各個島嶼提供通信服務，而沒有業(yè)務需求的廣大洋區(qū)沒有波束覆蓋，通過這種設計，提高了資源利用率，避免了浪費。

3 業(yè)務應用

O3b星座系統(tǒng)的運營原則是只提供接入，不做運營商，其主要業(yè)務類似傳統(tǒng)的轉發(fā)器出租業(yè)務，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，不是使用一個固定的轉發(fā)器，并且地球站天線需要指向跟蹤能力。

O3b星座系統(tǒng)并不直接向消費者個人提供服務，而是通過電信和互聯(lián)網(wǎng)營運商等提供相關服務。由于衛(wèi)星采用透明轉發(fā)方式，能夠支持所有技術體制。目前，使用O3b星座系統(tǒng)的用戶一般都是通過購買通用的天線、射頻設備和調制解調器（Modem）來搭建系統(tǒng)，與終端設備的接口主要采用局域網(wǎng)（LAN）接口或專線接口。任何一個運營商只要與O3b星座系統(tǒng)簽署協(xié)議，設置一座天線口徑約4.5m的地球站，就可以實現(xiàn)到地面骨干網(wǎng)的接入，從而向本地固定或移動通信網(wǎng)提供干線傳輸業(yè)務。

O3b星座系統(tǒng)的業(yè)務應用涉及骨干網(wǎng)、地面移動網(wǎng)干線、能源、海事和政府通信等幾大領域，系統(tǒng)分別針對不同的應用領域提供不同的速率和服務。例如，政府通信（主要針對軍警用戶）可以提供保密線路；地面移動網(wǎng)干線可以提供基站間通信業(yè)務；能源領域可以通過低時延來實施一些需要較高實時性的音視頻通信等業(yè)務，也可以提供大量帶寬用于遠程資產(chǎn)監(jiān)控，還能改善邊遠及海上油氣田工作人員的業(yè)余生活；海事應用主要針對游輪用戶，可以給旅客提供近似于陸地寬帶的用戶體驗，順暢運行各種社交軟件、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)提供遠程通話和互聯(lián)網(wǎng)服務，低時延加上高容量Ka頻段資源，O3b星座系統(tǒng)提供的新型遠程信息交互服務的速度可以達到與光纖網(wǎng)絡同等的程度。目前其典型應用主要有3個：一是偏遠地區(qū)的互聯(lián)網(wǎng)接入；二是地面移動基站回傳應用；三是游輪的寬帶接入。以游輪的寬帶接入為例，能對單條游輪提供近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，實現(xiàn)不間斷服務。

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

4 小結

O3b星座系統(tǒng)是目前全球唯一一個正式投入商業(yè)運營的中地球軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)，主要面向地面網(wǎng)接入受限的各類運營商或集團客戶提供寬帶接入服務。經(jīng)過這兩年的運營，其經(jīng)營業(yè)績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，O3b公司又表示要涉足極地通信，計劃通過發(fā)射高橢圓軌道（HEO）衛(wèi)星來將其經(jīng)營的衛(wèi)星通信業(yè)務擴展至全球所有地方。