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卫星通信新技术应用机遇及轨道(三)
2006年7月5日 10:53  来源:数字通信世界
    六、相关发展策略考虑 

    (一)加强卫星业务、应用与产业 发展的规划,积极应对卫星 通信面临的六大挑战
上述卫星新技术、新业务发展状况及轨道/频谱资源规划与应用前景充分提示人们,作为一个在全球社会中越来越起主要大国作用的我国,应充分重视发展卫星业务、应用与产业的战略重要性。纵观全球,卫星通信发展面临六大挑战。 

    1.LEO/MEO卫星通信系统要进一 步发展问题 

    LEO/MEO卫星通信系统的进一步发展基本策略值得思考思考,谨慎、有序地考虑其发展看来依然十分必要。其关键是要紧密结合国情与实际市场需求、进行技术创新,HEO/MHEO依然属LEO/MEO范畴,上述提到的HEO/MHEO/“天顶角”卫星系统即为一些示例,而且ITU,包括此次WRC-2003会议在内,对HEO系统的应用规则,与其它HEO系统、Non-GEO系统、GEO系统及地面系统的共存条件与能力等研究均相当重视,其可覆盖的业务大类亦相当广泛,包括固定、移动、广播、星间、空间操作和空间研究等,不少用于各类业务的HEO系统从225MHz~64GHz频段范围,即从VHF至V(Q/W),分别已处于A(提前公布)、C(协调)、N(登记注册公布)阶段,一些HEO系统已经长期实际应用,这对我国广大面积的西北、东北中高纬度地区不无有益借鉴之处,何况还可弥补我国GEO轨道资源并不充足,不光民用,包括军用竭需解决稀路由、低成本移动通信的不足,并构成与发达区域蓬勃发展的移动通信网的三维有机互补与综合。
 
    2.与地面通信系统亟待紧密有机综合问题 

    卫星通信的基本定位必然是地面系统的有效支持、补充与延伸,特别是应充分利用其广播、多播能力,广域连接优势及对距离因素不敏感,对地面通信系统未能覆盖延伸的区域,特别是连缘区域及山区、海岛等特种地形、地域,发挥其有效的互补、支撑作用。因此卫星通信系统必须与地面通信系统进行紧密有机的集成综合。从行政与公共关系及财务角度看,卫星通信系统操作者与地面运营商及直接、间接用户间应建立实质性的互利、有效的合作伙伴关系,以便构成一种真正综合性能/价格比优良的三维立体网络,并将卫星网络构成对地面网络受意外事故中断时的有效大容量备份与援救,从标准化角度看,应该统一并开放系统接口、协议的全球标准,包括多模终端的有效集成。从产业生态链(IndustryECO-x)角度看应真诚处理好长期“共赢”合作的战略互利关系。从技术层面看,这种综合可作层次化安排,一般可分五个等级加以考虑,即:地域综合、业务综合、网络综合、设备综合、系统综合,等。 

    3.星座、覆盖与新技术含量要求问题 

    理论上每一全球卫星系统应该构成自身全球无缝隙覆盖能力,才能及时对每一个三维角落的用户提供相应覆盖连接与相应服务。对此,市场业务驱动下的MEO GPS系统即为典型示例,1973年总体计划起动,1978年发射第一颗星,1995年完成全系统能力,倾角55度,6个近园轨道构成24颗卫星MEO星座,可取得高精度达mm量级的定位能力,对全球各行各业取得了广泛应用,并有决定性的潜在军事打击的战略能力。WRC-2000大会上对其作用与有效性一致予以肯定,并给予极引人注目的频谱扩充,以给新一代全球卫星定位系统应用,研制开发开路。然而,GMPCS LEO/MEO卫星通信系统情况则完全不同,常规星座设计及全球无缝隙覆盖设计,在未解决好与地面业务集成情况下的市场定位时,反而带来巨大投资风险及负面作用,对此,在新一批宽带LEO/MEO出台前夕,必须小心谨慎地处理其设计思路,简化星座系统结构,加强大范围准实时调整市场覆盖域的更高技术含量的自适应处理手段,可在降低成本、缩短研发投入周期,剪裁市场需求进行动态市场匹配方面取得更好效果,包括宽带LEO/MEO卫星通信系统亦不例外,如果这种技术不能一步奏效,采用类似SS-TDMA之类扫描点波束技术,也可能是一种较有效的现实出路。从星座数、覆盖能力、综合业务处理能力及较好信/价比折衷看,结合国情进行轨道/星座设计创新,包括参考MHEO/HEO等轨道设计思想等,均有其战略重要性。 

    4.价格、性能与研发周期问题 

    2001年国际卫星大会上,由LEO/MEO GMPCS失利反思的一致看法是获得了与地面业务相比拟的性能/价格比是未来卫星通信,包括其未来多模终端应用的发展的基本准则(More Performance , Less Cost),而且地面移动通信网络容量及用户数增长速度极快,以每年递增30%—50%的高速率前进;更新换代演进发速度亦很快,由2G→2.5G、2.75G→3G→3G+→4G,因此,LEO/MEO/GEO卫星通信系统的发展必须适应这种演进竞争步伐,像原有那样一种新系统出台,从设计开始至投入业务需要十年以上时间是绝对没有出路的。 

    5.开放标准与规模化问题 

    既有LEO/MEO GMPCS卫星系统其全球标准化及开放标准能力极差,从而很难形成相应规模化能力,这样就无法形成优良的性能/价格比与进入良性循环的市场竞争状态。在这方面INTELSAT及INMARSAT有较好的传统工作程序,从而在目前这种风险很大的竞争环境中,依然能够得具有效的逐年盈利的运作状态这绝非偶然。在下一步全球宽带MSS行程中,纳入 类3G 演进族的MSS轨道,进行全球开放标准与规模化运作,并与相应的地面业务部分取得有效的综合,看来是其唯一有效的出路。对国内卫星系统的规划与设计亦应遵循这一原则。 

    6.卫星轨道/频谱资源争夺问题 

    如众所知,频谱和轨道资源是维持卫星产业生存与发展的根本。一方面包括扩展频谱至Ka或更高频段的轨位登记工作应以调动运营商、制造厂家及用户积极性为基础,与主管部门紧密协调,积极规划与申报新的轨位与频率,并务实执行,有效捍卫国家权益。另一方面,地面移动通信及其它地面无线宽带业务的快速发展导致的频谱需求扩展使卫星通信产业面临强大的竞争压力,从而亦促进卫星领域的全球化运作步伐:寻求合作伙伴、联盟与融合,以形成更强规模实力,加速增长竞争响应能力及完善其用户服务,包括直接向端到端、对等互联P2P等发展, 以求卫星通信取得良性循环前景和获得更多的经营资源。在共赢合作共存层面上,一味据守既有资源不求上进决非积极方略,谋求技术、运作规则创新, 充分有效共用频谱、建立三维网络与市场优势才为上策。在这方面,WRC-2003大会上WLAN(RLAN)的频谱扩展共存进展即为明显的例证。这对我国3200~3600频段卫星业务与地面业务发展的频率规则不无参考借鉴益处。
 
    因此,面对这六大挑战因素,在国家高层宏观规划协调部门组织下,信息产业部综合规划部门,应联手部内外相关部门,积极应对,制订、落实有效的我国卫星业务、应用与产业发展规划,包括宽带卫星通信与互联网接入业务,卫星直播业务、GPS之类卫星导航及其增值业务、边缘地区及农村卫星通信业务、卫星移动通信业务、卫星遥感应用业务、卫星空间环境应用业务、卫星数据采集业务,与商用卫星运营紧密联手的国防卫星业务,以及其他各行各业运用的各类卫星应用业务的发展规划,以有效利用我国有限的轨道/频谱资源,适应进入WTO后的国内外环境运行形势需求。 

    (二)充分巩固WRC-2000/2003大会成果,捍卫我国权益

    应充分珍惜与利用WRC-2000/2003大会来之不易的BSS卫星轨道/频谱规划及RNSS频谱资源扩展等一系列积极捍卫国家权益取得的重要成果,以积极务实态度加速推进中国的BSS(DBS,DAB,DTH)及DVB-IP与RNSS工作,妥善处理好意识形态规则政策要求、安全保障具体策略与技术保障措施支撑, 视频消费产业发展、航天、火箭发射产业联手发展等综合得益平衡,加速我国GEO/MEO/HEO等多层星座通信、GPS等综合平台及其普遍应用的开发,包括积极展开互利多赢的国际合作在内,充分产生GPS的产业增值效益。而且应该指出,历次国际卫星大会上国防卫星这一主题始终令人注目。由于要维持美国全球霸主的超级大国地位,国防卫星对美国国防部显得尤为重要,他们认为有大量的国防卫星通信需求存在着。尽管光缆依然在全球大量铺设,但卫星对侦察、战略/战术军用而言,为非常有吸引力选择。 

    ⊙现今依然在世界上许多区域(军事冲突或潜在军事冲突的地区)没有 光纤存在,特别是占地球很大面积的海上。 
    ⊙卫星能提供包括“最后一公里”在内的快速瞬时接入。 
    ⊙空间为基础的通信的可移动性及敏捷性。 
    ⊙卫星能提供最大的灵活性。 
    ⊙卫星平台顽健,容量亦巨大。 
    ⊙美国从全球侦察卫星方面已经已获得、正在获得、并还将获得很多 不仅战术性,而且战略性的好处; 日本、印度等国在这方面也亦步 亦趋,在快速推进。
 
    同时,美国军方人员还在抱怨,认为沙漠风暴行动中空军和海军间的通信和指挥命令由于缺乏足够的军用卫星通信容量导致只能借助打印手段由直升飞机运送至等待着的指挥官手中,从而五角大楼的领导人尔后决定需要有附加商业卫星通信服务补充此军用需求,而且由于目前并未发生对美国的单一军事威胁,这种混合型的商用、军用卫星选择可有效地在全球满足每天任何时候的需求。为此,美国国防部依然将商用卫星作为军事信息基础设施的一部分。而且,对濒临绝境的“铱”系统,美国国防部给予了大力支持,认为某些军事用途今天依然离不开“铱”系统, 等等。 

    由此, 应该积极规划与落实、加固卫星系统对我国综合国力与国防事业的重要实际支持作用。
 
    (三)加强规模实力是卫星事业发展与竞争的基础 

    从全球情况看, 2001年统计6个最大的西方卫星操作者大约控制着全球卫星运营的50%以上的份额;而卫星制造业中,西方五大制造商Boeing、Lockheed Martin、SS/Lora Alcatel、Astrium占全球份额的85%,并预计今后上述份额还将变迁,此五家份额将增至95%左右,其余仅占5%。 

    另一方面,就VSAT及宽带卫星业务经营来看,加强其规模实力尤为重要。就美国情况而言,较大规模的VSAT网络用户均达5-6万有余,这与我国四十余家VSAT运营商的很多网络规模均在3000以下用户, 甚至不少只有数百户相比,显然极为可悲,这样既不利于对用户成本的降低,亦浪费轨道/频谱资源。 

    因此,以中国卫星通信集团公司及进一步深化改革开放为契机,尽快加速我国卫星运营商的规模实力与必要的国际合作进程,就适应严峻的国际、国内竞争环境,为发展我国卫星通信事业作出贡献而言尤为重要。商用卫星制造及火箭发射技术亦必须走加强国内外合作、增强规模化实力、快速发展途径这一途径。
 
    (四)正确处理好市场驱动与技术驱动的基本关系,充分重视卫星 产业发展的技术驱动重要性

    以Iridium为代表的GMPCS系统的失利及i-Mode的成功表明,正确处理好市场驱动与技术驱动的基本关系是最重要的因素。因此积极开发新技术同时,必须首先着力研究其市场走向,把握其走势,并能适时地切入与占领市场。虽然一项新技术的出现往往会造就一代新产品,推动市场进一步发展,但新技术有无生命力,归根结蒂必须要有其市场定位,并接受市场检验。在把握好这一基本关系前提下,考虑到卫星产业是浓缩高技术于一体的新产业,尤其要重视各类对频谱/轨道有效利用及卫星产业发展产生更新换代、举一反三作用的新技术。尤其对细分市场的宽带通信,创新,持续创新,特别是持续技术创新与所谓杀手技术尤为重要,例如对3G演进及NGBW发展至关重要的MIMO-STC(多输入多输出空时编码)及新型编码/调制技术即为技术创新发展的一个明显示例。应该说MIMO-STC技术概念起源于上世纪九十年代,它是信道编码理论与自适应信号处理的结晶,但实实在在准备将其引入宽带无线与移动通信中大幅度提高其功率容量处理能力则是近几年的事。这是在Shannon极限定理指导下采用多维空间处理有效提高容量潜力的一个明显例证。 

    信道编码和/或编码调制理论与技术创新50年左右的重要里程碑可概要汇总如下: 

    1948年Shannon极限理论→1950年Hamming码→1955年Elias卷积码→1960年 BCH码、RS码、PGZ译码算法→1962年Gallager LDPC(Low Density Parity Check,低密度奇偶校验)码→1965年B-M译码算法→1967年RRNS码、Viterbi算法→1972年Chase氏译码算法→1974年Bahl MAP算法→1977年IMaiBCM分组编码调制→1978年Wolf 格状分组码→1986年Padovani恒包络相位/频率编码调制→1987年Ungerboeck TCM格状编码调制、SiMonMTCM多重格状编码调制、WeiL.F.多维星座TCM→1989年Hagenauer SOVA算法→1990年Koch Max-Lg-MAP算法→1993年Berrou Turbo码→1994年Pyndiah 乘积码准最佳译码→1995年 Robertson Log-MAP算法→1996年 Hagenauer TurboBCH码→1996MACKay-Neal重新发掘出LDPC码→1997年 Nick Turbo Hamming码→1998年Tarokh 空-时卷格状码、AlaMouti空-时分组码→1999年删除型Turbo码→2000年 Vucetic-Yuan Turbo码原理及应用→……。虽然经过这些创新努力,已很接近Shannon极限,例如1997年Nickle的Turbo Hamming码对高斯信道传输时已与Shannon极限仅有0.27dB相差,但人们依然不会满意,因为时延、装备复杂性与可行性都是实际应用的严峻要求,而如果不考虑时延因素及复杂性本来就没有意义,因为50多年前的Shannon理论本身就已预示以接近无限的时延总容易找到一些方法逼近Shannon极限。因此,信道编码和/或编码调制理论与技术在向Shannon极限逼近的创新过程中,其难点是要同时兼顾考虑好编码及交织等处理时延、比特误码率门限要求、系统带宽、码率、编码增益、有效吞吐量、信道特征、抗衰落色散及不同类别干扰能力以及装备复杂性,等等要求。从而,尽管人们普遍公认Turbo码确是快速逼近Shannon极限的一种有跃变性改进的码类,但其时延、复杂性依然为其最严峻的挑战因素,看来,沿AlaMouti的STB方式是一种看好的折衷方向。同样,实际性能可比Turbo码性能更优良的LDPC码,从1962年Gallager提出, 当时并未为人们充分理解与重视,至1996年为MACKay—Neal重新发现后掀起的另一股推进其研究、应用热潮, 此又为另一明显示例。LDPC码是一类可由非常稀疏的奇偶校验矩阵或二分图(Bi-PartiteGrapg)定义的线性分组前向纠错码,它具有更简单的结构描述与硬件复杂度,可实现完全并行操作,有利高速、大吞吐能力译码,且译码复杂度亦比Turbo码低,并具更优良的基底(Floor)残余误码性能,研究表明,最好的非正则(Irregular)LDPC码,其长度为106时可获得BER=10-6时与Shannon极限仅相差0.13dB;当码长为107、码率为1/2,与Shannon极限仅差0.04dB;与Turbo码结构不同,这是由另一种途径向“Shannon极限条件”的更有效与更逼真的模拟,从而取得比Turbo码更好的性能。因此,“学习、思考、创新、发展”这一永恒主题中持续“创新”最为关键,MIMO-STC及Turbo/LDPC码的发展历程亦充分证实了这一发展哲理。 

    从而,在市场定位确定好的前提下,充分利用上述一系列卫星系统新技术及成熟有效的实用技术,紧密剪裁市场需求,真正形成满足某种市场应用的 “杀手锏” 技术, “杀手锏” 业务,“杀手锏” 应用(Killer-x)等,是复杂、严峻竞争环境中的制胜法宝,在满足基本性能要求基础上,加强智能化、自适应化,操作简便,价格便宜将成为市场竞争的第一驱动力。 

    (五)具体规划与落实好西部大开发的卫星系统发展与应用 

    从实现农村及边缘地区的普遍服务而言,人们的一致共识是卫星通信毫无疑问为一种最有用武之地的强有力的手段,从专家、运营制造商高级决策人员及政府部相应管理官员云集的国际卫星大会上,谈到LEO/MEO GMPCS的严重失利后卫星业界如何再有效地发展时认为,卫星通信要想真正取得长足的发展、并占据信息通信业界重要地位的时刻,必须要使卫星手段真正对农村及边缘地区的通信能发挥其实际有效作用及充分利用好卫星系统独特的广域大面积无缝隙覆盖与强有力的广播、多播能力时才能达到。中国的情况当然非常明显,中国农村人口占全国人口2/3,涉及全国30多个省、市、自治区约24万个行政村的家家户户的切身利益,亦涉及缩小东西部的地区发展水平差距这一宏伟的战略目标。西部大开发是我国面向21世纪的重大战略决策,对缩小我国东西部差距,增强我国新世纪的综合国力,开发扩展国内市场需求与资源利用均有极为重要的现实意义与长远战略意义。西部大开发涉及我国70%以上地域分布十二个省、市、自治区及较贫困的边陲少数民族区域,是解决“村村通电话”、“村村通广播电视”最困难的部分,用卫星通信这一有效手段解决了西部大开发通信问题,也就实质上解决了我国的农村通信问题与普遍服务问题。此外,要解决西部大开发的科技、教育、信息平台先行,宽带卫星通信依然是一种重要手段。而且就资源调查与宏观科学决策而言,卫星遥感(RSS)、卫星定位(GPS)以及卫星电子地图与地理信息系统(GIS)这“3S”技术均离不开卫星技术。因此,从普遍服务基金至西部大开发政策倾斜等如何具体规划与落实好西部大开发的卫星系统发展与应用确属搞好西部大开发的当务之急,我们均应该为此而贡献力量与献计献策, 当然,即便对普遍服务、中西部大开发及农村通信,如上所述相应卫星轨道、系统、网络结构设计,乃至终端与应用, 均应遵循紧密结合国情、适应市场需求、努力持续创新这一重要基本原则。 

    (六)加强与地面系统有机综合的卫星领域标准化及轨道/频谱 规划、干扰协调的研究和捍卫国家权益的规则政策工作  

    加强与地面系统紧密有机综合的卫星领域标准化工作的研究十分重要。如上所述,卫星通信的基本定位必然是地面系统的有效支持、补充与延伸, 卫星通信系统必须与地面通信系统进行紧密有机的集成综合。发展国内/国际卫星系统与业务应用,包括搞好西部大开发,加强卫星轨道/频谱资源的规划与管理是必须的先行的工作。而且目前在国际社会中剧烈争夺轨道/频谱资源已为众所周知,这涉及每一个国家的切身利益。在历届WRC大会上出现的情况即为明证, 包括WRC大会上,对IMT-2000地面及卫星部分的附加频谱划分,对广播卫星业务1、3区重新规划,对LMDS、HDFS、HAPS、RLAN、HDFSS等高密度大容量无线接入频率划分,对新一代SS/GPS/RDSS的频段扩展均展开了的剧烈交锋均为明显示例。因此,在这一严峻的国内外市场竞争格局及国家利益密切相关的环境中,必须切实加强与加速我国卫星轨道/频谱规划及LEO/MEO/GEO卫星系统间及其与地面系统间的干扰协调与台站管理的研究工作,研究频率范围亦应扩展,加强适应加入WTO后的全球电信新环境下的规则政策研究,包括全球混合网环境下国家频谱/轨道资源与主权利益保护的策略、政策与法规的研究,以及全球混合网环境下基于经济评估的频谱资源费用的摊分与计算的研究,以及在全球混合网环境下对纸面卫星(Paper Satellite)进行控制的规则与协议及现实处理办法的研究。而且还应适应卫星系统与地面系统紧密综合及多重频率共用与多频段、多模式网络多层平台综合运行环境前提下加强包括MSS在内的卫星系统标准化研究工作及支撑现代无线电管理的先进全国无线电管理信息系统与监测网络的建设工作,其相应数据库应具备多维结构,包括进行界面视频图示由多维电子地理信息数据进行支撑,并力争能对多维、多参数系统结构进行局部、准全局乃至全局频谱/轨道有效利用的优化处理及智能化、自适应化的现代化无线资源管理。充分有效合理利用“十五”规划中我国用于无线电管理建设方面的投资,加速相应无线电管理与技术支撑基础设施的建设工作,使我国无线电管理与无线电监测尽早与国际水平接轨,并步入国际先进行列。 

    七、结束语 

    (1)卫星产业发展前景依然一片光明,未来全球信息基础设施建设与全球个人多媒体通信发展中卫星系统及卫星通信系统有其的独特地位与作用。
 
    (2)LEO/MEO GMPCS全球窄带卫星移动通信发展中暴露出的问题值得反思,促使人们更谨慎、科学地思考规划下一步宽带LEO/MEO/GEO卫星通信系统应如何处理好相应市场定位及与地面业务的有机无缝隙覆盖综合及轨道/频谱有效利用与管理问题,对此,包括对普遍服务、中西部大开发及农村通信的卫星通信机遇在内,相应卫星轨道、系统、网络结构设计,乃至终端与应用的发展, 均应遵循紧密结合国情、适应市场需求、努力持续创新这一重要基本原则。 

    (3)应充分珍惜与利用WRC-2000/2003大会来之不易的BSS卫星轨道/频谱规划及RNSS频谱资源扩展等一系列积极捍卫国家权益取得的重要成果,以积极务实态度加速推进中国的BSS(DBS,DAB,DTH)及DVB-IP与RNSS工作,妥善处理好规则政策要求、安全保障具体策略与技术保障措施支撑和视频消费产业发展、航天、火箭发射产业联手发展等综合得益平衡,加速我国GEO/MEO/HEO等多层星座卫星通信、RNSS/GPS 等综合平台及其普遍应用的开发,包括积极展开互利多赢的国际合作在内,充分产生卫星产业的产业增值效益,并为加强我国综合国力与国防实力发挥重要的作用。
 
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