柴勇 （中国卫通集团有限公司）

L频段卫星移动广播通信系统，具备全时段、全天候和无缝隙覆盖的方式，突破了地面广播信号传输距离的限制，可直接向快速移动载体，包括飞机、火车、船舶和汽车以及个人用户，提供便捷、高质量的数据广播业务和多用途数据采集传输服务。在此，重点针对L频段卫星移动广播通信系统构成、技术体制和业务应用需求进行研究探讨，并提出结论建议。

1 概述

L频段是开展卫星移动通信和卫星移动广播的黄金频段，而其具有的相对频率较低的特性，使传输链路不受雨雪、温度和海拔等因素的影响。由于采用频率较低且天线波束宽，使天线对指向性精度要求不高，给终端系统设备在小体积、轻质量和低耗电的设计和应用带来诸多方便。在构建适合以L频段卫星为主要传输手段的综合信息服务系统中，采用先进的移动数字多媒体技术，建立配套的技术平台和运营支撑系统，结合卫星系统或其他频段上行传输系统，组成“天地一体”的综合信息传输服务的平台，除了可实现高品质、大带宽、广域覆盖、受众人口多的移动终端数据传输及广播信息接收业务外，亦可为交通运输、民航管理、水利、气象、环保、林业、渔船、边海防应用等行业,在车载、船载、机载和便携式终端应用环境下的数据通信业务需求提供服务。

L频段卫星系统从使用频率和业务应用方面，被划分为两种业务应用，即卫星移动通信业务（L-MSS）和卫星移动广播业务（L-BSS）。卫星移动通信具有覆盖区域大、通信距离远、应用范围广、通信终端便携机动灵活、线路稳定可靠等优点，已成为通信业务的一个重要发展方向。业务应用适用于民用和军用通信；覆盖范围可满足国内和国际通信需求。卫星移动广播具备全时段、全天候和无缝隙覆盖的方式，突破了地面广播信号传输距离的限制，可直接向个体用户提供便捷、高质量的数据广播业务和多用途的数据采集播发服务，是建立国家应急广播体系的重要手段之一。构建我国自主的L频段卫星综合信息服务系统，对于加强国家信息安全及应急信息发布体系，推动L频段卫星综合信息服务应用市场发展，以及带动相关产业链等方面具有重要意义。

2 国内外应用发展状况

卫星移动通信

印尼“亚洲蜂窝卫星”卫星在轨飞行示意图

美国第1代“全球星”在轨飞行示意图

国际移动卫星-4在轨飞行示意图

阿联酋“瑟拉亚”卫星在轨飞行示意图

国外商用L频段卫星移动通信系统主要包括：“国际移动卫星”（I n m a r s a t）系统、美国“全球星”(Globalstar) 系统、印尼“亚洲蜂窝卫星”(A C e S) 系统和阿联酋“瑟拉亚”（Thuraya）系统等。

“国际移动卫星”系统目前已发展至第5代，其第4代系统构成主要包括：地球同步轨道通信卫星、用户移动终端（包括海用、陆用和空用终端）、运行管理地球站以及网络协调控制站等。其中卫星到用户移动终端的上、下行传输链路采用L频段（上、下行为1.6/1.5GHz）；卫星到运行管理地球站的上、下行传输链路采用C频段，通过多颗地球同步轨道卫星组网实现了全球范围通信覆盖。

第4代“国际移动卫星”系统利用了有限的34 M H z带宽频率资源，使用按需分配多址（D A M A）的连接通信方式，可以提供速率4.8kbit/s或3.1kbit/s语音和数据服务，以及速率最高可达492kbit/s的数据服务。

阿联酋“瑟拉亚”卫星通信系统是通过数字波束成形技术产生300个点波束，星上配有数字信号处理模块（DSP），可根据业务需要自由切换波束和能量。对于每颗卫星上的300多个波束，可通过地面控制重新配置各波束的功率和频率的容量，整星最大功率达到74.4dBW，每波束可分配使用整星总功率的20%。每3个波束的最大功率可达到整星总功率的40%。卫星主要覆盖欧洲、北非、中非、南非大部、中东、中亚、南亚等110个国家和地区，经系统集成整合了卫星、全球移动通信系统(GSM)、全球定位系统（GPS）3种传输方式后，可提供语音、数据、互联网和GPS定位等业务的个人移动通信服务。其中覆盖我国国内和领海大约为40个波束。“瑟拉亚”卫星系统主要由3颗地球同步轨道高功率卫星、用户手持终端设备、地面站网关和网络运营中心，以及卫星测控系统设备等构成。卫星系统工作频率为34MHz带宽的L频段，上行1626.5～1660.5MHz，下行1525～1559MHz，极化方式为左旋圆极化，卫星系统使用地球同步卫星移动通信无线电接口规范(GMR—1)通信体制。

卫星移动广播

卫星移动广播业务是近些年在国际上发展的新兴服务。目前，主要有业务面向美国市场的“天狼星-XM”（Sirius XM）公司运营的地球同步轨道卫星移动多媒体广播系统，业务服务目标是为美国大陆90%以上区域的用户提供99%以上可用度的服务。“天狼星-XM”卫星系统主要由地球同步轨道卫星网络、便携终端和车载终端、S频段地面中继站，以及业务上行传输和地面卫星测控系统组成。用户终端天线近乎全向天线，其增益约为2～5dB，G/T值优于－19dB/K。该卫星系统可以提供超过150个音频节目，包括65个音乐频道和85个话音频道。“天狼星-XM”卫星系统一个明显特点是在北美地区70个主要的大城市区域布置有近1500个中继站，明显地提高了卫星信号传输的可靠性，提高了对楼内的渗透能力，保证了家庭和办公室内接收机的接收效果。

典型的美国“天狼星-XM”卫星移动通信车载用户终端

日本移动广播公司（MBCO）与韩国SK电信（SKT）建立产业联盟打造了“移动广播卫星”（MBSAT）。该卫星上行采用Ku频段，下行采用S频段，频率为2630～2655MHz,带宽25MHz。其有两个波束分别覆盖日本和韩国，分别采用极化隔离。

业务面向亚洲与非洲地区的“世广”（WorldSpace）卫星移动广播系统，由位于21°（E）的“非洲之星”(AfriStar)和位于105°（E）的“亚洲之星”(AsiaStar) 的2颗地球同步轨道卫星组成。卫星覆盖区域包括非洲、近东和中东地区，中国、印度、日本和东南亚地区。每颗卫星有3个波束，采用L频段(1467～1492MHz)，使用带宽25MHz，业务上行传输链路使用X频段(7025～7075MHz)，带宽50MHz。每颗卫星可提供288个广播频道，该系统不要求接收天线精确对准卫星，可为手持快速移动终端用户提供音频、图像和数据多媒体等业务传输服务。在中国通信广播卫星公司和世广卫星公司的配合下，我国广电机构进行了有关L频段卫星数字声音信息播发技术试验，测试“亚洲之星”东北波束广播覆盖范围、场强和实际覆盖效果。试验内容主要有两项：一是不同地理位置和边缘地区的接收测试；二是移动接收测试，包括汽车、火车移动接收试验和江河客运、海上航行移动接收试验。2008年世广卫星公司因经营问题进入破产保护程序，世广卫星公司利用“亚洲之星”和“非洲之星”提供的服务也基本中断。近期，世广卫星经过重组后有计划启动接替卫星和新业务拓展服务计划。

L频段划分范围

L频段卫星移动通信和卫星移动广播系统的建设是一项复杂的系统工程，我国目前尚无自建的商用卫星移动通信系统投入运行，也没有自主可控的运营和服务系统提供此项业务的运管和服务。国内正在使用或部分计划准备使用的商用卫星移动通信系统都是由国外运营商提供的。

3 L频段卫星系统技术体制

卫星轨位与L频率应用资源

卫星频率和轨道资源既是所有卫星系统建立的前提和基础，也是卫星系统建成后能正常工作的必要条件。由于采用了相对低的频率，所以卫星移动和广播的业务需要使用便携式小型化的终端设备，这也直接限制了终端天线的尺寸，并且其采用的天线波束的指向性不强，由此相对指向识别目标卫星和邻星信号的能力较弱。这就使得卫星移动和广播业务相对于卫星固定业务，在相关不同卫星网络间业务兼容与协调共存方面更加困难。因此，使用L频段的卫星轨位和频率的规划协调至关重要。

在国际频率划分1～2GHz频段范围，对不同应用业务的使用，可人为划分为L和S频段两部分。除了分配给地面网络业务应用以外，国际电联专门划分了给卫星移动、卫星广播和卫星固定三种卫星应用业务的使用频率。L频段卫星移动通信和多媒体广播系统拟采用卫星移动广播业务和卫星移动通信业务频段。

美国第1代“铱”卫星在轨飞行示意图

美国“地网星”在轨飞行示意图

根据当前我国可用的L频段频率资源规划，1467～1492MHz这一段频率国际电联规划分配给了卫星广播业务，而不能用于卫星移动通信业务。虽然L频段仍有带宽规划为移动通信业务，但开展业务的相关协调工作非常困难。

地球同步卫星移动通信无线电接口规范

由于客观频率资源等因素的限制，制约了我国开展L频段卫星移动通信系统项目的发展规划，但从技术角度学习与借鉴，我们有必要对目前主要在用的卫星移动通信无线电接口规范充分掌握和了解。

早在2001年，欧洲电信标准学会(ETSI) 联合美国电信行业协会(TIA) 制定并公布了地球同步卫星移动通信无线电接口规范。地球同步卫星移动通信无线电接口系统主要是从全球移动通信系统基础之上发展而来，同时扩展了全球移动通信系统覆盖范围。该接口规范的系统主要包括1颗或多颗地球同步轨道卫星、1个卫星操作中心(SOC)、1个网关站(GS)和用户移动终端(MES，可以是手持终端、车载终端和固定终端)。此系统通过众多地理位置不同的基站提供移动通信服务，其主要设计目标是通过1颗或多颗地球同步轨道卫星，提供全球移动通信服务，包括整体电路模式语音、传真服务和广泛的数据服务。

网关站包括可以与现有固话通信设施和全球移动通信系统移动管理网络通信的外部接口。它包括1个或多个网关收发子系统[GTS，相当于全球移动通信系统的基站收发信台(BTS)]，1个或多个网关站控制器[GSC，相当于全球移动通信系统的基站控制器(BSC)]，1个或多个移动交换中心(MSC，对应全球移动通信系统的移动业务交换中心), 一个或多个通信控制子系统(TCS，在全球移动通信系统基站内无对应功能单元)。通信控制子系统用于支持位置服务，路由优化和其它卫星专用服务及功能。

移动服务区域可在地球同步轨道卫星和卫星有效载荷定义的大范围覆盖区域内提供服务。位于覆盖范围内的用户可以使用地球同步卫星移动通信无线电接口规范系统的所有服务。卫星点波束与全球移动通信系统蜂窝的不同之处在于：波束半径在几百千米且形状规则，信源保持同步并来自同一颗卫星，从而可能导致服务区和国家边界重叠。相对的全球移动通信系统蜂窝则较小，因地形和建筑物通常形状不规则并且信源来自不同的地理位置，通常全球移动通信系统蜂窝总是默认存在于一个国家内。两个系统中存在的不同点导致了两个系统的不同处理方式。

地球同步卫星移动通信无线电接口规范系统及其相关无线电接口规范，指明了全球移动通信系统和地球同步卫星移动通信无线电接口规范移动卫星系统的不同之处。地球同步卫星移动通信无线电接口规范系统扩展了全球移动通信系统的覆盖范围，又能提供与全球移动通信系统类似的服务和功能，如话音，数据，传真，点到点短消息服务，蜂窝广播短消息服务及在移动设备和固定用户间的补充服务，同时还能通过公共和专用通信网络提供世界范围内的专网连接服务。固定网络连接包括公共交换电话网络(PSTN)、公共陆地移动网(PLMN)和专网(PN)。

卫星移动多媒体广播系统技术体制

为了解决广域覆盖和移动性支持，兼顾固定和移动接收，实现单向广播和双向交互的有机融合，将地面和卫星的覆盖连通，要构建卫星信号和地面互补网络，考虑可能的回传通道技术，以实现对双向业务的支持，使小型化终端天线和移动接收成为可能，催生新的业务形态。因此，卫星移动数字广播将成为下一代无线广播电视网（NGB-W）中的重要一环。

虽然移动通信网络（3G/4G-LTE）能够解决地面人口密集区域对于移动多媒体和移动互联网的大部分需求，但是对于我国更为广阔的农村和边远地区，尤其是随着西部大开发建设的众多高速公路和高速铁路以及广阔的海洋范围数十万艘近海及远洋舰船等移动载体，都需要提供移动信息广播、休闲娱乐和移动通信服务。L频段卫星移动广播，可利用卫星、地面、调制、组网方式等的多样性，结合实际卫星能力及地面系统情况，采取相应的逐步部署策略，来有效满足需求。

L频段卫星移动多媒体广播系统由空间段、地面段和应用段构成，通过透明转发方式，实现星状网移动多媒体信息的广播。该系统采用集中管理模式，由地面关口站实现对广播系统的资源和用户管理，所有移动多媒体广播业务均通过地面关口站完成业务信息的转发。地面关口站通过地面有线网络或其他卫星网络实现与电信网/用户系统的互联互通，为各类行业用户和民用用户提供业务接口和管理接口。

空间段由1颗或多颗移动多媒体广播卫星构成，空间段的移动多媒体广播卫星，通过地面关口站与广播终端间的广播和回传信息传输物理连接，实现移动多媒体广播信号的大功率下行广播转发和移动多媒体数据业务的双向传输。卫星由地面段关口站运控管理。

由于卫星L频率资源可用带宽限制—只有25 M H z带宽，多媒体广播卫星采用多波束技术（DVB-SH），提高频谱利用率、提升服务区覆盖性能及容量。网络构成支持地面固网与卫星双向交互网络，以及移动网卫星双向交互网络。

地面段即地面支撑系统主要是卫星关口站。地面段设置2个以上的关口站，包括主用站和备份站，关口站选址支持馈电波束覆盖区范围内的相关地面站。关口站由网关站系统、业务控制中心等组成，保障卫星在轨可靠长期运行，提供业务运营服务。同时关口站负责提供与本地地面网络的互联互通。关口站间通过地面光纤或其他地面有线手段实现互联。

用户段包括各种类型的卫星移动广播终端，用于接收卫星下行广播信号。终端具有手持终端、固定终端、移动终端等多种型谱，包括单收广播终端、双向传输终端和多网融合终端3种类型。为了满足多种类型行业应用，终端采用低功耗小型化设计，通过标准化和混合信号集成电路设计指南(ASIC)化设计，可以嵌入到已有各类终端或设备中，满足通用和行业专用需求。

卫星移动多媒体广播系统与卫星移动通信系统逐渐融合，是技术和业务需求共同带动的结果，卫星移动多媒体广播系统也可以结合现有地面其他网络的发展需要，开展适合多媒体数据广播特点的业务应用。它在支持基于DVB-SH技术的移动多媒体广播业务的同时，还具备双向卫星移动通信的能力。其业务成熟应用正从传统的单向广播业务向考虑了受众的差异化需求，即具有交互式能力的广播/组播/点播综合业务的方向发展。

4 我国L频段卫星系统应用需求分析

国家信息安全与应急通信和广播需求

我国是一个幅员辽阔，地形和海况环境复杂，地区发展不平衡的大国，如果仅依靠地面通信网络覆盖，信息传输服务会存在局部盲区；特别是我国地理位置特殊、自然灾害频发，常常会引发地面通信网络的瘫痪。因此对满足全国覆盖，并能实现无缝连接的卫星移动通信与数据处理业务系统的需求愈来愈迫切。特别是在国家抢险救灾，应急指挥，边海防建设，陆地、水上和航空交通管理，海洋经济发展，森林草原防火，矿山和石油勘探，旅游经济，文化传播，科学探索等涉及移动信息传输服务等领域，对卫星移动通信和广播的应用需求较为迫切。

随着我国经济社会的发展，社会对信息技术、信息产品以及信息系统的依赖程度日益提高，网络和信息系统安全问题愈加重要。建立自主可管可控的信息服务系统，是保障信息系统和网络的安全，维护国家安全、经济安全和社会稳定的战略需要。建立我国完整的卫星移动广播和系统，通过卫星广播传输扩大文化宣传的应用范围，结合“天地一体”综合互补组网的思路，积极促进实现“三网融合”，加快卫星通信服务产业发展的步伐，使我国的卫星应用水平提高到一个新的高度，将对我国传统的卫星、地面系统、终端设备研发制造，以及相关通信技术体制标准和业务运营均提出新的要求及挑战。充分利用和发挥L频段卫星应用系统所独有的特点和优势，建设卫星移动通信和广播系统，填补我国卫星移动交互广播应用的空白，可满足互联网经济发展时代对大数据和海量信息传输需求。

实际可商业化应用潜在需求

随着我国经济建设中智慧城市、智能交通运输，车联网、移动互联网和物联网等系统应用快速发展，尤其是人们对移动的小型化长耗时使用的信息传输系统开发应用的期望，卫星移动通信和移动广播的需求已经日益广泛地显现出来，同时又可以对地面通信和广播系统进行有效的延伸、补充和完善。

在我国机动车保有量大幅攀升的情况下，“流动听众”人群不断壮大，移动多媒体广播卫星是中央或地方广播电台开展交通信息、新闻资讯、综合信息、音视频娱乐信息广播的便捷、经济、高质量手段。车载移动接收终端可提供全天候24h不受地域限制的应急救援通信服务，提供高质量车载媒体的广播、双向互动广播、交通路况播报。通过卫星定位与卫星移动通信和移动广播应用系统的结合，可实现对所需车辆（包括位置、速度、车况、保养记录、行车日志以及货仓安全等）的运行监控，提升信息化运营管理。为增强安全性各类交通运输、渔业、航空和应急部门，逐步要求采用强制性规定广泛使用实时数据的监控管理，促进卫星移动通信和广播系统推广应用的需求。东南亚是我国紧邻，也是我国企业投资较多的区域和人员交往密切的地区。中国与东南亚地区的政治、经济、文化领域的国际合作越来越多，迫切需要提供航空、航海、公共安全等公益服务，提高国家影响力。我国95%以上的海域（海岸线50km以外）均无自主地面信号覆盖。我国渔业系统的各种渔船总量超过100万艘，其中备案的大型渔船有28万艘，主要作业区域北至济州岛，南至南海地区，东至129°（E），甚至到154°（E）。通过卫星能以较低的成本为这些船只发布各种信息（包括天气、海浪、渔情、台风预警、新闻和娱乐节目等），并通过双向通道提供电话和上网等服务。面向渔民和海员的娱乐新闻信息广播和政府信息广播是提高公众生活质量和国家归属感的有效途径。

与传统C/Ku/Ka频段卫星应用的差异化应用

对比传统C/Ku/Ka频段卫星应用方式和特点，L频段卫星移动通信和广播系统应用差异化需求显著。目前使用的VSAT系统，在应用中虽然传输速率较高，但相对而言，也普遍存在天线尺寸和质量偏大，须加带精确指向卫星的跟踪系统，使用的便捷性较差，尤其是在高速移动载体平台的应用中，附带的跟踪系统是设备使用高成本的重要因素之一。这也是“国际移动卫星”在向宽带Ka频段移动VSAT业务发展的同时，仍将L频段卫星移动通信业务作为其核心业务发展。另外，国际上新一代的卫星移动通信和广播系统，面对不同业务使用需求也在提高传输速率，同时通过使用集成终端，更多地考虑采用与其它地面网络技术的融合，推动使用双模或多模手持终端设备，它与目前地面网络系统形成融合与互补应用的需求日益显现。

5 结论与建议

开展L频段卫星移动通信和广播应用系统的研究，必须要站在国家战略高度，在完善我国空间基础设施规划的基础上，紧紧围绕国家惠民工程，以公益为主，探索市场化的运营商业模式，建设我国自主可管可控的L频段卫星移动通信和广播系统。

我国已开展了卫星移动通信系统的研究，而单纯的单向卫星广播系统又不能满足广播技术发展的趋势和市场需求，所以建设卫星移动通信和移动广播卫星系统既满足市场需求，又符合技术发展趋势，并将利于带动相关技术的进步，培育新的经济增长点，填补我国在卫星移动数字多媒体广播系统建设和应用领域的空白。

参考国际应用情况并结合国内发展现状和具体需求，在卫星技术体制方面，建议采用可与地面系统双向交互接入的双向移动广播卫星系统，开展支撑双向交互的广播业务，适应双向交互广播时代新需求、拓展移动多媒体广播应用范围、提升移动多媒体广播卫星市场竞争力。在业务应用和运营方面，建议加强政策支持及业务应用推广扶持，鼓励卫星运营商直接参与网络系统建设与业务运营；鼓励采用市场化的业务运营机制和体制，通过推动国际、国内范围，产业链内外环节的广泛合作，开展系统建设的技术可行性分析，以及相关业务运营的经济适用性分析研究。