第4期 陈如明 卫星全球定位系统的发展与应用策略
卫星全球定位系统的发展与应用策略
陈 如 明
摘 要 在概述了现代卫星系统新技术的基础上，论述了适应NGN／3G演进等
信息与电信新环境下的卫星全球定位系统的新进展及其发展与应用策略。
关键词 宽带卫星系统 宽带无线接人 NGN 3G
一
、 引 言
自1 94 5年英国空军雷达军官、科学家亚瑟·克拉克在《无线世界》
杂志上发表了“地球外的中继”(Ext ra terres t r i a l Re l ayi ng)一文，
提出了三颗 GE0卫星可按 1 2 0轨道间隔进行覆盖全球的通信这一革
命性概念以来，卫星系统作为一种新兴的技术与业务手段，无论从各
类空间段的卫星制造、星际链路构成，到商业火箭的发射，乃至地面段
的各类VSAT／USAT，甚至微型个人终端的诞生，创建了5 0余年的科技
辉煌，当然亦经历了众多的波澜起伏与曲折坎坷的历程。
进入2 1世纪以后，随着信息全球化及对全球个人多媒体通信和
无缝隙覆盖需求的不断增加，无线宽带手段，包括各类卫星通信手段，
必将发挥愈来愈重要的战略作用。各类卫星通信系统的重要性在于其
在未来的全球、区域或国家信息社会中具有一系列独特特征并将发挥
陈如明 信息产业部通信科技委副主任，中国国家无线电频率规划专家咨询委员会主任，主
任高级工程师，无线电管理局原副局长，曾主持和参加过多种科研项目，获国家及部级多
项一至三等国家级／部级科技攻关奖／科技进步奖及两委一部表彰奖等多种奖励，1991
年获国家科学研究突出贡献特殊津贴
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一 系列独特作用，在于其在各行各业和各类实际应用中的广泛性和普
遍性及其在未来宽带无线演进中所扮演的不可缺少的独特作用。其
中，RNSS／GNSS／GPS／RDSS导航定位对上至航空航天、卫星入轨，下至海
洋开发、农牧导游，应急联动、精密制导打击等各类导航、定位、定时、
测速等应用，均有其独特的地位与作用，其应用面之宽、之广，几乎无
时不在，无处不在，并处处抵达三维空间任一角落。而信息／电信新环
境导致的巨大个性化应用及信息基础设施建设需求将成为卫星定位
技术发展的巨大市场驱动力。本文主要就卫星全球定位系统空间段及
地面段的发展与应用策略谈一些看法，供参考。
二、卫星全球定位系统的独特作用与重要性
1．卫星全球定位系统的特征与作用
卫星全球定位系统的广泛服务与应用领域包括：
(1)各行各业的广泛应用和服务领域，诸如行途导航、精确定位、
精密定时、有效测速、航空航天、卫星入轨、资源勘查、地震监测、捕鱼
作业、森林防护、旅游引导、农业生产、工程建设、海洋开发、应急救险、
智能交通、安全监测、个性化位置服务，3S(SRS：卫星遥感；GPS：卫星定
位；GI S：卫星地理信息系统)“西部大开发”及“数字城市”规划测量、城
市应急联动、精密制导打击等军事应用，综合国力增强等，涵盖工业、
农业、渔业、林牧、安保、军事、科学研究、新闻报导、旅游、航空、海事和
环境等各行各业。
(2)对中西部大开发及农村边远地区通信和普遍服务的个性化位
置服务，3S(RS，GPS，GI S)的独特重要作用。
(3)对3G，3G演进，NGN，NGBW等系统的有效广域三维覆盖、广播／
多播、高密度多媒体业务发展有效增值的重要互补支持作用。
2．NGN／3G对卫星定位的发展及应用需求的巨大驱动力
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通用无线接入包括地面移动接入(属地面移动业务范畴)及地面
固定无线接入 (通常简称为FWA，属地面固定业务范畴)和卫星接入
(SA，相应卫星移动接入，属移动卫星业务MSS范畴)。按网络带宽分
类，无线接入通常有三类。一类是所谓窄带接入，其携载业务的每用户
比特速率通常≤64kb i t／S；第二类为宽带接入，指每一信道载波可提
供高达2Mb i t／S的比特速率，目前IMT一2 000原始定义的最高比特速
率2Mb i t／S即属此范畴；第三类是指宽频带(Broadband，亦称广带)接
入，主要是多媒体业务传输所需的每一信道载波传输速率>2Mb i t／S
的无线接入。在中文文章里，往往将Wideband与Broadband无线接入
统称为宽带无线接入。
卫星接入是通用无线接入的重要组成部分。近些年来，卫星接入
被轻视与冷漠的主要原因与GMPCS系统严重失利密切相关。在WRC一97
大会上，LEO／MEO／GEO卫星移动与卫星固定业务被炒得火热。但时隔三
年，Iridium系统破产，ICO，G1obar Star以及Orbcomm等MEO／LEO系
统均陷入相当困难的境地。这种情况与地面移动无线接入和固定无线
接入的蓬勃发展局面相比，其遭到惨败的根本问题是没有处理好技术
驱动与市场驱动的关系，没有处理好卫星业务与地面业务之间的基本
市场格局和卫星业务与地面业务的有机综合。为此，在LEO／MEO／GEO
卫星移动与固定业务的狂热驱动下提出的4 0多个LEO系统和2 0余
个Ku／Ko频段宽带卫星系统，以及 1 5个V／Q／W等更高频段的宽带多
媒体卫星系统提案均处于冷静思考、调整战略、寻求其合理发展的低
潮阶段。但是，归根结蒂，卫星通信在构筑全球信息高速公路征程中的
独特战略地位与作用，是任何有识之士均不会忘却的，冷静考虑与安
排卫星业务，诸如卫星广播数字压缩直播DBS，DTH业务，卫星无线电
导航(RNSS)与全球定位(GPS)业务，其中包括卫星移动业务MSS在内，
依然在WRC一2 000大会上获得密切关注。以SES，Inte1 sa t系统为代
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表、作为固定接入的GEO FSS系统，依然处于相当好的商业运作状态。
它对高速寻呼、短信息数据业务联网，对包括DTH，DBS，VoD在内的视
频多媒体广播、多播业务，对Interne t业务的高速下载及远程教育、
远程医疗等多媒体业务广域组网等依然发挥着独特有效的作用。一般
来说，采取快速适应市场需求的现代GEO卫星系统设计的思路较为可
取。例如，可瞄准宽带IP业务市场，以带宽处理能力较强的、传播环境
较好的(C／)Ku频段为轴心，舍弃星上处理、星际链路及低轨／中轨多
星座高风险技术，采用星上波束发射功率控制，以适应传输条件的动
态变化影响。在地面段采用高效率编码与调制技术，以增加功率／频谱
利用效率，降低天线尺寸、功耗及硬件成本，对每波束载波进行动态调
制与编码参数的调整，以动态控制功率／带宽资源的分配利用。采用新
的网络协议及管理手段，进一步实现多用户共用同一频带时的动态带
宽管理，优化Int erne t不对称与突发数据特性的带宽利用效率。从商
业市场模式与地面互补角度考虑，应实现广域下行B2C宽带Int ernet
平台服务，执行高速Int erne t基本业务接续、多媒体VoD，VPN与电子
娱乐等增值服务，以及对用户最后一公里解决方案的xDSL以及电缆、
光纤和其它宽带地面无线接入手段的广域支持与补充。而其上行纵
向，则应执行B2B方式的垂直应用，对ICP，I SP，电子商务的CSP地面
移动应用及分组数据中心等实施纵向连接的支持应用等。这样，其基
本目标将是瞄准“最后一公里”终端用户的广域接入甚至个人端到端
的一条龙服务。这样，商业覆盖面极大，特别适合于Interne t网及农
村边远服务，可帮助服务商从零售服务中获得可观的利润。
考虑到卫星接入的通用无线接入包括宏大区、宏区、小区、微小
区、微微小区、移动、半移动(包括游牧)、固定等各种接入覆盖模式，可
有效覆盖三维物理空间的任何一个角落并有效连接至任何个人用户。
对实现未来全球的个人通信而言，其实际连接覆盖的普遍化与重要性
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是不言而喻的。而且，无线接入与Int ernet联合运作的所谓无线
Internet及移动 IP，以及以BluetOOth／UwBT／wPAN／wLAN等手段实现
以微(微)小区个人接入为中心展开的无线个人(区)域网络接入将成
为未来全球个人通信领域的最重要环节之一。其中，卫星接入在实现
宏大区广域三维覆盖接入方面的作用显得尤为突出。
另一方面，从宽带无线发展的整体轨迹来看，宽带无线接入，包括
物理层，MAC层及应用层的系统结构与技术装备的改进，无论是TDD模
式，还是FDD模式，均在向新一代宽带无线接入系统迈进，这是新一代
宽带移动通信前向演进的技术基础与源动力。从市场驱动角度及
IEEE8 02．xy标准化的推进势头和NGN与NGBW的概念与发展趋势看，
注重以3G为中心的3G演进(包括 IEEE8 02．xy的进展或融合)，比仅
注重 3G显得更为紧要。
宽带无线演进至4c／5c时，将在统一的IP核心平台上集成接入
各类不同业务，实施移动业务与固定业务的融合、广播业务与交互业
务的融合、专用业务与公众业务的融合等，并将取得较好的全IP QoS
控制。在未来的宽带演进中，无论是宽带无线接入中的宽带卫星接入，
还是宽带移动通信中的宽带MSS的有机综合，宽带卫星在未来全球个
人多媒体无缝隙覆盖连接，在实现我国西部大开发和广域覆盖的普遍
服务等方面均将会发挥出愈来愈重要的潜在战略作用。同时，随着地
面移动、地面固定及卫星业务三者紧密综合在一起，全球／区域／国内
意义上的WWAN，WMAN，WLAN，WPAN以及WBAN等各类不同覆盖域、不同
频段网络将紧密综合在一起。为适应这一多模、无缝隙、以IP为基础
的综合多媒体业务运行环境下的灵活有效的公共资源管理，建立智能
代理之类管理模式将成为一种发展趋势，并具有重要的现实作用。
事实上，根据NGN的基本概念，NGN必须具备三大基本属性，即可
靠的端对端通信，建立简单和易操作的用户网络，多业务生成和创造
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可赢利的新的商机。这充分体现了NGN分阶段演进发展的基本立足
点。其中，包括卫星接入在内，固定、游牧半移动、较高速及甚高速无线
接入将成为NGN接入与应用层面的主角。在NGN含义上的固定与移动
网互联与融合演进方面及在 NGN的移动性管理方面，2 004，年初的
ITU—TSG1 3研究组会上即取得了重要进展。该会议上就固定网与移动
网的彼此融合提出的一些方案是有可操作价值的，诸如在现有固网核
心网层面增加固网移动性平面FMP(Fi xed Mob i1 i ty P 1 ane)支持
IMT一2 000 3G网络的移动性功能，将现有固网作为固定接入网FAN，与
FMP联手形成增强型固定网络EFN，实现连续移动终端与不连续移动
终端的集成运作。显然，这一思路对我国迈向3G及 3G演进时的固定
网及移动网的全业务网络，并组建融合的统一平台有重要的现实参考
价值。又如，在 NGN移动性管理总体要求及体系架构建议草案
Y．NGN—MOB中明确提出，为确保用户终端在变更位置时的持续接入服
务，应如何由核心网的相应移动管理功能给予有效支持。对此，将移动
性分成了两大类别，一是“游牧移动性”，其用户在移动时可改变其网
络接入点，但正在进行的服务会话会完全停止，需重新启动。另一大类
称为“无缝移动性”，用户或终端在移动时，可随时改变其网络接入点
而不中断正在进行的服务会话。此移动管理功能包括用户识别和鉴
权、接入控制和授权、位置管理与IP地址分配／管理、用户环境管理、
用户信息管理及接入用户数据(包括用户数据保密)管理等诸多功能。
在终端方面可引入增强型固定终端FTE，这一方面可引入UIM卡，实现
机卡分离，用户识别具有接入无关性。另一方面，它可与FMP进行信令
互操作，实施登记、鉴权及呼叫控制等处理。就网络层面而言，NGN移动
性管理涉及接入网移动性管理、网内移动性管理及网间移动性管理。
由于网间移动性管理要解决NGN的网络节点接口NNI的移动性管理，
涉及到不同接入技术及不同运营商，因而相对复杂。
此外，就技术层面看，与宽带固定无线接入与新一代宽带移动通
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信的关系相类似，宽带卫星系统技术通常具有比宽带地面系统技术更
高的技术难度与更深的技术内涵。众所周知，固定无线接入比移动通
信更容易实现操作，智能天线、软件(定义的)无线电以及一系列现代
编码调制及 自适应信号处理技术等功率／频谱有效利用以及 IP QoS
的物理层，MAC层，会聚层及应用层方面有效联手的协议处理往往容易
在固定无线接入中试验与装备应用。因而，固定无线接入通常成为新
一 代移动通信的技术先导。第三代后的第四代移动通信系统结构的一
种重要设想是对各种新老交替的无线通信接入手段，包括新一代FWA
技术及移动通信技术、多媒体广播技术和Bluetooth Pi CO—Ce ll接入
技术，借助中介会聚桥接适配系统与以IP为基础的核心网相连接。与
此相似，先进的卫星技术则是以先进的地面技术作先导，但必须紧密
结合卫星传输的自身特征，进一步研制开发一系列特有的新技术，诸
如GEO长时延、大传输衰耗影响处理，LEO／MEO多星座结构优化与自适
应覆盖处理，多星座、多网络跨协议漫游处理，高可靠、长寿命卫星空
间段星上处理、星际连接及卫星发射技术演进，精确可靠的空间体站
址保持、地面跟踪以及端对端卫星全 IP结构传送运作时的有效QoS
控制等。这充分显示出卫星系统更深的高技术内涵。
3．发展全球卫星导航定位系统的频谱资源
鉴于全球卫星导航定位系统的独特重要性，在WRC一2 000伊斯坦
布尔会议上经过各国的共同努力，全球卫星导航定位系统使用频谱扩
展取得了明显进展，WRC一2 003日内瓦会议进一步确认了这些进展，从
而为RNSS／GNSS／GPR／RDSS的发展奠定了战略基础。
三、发展策略考虑
1．加强卫星业务、应用与产业发展的规划
上述卫星新技术、新业务的发展状况及频谱资源规划与应用前景
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提示人们，作为一个在全球社会中起主要大国作用的我国，应充分重
视发展卫星的业务、应用与产业的战略重要性。对此，首先是信息产业
部综合规划部门，要联合内外相关部门，制订、落实有效的我国卫星业
务、应用与产业发展规划，其中包括宽带卫星业务，直播卫星业务，
RNSS／GNSS／GPS／RDSS卫星增值业务、卫星移动通信业务与商用卫星运
营紧密结合的国防卫星业务，以及其它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，以适应进入
WTO后的国内外环境运行形势需求。
2．积极推进BSS／RNSS的普遍应用
应充分珍惜与利用WRC—x大会来之不易的BSS卫星轨道／频谱规
划及RNSS频谱资源扩展等重要成果，以积极务实的态度加速推进中
国的BSS(DBS，DAB，DTH)及DVB—IP工作，妥善处理好意识形态与政策
要求、安全保障策略及技术保障措施，视频消费产业发展、航天、火箭
发射产业等的共同发展，加速我国GEO／MEO／LEO等多层星座平台与
RNSS／GNSS／GPB／RDSS综合平台及其普遍应用的开发，充分发挥RNSS
的产业增值效益，并真正加强卫星系统对我国国防事业的实际支持
作用。
3．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，6个最大的西方卫星操作者大约控制着全球卫星
运营5 0％以上的份额。而卫星制造业中，西方五大制造商Boe ing，
Lockheed Mart in，SS／Lora Al ca te l，As t r ium占全球份额的85％，预
计今后几年内上述份额还将发生变化，这五家份额将增至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。就美国而言，较大规模的VSAT网络用户达5--6万有余，这与
我国三四十家VSAT运营商的很多网络规模均在 3000以下用户，甚至
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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，尽快加速我国卫星产业的运营、制造及应用业的规模实力
与必要的国际合作，尤为重要。在国际合作基础上，应紧密结合中国的
国情及市场模式特征，进行技术、应用与业务创新。对此，发展我国的
RNSS／GNSS／GPSRDSS系统亦毫不例外应遵循这些有普遍意义的模式。
4．充分重视卫星产业发展的技术驱动性
以I r i d ium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，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，尤其要重视各类卫星产业发展
的更新换代作用的新技术。在市场定位明确的前提下，充分利用一系
列卫星系统新技术，紧密结合市场需求，真正形成满足某种市场应用
的杀手锏技术，是复杂、严峻竞争环境中的制胜法宝，在满足基本性能
要求的基础上，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。这一点对全球导航定位系统的普及发展与应用
而言尤为重要。
5．规划与落实西部大开发的卫星系统的发展与应用
西部大开发是我国面向2 1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的战略意义。西部大开发涉
及我国7 0％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
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卫星通信这一有效手段解决了西部大开发的通信问题，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(SRS)、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角度看，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。
6．加强与地面系统有机综合的卫星领域标准化工作
加强与地面系统有机综合的卫星领域标准化工作的研究十分重
要。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，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，特别是边缘区域及山区、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的有机综合。从行政与公共关系及财务角度
看，卫星通信系统的运营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，甚至一体化，以便构成一种性能
／价格比真正优良的三维立体网络，并实施卫星网络对地面网络受意
外事故中断时的有效大容量备份与援救支持。从标准化角度看，应该
统一并开放系统接口和协议的全球标准，包括多模终端的有效集成。
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、设备综合和系统综合。上述各种
综合等级可处于独立共存或全部综合之间，随着综合等级的递增，每
一 等级可包容前一个低等级的基本特征。
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工作。目前，国际社会
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在激烈争夺轨道／频谱资源，因为它涉及每一个国家的切身利益。在
WRC一2 ooo／2 00 3大会上，围绕着对IMT一2 000地面及卫星部分的附加频
谱的划分，对广播卫星业务1／3区的重新规划，对LMDS，HDFS，HDFSS，
HAPS等高密度大容量无线接入频率的划分，对新一代RNSS／GPS／RDSS
的频段扩展等均展开了激烈的交锋。因此，在严峻的国内外市场竞争
环境下，必须加速我国卫星轨道／频谱的规划及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
范围亦应由原先的约3 OGHz扩展至约1 OOGHz，加强适应加入WTO后的
全球电信新环境下的规则和政策的研究。其中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；
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 Sa te l1 i te)进行控
制的规则与协议及现实处理办法的研究。此外，在卫星系统与地面系
统的紧密综合、多重频率共用与多频段、多模式网络的多层平台综合
运行环境下，加强包括MSS在内的卫星系统标准化的研究，以及全国
无线电信息管理系统与监测网络的建设工作，以粉碎任何恶意攻击我
国卫星转发器的罪恶阴谋。相应数据库应具备多维结构，包括界面视
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、合理地利用
“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。
(收稿日期：2004—05—05)
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