O3b星座系统是目前全球唯一一个成功投入商业运营的中地球轨道（MEO）卫星通信系统，主要面向地面网接入受限的各类运营商或集团客户提供宽带接入服务。O3b卫星系统由O3b网络互联网接入服务公司开发，该公司在2007年由多家大型公司和银行联合组建，目前由SES公司完全控股，致力于通过多颗卫星实现全球连接，并提供低延迟、高速率和合理价格的互联网接入服务。

1、O3b卫星星座发展

O3b公司旨在为全球偏远地区（主要是非洲、亚洲和南美等）的30亿人口提供高带宽、低成本、低延迟的卫星互联网接入服务。O3b公司计划建设一个由中地球轨道（MEO）通信卫星构成的星座网络，利用Ka波束天线技术，提供具备光纤传输速度的卫星通信骨干网。该卫星系统即O3b卫星星座已在2013～2014年采用联盟号火箭部署了前三组共12颗卫星，2015年底又订购了8颗，主承包商均为泰雷兹·阿莱尼亚空间公司。该系统主要用于向亚洲、非洲、拉美、太平洋和中东没有充分上网条件的新兴市场提供低成本高速上网服务，将卫星大范围覆盖的特点同光纤网络的速度结合起来，面向数十亿消费者和企业用户，提供低成本、高速、低时延的互联网和移动通信服务。

2016年11月，O3b公司向美国联邦通讯委员会（FCC）提出申请，计划增加新的卫星进入美国市场运营。经过修改并添加了V波段申请后，2017年11月，O3b公司向FCC提出新的申请，计划发射30颗新的MEO卫星进入美国市场运营。同年，波音公司被授权开始建造第二代O3b星座（O3b mPower），开始7颗第二代O3b卫星的建造。O3b新增30颗MEO卫星中，有8颗卫星属于第一代O3b星座，剩余22颗属于第二代O3b卫星星座。第二代星座具有规模可变能力，初期将由这7颗高通量中轨卫星组网，设3万个宽带互联网服务点波束，总容量将达10Tb/s。这7颗卫星拟在2021年部署完成。

O3b新增30颗星中的8颗一代星，其中4颗O3b中地轨道Ka波段宽带卫星于2018年3月9日，由阿里安航天公司经营的俄制联盟STB“弗雷盖特”MT型运载火箭在法属圭亚那库鲁的圭亚那航天中心发射了升空。这4颗新发卫星在5月17日投入使用，使O3b卫星编队总容量增加38%，并使覆盖区从南北纬45度之间扩大到南北纬50度之间。另4颗卫星将在2019年初由联盟号发射，完成第一代星座的组网建设工作。

2018年6月8日，FCC批准O3b利用26颗新增卫星在美销售卫星连通服务的请求。新获授权将使O3b公司能够运营共计42颗中轨卫星。这些新增卫星将会兼用倾斜和赤道轨道，把O3b星座覆盖范围从目前的南北纬50度之间扩展到地球两极，成为一个全球性系统。

2、O3b现有星座简介

O3b公司的中轨宽带星座网络目前在轨道运行16颗卫星，初始12颗已投入运营，在非同步轨道提供固定卫星业务为亚非拉及中东地区提供互联网宽带接入。2018年最新发射的4颗在2018年5月17日左右投入使用。在此介绍已开始正式运营的初始12颗卫星。

2.1 系统概述

O3b卫星初始星座运行于赤道圆轨道，轨道高度8062公里，能够覆盖全球南北纬45°之间所有地方，在南、北纬45°～62°范围内也能提供一定的服务。图1显示了O3b系统覆盖范围，并给出了网关位置。

O3b卫星工作在Ka频段，上行频段范围为27.6~28.4、28.6~29.1 GHz，下行频段范围为17.8~18.6、18.8~19.3GHz。每颗卫星配置有12副指向可控的蝶形天线，各形成一个点波束，其中2个为馈电波束（用于与地面信关站通信），10个用户波束（与用户通信）。每幅天线可±26度旋转，跟踪地面固定位置，波束覆盖直径为700公里，可覆盖南北纬45度以内的地球表面。卫星上有12个65W行波管放大器，点波束采用左旋和右旋圆极化技术，单波束可用带宽为2×216MHz，信息速率高达2×800Mb/s。面对特殊行业用户，可提供最大500Mb/s的数据接入。O3b星座系统的端到端时延约为150ms，当在链路上采用TCP/IP协议传输信息时，单条TCP连接的速度可以达到2.1Mb/s。

O3b星座系统将地面分为7个区域，每个区域10个用户波束，由12颗星构成的卫星星座的总用户波束数为70。

图1 O3b卫星系统地面覆盖范围

O3b星座系统的业务应用涉及骨干网、地面移动网干线、能源、海事和政府通信等几大领域，系统分别针对不同的应用领域提供不同的速率和服务。例如，针对政府通信可以提供保密线路；针对地面移动网干线可以提供基站间通信业务；在能源领域可以利用其低时延特性实现一些实时性要求较高的音视频通信等业务，也可以提供大量带宽用于远程资产监控，还能改善边远及海上油气田工作人员的业余生活；海事应用主要针对游轮用户，可以为旅客提供近似于陆地宽带的用户体验，流畅运行各种社交软件、视频通信软件。

2.2 运行方式

O3b星座系统采用星形组网方式，网络中所有卫星都使用透明转发方式，卫星之间没有星间链路，所有的路由交换都在地面信关站进行，再通过信关站连接到地面通信网，用户之间的通信需要经过信关站中继。O3b星座系统的前向链路（信关站经卫星到达用户终端的链路）和返向链路（用户终端经卫星到达信关站的链路）均采用Ka频段，每个转发器的带宽为216MHz，卫星与用户终端、信关站之间分别通过用户波束、馈电波束进行通信。

由于O3b星座系统采用透明转发方式，因此，可以适用于任何技术体制，该系统提供的服务其实是类似于传统的转发器出租业务，只不过用户使用的转发器不是固定的，需要随着卫星的轨道运动而在不同卫星和波束之间切换，并且每个波束的指向也是可以调整的。

O3b星座系统针对服务区域的特点采用热点覆盖的方式，即每颗卫星产生10个用户点波束，分别根据各自不同的服务区而指向目标区域，如果用户是移动的，则点波束可以随用户的移动而移动。

O3b卫星通过基于TCP/IP的性能增强代理（PEP）和远端站本地缓存技术进一步提高了通信吞吐量。2014年已投入运营的O3b高速互联网接入技术可提供大于500Mb/s的带宽。O3b运行轨道为赤道平面，并且关口站骨干网直接与因特网相连，降低了运营成本，用户在可承受的价格范围内就能享受到光纤级因特网卫星接入服务。

3、O3b卫星星座未来规划

O3b公司2017年11月向FCC提出的申请中新增了30颗MEO卫星，将运行于两种轨道。其中，20颗卫星将运行于赤道轨道被称为O3bN，其中8颗已获批准，属于第一代O3b星座，已有4颗于2018年3月发射，这4颗卫星运行频率与初始12颗卫星相同，余下4颗预计2019年发射。另外新增的10颗卫星运行于倾斜轨道，即O3bI。

除8颗已获批的卫星O3bN以外，剩余12颗O3bN和10颗O3bI卫星属于第二代O3b卫星星座，采用了更先进的卫星平台技术，其中卫星采用全电推进，每颗卫星发射重量预计约1200公斤，比目前的700公斤O3b卫星重很多。卫星具有灵活的波束形成能力，可实时实现每颗卫星超过4000个波束的形成、调整、路由和切换，以适应任何地方的带宽需要，性能将比20颗第一代卫星有明显提高。第二代卫星轨道高度不变，但将新引入70度倾角的倾斜轨道，以实现近乎全球覆盖。

以下按运行轨道种类介绍了新增卫星的轨道情况、未来服务能力等。

（1）O3bN

O3bN卫星星座将运行于赤道圆轨道，运行于Ka和V波段，能提供宽带通信能力，支持海上、航空、移动回传、IP干线和混合IP通信。用户终端将位于北纬63度到南纬63度之间，通常由具有最佳视角（仰角）的活跃卫星提供服务。

O3b电信港位于全球关键位置，用光纤连接，确保O3bN卫星保持全时段连接。目前，O3b由在夏威夷和德克萨斯的网关提供通信服务，并指挥和控制当前运行的卫星。O3bN也将依赖这些设施，也可能需要一些额外的地面站满足地理范围扩大的需求。

O3bN卫星的控制中心位于卢森堡的贝茨多夫，备用设施位于弗吉尼亚的马纳萨斯。位于马纳萨斯的设施完成网络运行控制，其备用设施位于卢森堡的贝茨多夫。这些控制中心和遥测、跟踪和指挥（TT&C）地面站使用租用的地面线路或安全的Internet虚拟专网连接。

（2）O3bI

O3bI卫星将运行于高度为8062公里、倾斜角度为70度的两个圆形轨道面上，升交点的赤经为0到180度，使用与在轨O3b卫星相同的地面设施。未来将在较高纬度安装额外的网关设施，以支持纬度更高地区的用户。与O3bN卫星类似，O3bI卫星也能提供宽带通信能力，支持海上、航空、移动回传、IP干线和混合IP通信。

O3bI的卫星控制中心位于卢森堡的贝茨多夫，备用设施位于弗吉尼亚的马纳萨斯。位于马纳萨斯的设施将完成网络运行控制，其备用设施位于卢森堡的贝茨多夫。这些控制中心和TT&C地面站使用租用的地面线路或安全的Internet虚拟专网连接。

4、未来系统性能

除现已运行的12颗卫星外，未来O3b公司将新增30颗卫星为美国市场提供服务，以下介绍这30颗新增卫星的系统性能，主要包括遥测、跟踪和指挥（TT&C）性能以及信道与频率规划等。

4.1 TT&C性能

O3b系统的TT&C子系统能在发射前、轨道转移时、站上操作中以及航天器发生紧急情况时进行通信。在任务所有阶段，TT&C子系统将运行于分配给O3b非地球同步轨道卫星系统的上行链路和下行链路频率范围的边缘。TT&C传输不会带来很大干扰，且不需要比卫星网络通信业务更多的保护。

卫星在任务所有阶段（包括轨道转移、卫星应急情况和正常操作）中，将通过星上的天线组合产生近全向增益方向图，接收TT&C上行信号和发射TT&C下行信号。然而，对正常操作来说，当卫星指向地球时，TT&C下行链路天线的最小天线增益比安全操作模式（即轨道转移和卫星紧急情况）高。具体TT&C子系统特性如下表。

表1 TT&C性能特性

4.2 信道与频率规划

未来，O3bN和O3bI卫星都将使用Ka频段，并且O3b公司还为O3bN卫星申请了V频段，已得到FCC批准。

O3bN和O3bI将使用数字信道化器，可实现上下行链路动态连接。发射和接收天线具有可成形增益方向图。每个天线波束将指向地球上的固定位置。卫星间能完成无缝切换。

O3bN和O3bI卫星将使用的上行频率为27.5~30.0GHz，下行频率为17.7~18.6GHz和18.8~20.2GHz。所有任务阶段的TT&C操作将在低于29.1GHz（上行）和19.3GHz（下行）5MHz的边缘频段中。频率复用通过双极化（RHCP和LHCP）、波束成形和共频、共极化天线间的空间分离组合实现。TT&C频率为图中19.3GHz和29.1GHz频率旁的红色区域。

O3bN和O3bI卫星将在整个17.7~20.2GHz频段中运行，但O3b并没有申请在美国市场使用18.6~18.8GHz。

图2 O3bN和O3bI卫星以及TT&C频率规划（TT&C为红色区域）

表2和表3为O3b新规划的30颗卫星在Ka频段的频率使用情况。

表2 下行链路频率使用情况

此外，O3b公司还为O3bN卫星申请使用V频段，上行频率为47.5~50.2GHz和50.4~51.4GHz以及下行频率37.5~42.5GHz。下图3所示为O3bN在V频段的频率规划。所有任务阶段中，TT&C操作将在Ka频段中完成。由于O3bN卫星使用数字信道化器，信道带宽在RHCP和LHCP时从卫星到地面方向在37.5~42.5GHz间变化，从地面到卫星方向在47.2~50.2GHz以及50.4~51.4GHz间变化。

图3 O3bN V频段频率规划

4.3 覆盖范围

图4 O3b卫星3D虚拟覆盖图

O3b系统中赤道轨道卫星在北纬36度到南纬36度间地点可见。另外，O3bI卫星还采用倾角为70度的倾斜轨道，将覆盖整个地球。O3bI卫星将在每24小时中至少有75%的时间覆盖北纬70度到南纬55度间地区。O3bI卫星还将连续覆盖美国50个州、波多黎各以及美属维京群岛。

O3b系统的设计将实现按需使用带宽和功率，更有效地利用频谱和卫星功率。也就是说，O3b卫星并没有一直覆盖整个地球可见区域，而是利用可控波束，集中关注用户地区和网关，让这些地区间的吞吐量能达到最大，并确保获得高性能链路，接入全球Internet或公用交换电话网，且不会干扰地球上其他地区的服务。随着用户的增加或改变，O3b系统的容量也随之发生变化。

5、结 语

O3b卫星星座目前有16颗在轨运行卫星，全部运行于Ka频段，可以为亚洲、非洲、南美洲和大洋洲地区提供远程通话和互联网服务。利用其低时延特性加上其高容量Ka频段资源，O3b星座系统提供的新型远程信息交互服务的速度可以达到光纤网络水平。

经FCC批准后，O3b公司将最终运行42颗中地球轨道卫星为美国提供服务。新增的O3b卫星中大部分属于第二代O3b卫星，每颗卫星容量将是第一代卫星的10倍以上，卫星运行轨道高度与第一代近似，但增加了倾斜轨道，旨在将Ka频段波束覆盖扩大到更宽的区域，提供近全球范围覆盖。此外，O3b公司还为赤道轨道卫星申请使用V频段。

（本文来源： 电科小氙）