美國(guó)光平方公司網(wǎng)絡(luò)與GPS沖突事件分析及啟示

焦文海 吳海玲 李作虎（北京跟蹤與通信技術(shù)研究所） 耿國(guó)同 趙利平（中國(guó)國(guó)防科技信息中心）

□□自2011年初美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）有條件地批準(zhǔn)光平方公司關(guān)于在L頻段建設(shè)高速無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)的申請(qǐng)以來(lái)，圍繞該網(wǎng)絡(luò)對(duì)“全球定位系統(tǒng)”（GPS）干擾一事，美國(guó)內(nèi)外展開(kāi)了激烈的爭(zhēng)論和斗爭(zhēng)。2012年2月15日，F(xiàn)CC發(fā)布公告，宣布因存在對(duì)GPS的干擾問(wèn)題，提議撤消之前對(duì)光平方公司的“有條件授權(quán)”，無(wú)限期暫停其輔助地面設(shè)施（ATC）網(wǎng)絡(luò)，并征詢公眾意見(jiàn)，從而使得這場(chǎng)GPS陣營(yíng)與光平方公司之間耗時(shí)1年多、波及面極廣的“大戰(zhàn)”結(jié)果初見(jiàn)明朗。

1 光平方公司網(wǎng)絡(luò)概況

光平方公司網(wǎng)絡(luò)稱為高速無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)，是經(jīng)FCC批準(zhǔn)、由光平方公司建設(shè)的天地融合新一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃由2顆地球靜止軌道衛(wèi)星和數(shù)萬(wàn)個(gè)地面基站構(gòu)成，以衛(wèi)星移動(dòng)通信為主，4G地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)作為補(bǔ)充，能覆蓋地面網(wǎng)絡(luò)設(shè)施無(wú)法到達(dá)的農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)、有效抵抗颶風(fēng)等自然災(zāi)害破壞，傳輸容量高達(dá)千兆比特每秒，可在北美地區(qū)提供全面覆蓋、高速可靠的話音和數(shù)據(jù)服務(wù)。該網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項(xiàng)目受到美國(guó)政府機(jī)構(gòu)和通信產(chǎn)業(yè)界熱捧，認(rèn)為它能催生龐大的私人投資，5年內(nèi)創(chuàng)造10萬(wàn)個(gè)工作崗位，為美國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)帶來(lái)活力。

GPS衛(wèi)星星座

光平方公司已發(fā)射的天地－1（SkyTerra－1）衛(wèi)星

光平方公司網(wǎng)絡(luò)2003年開(kāi)始規(guī)劃建設(shè)，2010年11月發(fā)射了1顆衛(wèi)星，并計(jì)劃近期發(fā)射另一顆衛(wèi)星，地面網(wǎng)絡(luò)也在快速建設(shè)。目前經(jīng)FCC批準(zhǔn)，正采用雙模通信終端提供小范圍的衛(wèi)星移動(dòng)通信/長(zhǎng)期演進(jìn)（MSS/LTE）服務(wù)。光平方公司原定2012年建成覆蓋美國(guó)36%以上人口的地面網(wǎng)絡(luò)，2016年網(wǎng)絡(luò)覆蓋率達(dá)到92%以上。

2 事件基本情況

光平方公司網(wǎng)絡(luò)地面部分于2004年11月獲準(zhǔn)使用L頻段1525～1559MHz頻譜。申請(qǐng)頻率時(shí)，由于該頻段與GPS使用的1559～1610MHz頻譜相鄰，F(xiàn)CC曾組織光平方公司和美國(guó)GPS產(chǎn)業(yè)委員會(huì)針對(duì)兩者的信號(hào)共存問(wèn)題進(jìn)行過(guò)協(xié)商。考慮到光平方公司網(wǎng)絡(luò)的地面部分只作為衛(wèi)星鏈路的備份，且其基站數(shù)量和發(fā)射功率受到嚴(yán)格限制，該頻段最終獲得批準(zhǔn)。

此后幾年，光平方公司為提高網(wǎng)絡(luò)性能和吸引更多用戶，先后多次要求FCC修改授權(quán)許可，放寬基站數(shù)量和發(fā)射功率限制。2010年11月18日光平方公司又向FCC遞交了一份修改授權(quán)申請(qǐng)，要求取消“只能提供MSS/LTE雙模終端”的限制，以便光平方公司網(wǎng)絡(luò)能夠使用僅支持地面4G網(wǎng)絡(luò)的單模終端，提高市場(chǎng)吸引力。由于這種單模終端不需要裝載衛(wèi)星天線，與雙模終端相比體積更小、質(zhì)量更輕，勢(shì)必吸引更多用戶加入網(wǎng)絡(luò)；而光平方公司也將因此提高地面基站的發(fā)射功率，并很可能將基站數(shù)量增加到4萬(wàn)個(gè)，給相鄰頻段的GPS信號(hào)帶來(lái)嚴(yán)重干擾。近幾年GPS信號(hào)干擾問(wèn)題一直牽動(dòng)著業(yè)界脆弱的神經(jīng)，這一申請(qǐng)招致了GPS業(yè)界的高度警覺(jué)和不滿。2011年1月26日，F(xiàn)CC初步考慮批準(zhǔn)光平方公司申請(qǐng)的消息傳出之后，GPS業(yè)界迅速作出強(qiáng)烈回應(yīng)。

2011年3月，美國(guó)航空、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸、建筑、測(cè)繪等產(chǎn)業(yè)及GPS設(shè)備制造和服務(wù)提供商共同成立“拯救GPS聯(lián)盟”。該聯(lián)盟委托咨詢機(jī)構(gòu)對(duì)干擾嚴(yán)重程度及由此導(dǎo)致的生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行評(píng)估，并派出代表在美國(guó)眾議院聽(tīng)證會(huì)上發(fā)表證詞，要求美國(guó)政府機(jī)構(gòu)甚至國(guó)會(huì)介入，向光平方公司和FCC施加壓力。光平方公司則辯稱其地面網(wǎng)絡(luò)信號(hào)完全符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，干擾問(wèn)題是因?yàn)镚PS接收機(jī)制造商不遵循GPS標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)性能標(biāo)準(zhǔn)，未采用銳截止濾波器和設(shè)置足夠保護(hù)帶寬而造成的。

2011年9月，美國(guó)軍方正式介入，空軍航天司令部司令在國(guó)會(huì)上指責(zé)光平方公司網(wǎng)絡(luò)會(huì)導(dǎo)致美軍大量武器裝備降低甚至喪失作戰(zhàn)能力。2011年10月，美國(guó)國(guó)會(huì)下定決心，要求光平方公司暫停地面網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。但光平方公司并未因此改變目標(biāo)，而是在FCC支持下積極炮制新的技術(shù)申請(qǐng)?zhí)岚福攸c(diǎn)是研制開(kāi)發(fā)新型濾波器等設(shè)備，并通過(guò)對(duì)現(xiàn)有GPS接收機(jī)進(jìn)行加裝或改裝，以解決GPS接收機(jī)受干擾的問(wèn)題。光平方公司還提出，愿意承擔(dān)政府部門(mén)接收機(jī)加裝或改裝濾波器所需的費(fèi)用。但GPS業(yè)界不斷提出反對(duì)意見(jiàn)，認(rèn)為光平方公司提出的解決方案根本無(wú)法解決高頻端10MHz對(duì)GPS的干擾問(wèn)題，且接收機(jī)加改裝的費(fèi)用高昂、周期冗長(zhǎng)，不應(yīng)將這部分費(fèi)用轉(zhuǎn)嫁給GPS用戶或制造商。

2012年1月，美國(guó)國(guó)防部常務(wù)副部長(zhǎng)和交通部常務(wù)副部長(zhǎng)聯(lián)名致函商務(wù)部助理部長(zhǎng)，明確表示沒(méi)有任何實(shí)際的解決方案能夠允許光平方寬帶服務(wù)計(jì)劃的實(shí)施。由于美國(guó)國(guó)防部和交通部副部長(zhǎng)是天基定位、導(dǎo)航與授時(shí)（PNT）國(guó)家執(zhí)行委員會(huì)的聯(lián)合主席，因此其言辭代表了迄今為止政府內(nèi)部對(duì)此事最為強(qiáng)硬的表態(tài)。2月14日，F(xiàn)CC表示將無(wú)限期暫停光平方公司ATC服務(wù)授權(quán)。聯(lián)邦通信委員會(huì)的發(fā)言人表示，國(guó)家通信與信息管理局已得出結(jié)論，認(rèn)為目前沒(méi)有現(xiàn)實(shí)的方法消除潛在干擾，因此委員會(huì)將不會(huì)取消“禁止光平方公司單獨(dú)提供地面網(wǎng)絡(luò)服務(wù)”的禁令。FCC提議：①撤銷之前“有條件批準(zhǔn)光平方單模申請(qǐng)”的授權(quán)；②無(wú)限期暫停光平方ATC授權(quán)。2月15日，F(xiàn)CC就上述提議正式發(fā)出公告。目前，光平方公司外患內(nèi)憂，在債務(wù)危機(jī)的壓力下大幅裁員，首席執(zhí)行官已經(jīng)辭職。

3 分析判斷

光平方公司網(wǎng)絡(luò)與GPS沖突事件引起了美國(guó)國(guó)會(huì)、相關(guān)部門(mén)和廣大民眾的高度關(guān)注，各方的立場(chǎng)不同，觀點(diǎn)和看法也不盡一致。綜合各方觀點(diǎn)、有關(guān)事實(shí)和數(shù)據(jù)，筆者有以下兩點(diǎn)判斷：

（1）光平方公司網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)包括GPS在內(nèi)的多個(gè)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)造成嚴(yán)重干擾

光平方公司主張建設(shè)的地面網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)現(xiàn)有GPS系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。根據(jù)美國(guó)航空無(wú)線電技術(shù)委員會(huì)的測(cè)試結(jié)果，工作在1550.2～1555.2MHz的光平方地面網(wǎng)絡(luò)，可導(dǎo)致600m高空的航空GPS接收機(jī)喪失功能。美國(guó)國(guó)家天基PNT執(zhí)行委員會(huì)組織的測(cè)試評(píng)估結(jié)果表明，高精度GPS接收機(jī)在距離光平方公司網(wǎng)絡(luò)地面基站6～7km時(shí)就無(wú)法正常工作。FCC組織測(cè)試的七類民用GPS接收機(jī)，都因?yàn)楣馄椒骄W(wǎng)絡(luò)信號(hào)的干擾，性能受到不同程度的影響。美國(guó)佳明國(guó)際公司生產(chǎn)的車載導(dǎo)航設(shè)備在距離光平方公司網(wǎng)絡(luò)地面基站不到6km時(shí)發(fā)現(xiàn)干擾，距離接近3km時(shí)靈敏度下降10dB，無(wú)法在城市環(huán)境中進(jìn)行定位，距離約1km時(shí)在空曠環(huán)境中無(wú)法工作。

GPS－2RM衛(wèi)星在軌飛行示意圖

光平方公司網(wǎng)絡(luò)還會(huì)對(duì)歐洲“伽利略”（Galileo）系統(tǒng)和“北斗”系統(tǒng)構(gòu)成潛在的威脅。根據(jù)歐洲航天局的測(cè)試分析，光平方公司網(wǎng)絡(luò)地面基站發(fā)射的信號(hào)可對(duì)數(shù)百米至數(shù)百千米范圍內(nèi)多種類型的Galileo接收機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。“北斗”系統(tǒng)使用的B1信號(hào)下邊帶中心頻率為1561.1MHz，距離光平方公司網(wǎng)絡(luò)地面部分使用的頻段只相差2.1MHz，理論上會(huì)比GPS受到更為嚴(yán)重的干擾。

（2）光平方公司網(wǎng)絡(luò)與GPS之爭(zhēng)已見(jiàn)分曉

此次光平方公司與GPS業(yè)界的矛盾沖突，既涉及雙方的根本利益，也關(guān)乎美國(guó)未來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防安全。從當(dāng)前態(tài)勢(shì)看，F(xiàn)CC迫于多方壓力撤銷最初的批準(zhǔn)，使光平方公司向GPS做出讓步，并在其他頻段尋找所需頻譜。

當(dāng)初討論的解決方案主要有4種：一是改用光平方公司其他頻段；二是光平方公司修改基站天線；三是降低光平方公司地面基站發(fā)射功率，四是GPS接收機(jī)加裝新的濾波器。這些方案都需要光平方公司網(wǎng)絡(luò)和GPS一方或雙方系統(tǒng)進(jìn)行改造。對(duì)GPS業(yè)界而言，由于GPS系統(tǒng)已運(yùn)行多年，民用和軍用領(lǐng)域都擁有龐大的用戶群，要完成所有GPS終端改造，需要付出難以估量的時(shí)間、經(jīng)濟(jì)代價(jià)。僅在國(guó)防領(lǐng)域，據(jù)美國(guó)空軍航天司令部估計(jì)，要改造美軍數(shù)百萬(wàn)GPS終端，至少需花費(fèi)幾十億美元和10年以上時(shí)間。而對(duì)光平方公司來(lái)說(shuō)，修改天線設(shè)計(jì)或調(diào)整發(fā)射功率，雖然所需經(jīng)濟(jì)和時(shí)間成本較低，但均不能有效解決GPS干擾問(wèn)題；唯一能夠徹底解決GPS干擾問(wèn)題的方案就是另尋頻段，而這樣一來(lái)，光平方公司前期數(shù)十億美元的系統(tǒng)建設(shè)投資將嚴(yán)重受損，美國(guó)政府期待光平方公司網(wǎng)絡(luò)為美國(guó)創(chuàng)造1200億美元經(jīng)濟(jì)收益的設(shè)想也將無(wú)限期拖后。因此，對(duì)美國(guó)國(guó)會(huì)和政府來(lái)說(shuō)，否決光平方公司網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實(shí)在是經(jīng)過(guò)艱難權(quán)衡后萬(wàn)般無(wú)奈的抉擇。

4 啟示

光平方公司網(wǎng)絡(luò)對(duì)GPS干擾事件，是2011年以來(lái)衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域最為矚目的大事之一，折射出衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的固有脆弱性以及與其他系統(tǒng)的矛盾沖突等重大問(wèn)題，對(duì)我國(guó)“北斗”系統(tǒng)建設(shè)具有重要的警示和啟發(fā)意義。

未來(lái)的GPS－3衛(wèi)星

（1）要注重我國(guó)“北斗”系統(tǒng)干擾問(wèn)題的前瞻性研究與預(yù)防

目前，我國(guó)正在研究的4G移動(dòng)通信系統(tǒng)以地面網(wǎng)絡(luò)為主，考慮使用的頻段將在2.3GHz和2.6GHz附近，與“北斗”系統(tǒng)頻段相距較遠(yuǎn)，尚不會(huì)對(duì)“北斗”系統(tǒng)造成干擾。但隨著技術(shù)體制快速演變，用頻系統(tǒng)日益增多，配額頻段愈發(fā)擁擠，很難保證將來(lái)不出現(xiàn)對(duì)“北斗”構(gòu)成嚴(yán)重干擾的通信系統(tǒng)。對(duì)此，我們要保持高度警覺(jué)，積極開(kāi)展預(yù)測(cè)研究，提早制定預(yù)防策略，以免將來(lái)遇到類似事件時(shí)措手不及。

（2）要加強(qiáng)與新建無(wú)線通信系統(tǒng)的頻率協(xié)調(diào)

通信和導(dǎo)航都是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，但二者歸屬不同部門(mén)管理，在各自發(fā)展過(guò)程中容易出現(xiàn)信號(hào)沖突的情況；而衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)較弱，對(duì)干擾信號(hào)較為敏感，容易受到其他用頻系統(tǒng)的影響。為此，要加強(qiáng)與其他部門(mén)的溝通協(xié)調(diào)，以免造成類似光平方公司網(wǎng)絡(luò)干擾GPS而導(dǎo)致的這種“進(jìn)退兩難”的局面。

（3）積極發(fā)展和采用先進(jìn)的抗干擾技術(shù)

針對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)工作原理和技術(shù)體制上存在的固有脆弱性，研究發(fā)展和積極采用高增益點(diǎn)波束天線、信號(hào)完好性監(jiān)測(cè)、自適應(yīng)抗干擾濾波等先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，在不斷提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)下行鏈路信號(hào)質(zhì)量的同時(shí)，有效屏蔽和濾除來(lái)自相鄰頻段其他信號(hào)的影響，確?！氨倍贰毕到y(tǒng)能在日益復(fù)雜的電磁環(huán)境下向用戶提供可靠穩(wěn)健的服務(wù)。