GMDSS卫星通信发展及形势分析

文|刘法龙 中国交通通信信息中心

一、背景

1.GMDSS定义

全球海上遇险与安全系统（Global Maritime Distress and Safety System，GMDSS）是在国际海事组织（IMO）框架体系下，基于各成员国一致认可所建立的保障海上人命与财产安全的系统，其内容包括但不限于安全相关的操作流程、船舶设备配备要求和海上通信协议等，主要用于实现船舶遇险告警、搜救与协调、定位、海上安全信息（MSI）广播以及驾驶台对驾驶台通信等功能。

GMDSS于1988年由IMO审议通过，并于1992年生效。从系统组成的角度来说，GMDSS包括卫星通信系统、搜救卫星系统、地面选择性呼叫系统和海上安全信息播发系统，详见图1。目前IMO正在对GMDSS进行现代化，以引入更先进的信息化和数字化通信系统和技术，进一步增强海上安全。

2.GMDSS卫星通信系统

海洋覆盖面积广阔，岛屿、礁石分布不均，且受到潮水、海上天气等多重因素影响，无法像在陆地上一样密集且有规划性地进行基站建设、线路部署和设备更新。因此，相较于陆地通信系统从2G、3G、4G到5G的飞速发展，海上通信系统技术落后且发展缓慢。卫星通信依托搭载在卫星上的通信载荷，以及建设在陆地上的地面接续系统，可为卫星覆盖范围内的用户提供多向（岸-船、船-岸和船-船）通信服务。

当船舶在远离陆地的海域航行时，地面通信系统和海岸电台通信服务均不可用，卫星通信是唯一可用的通信手段，具备遇险告警和求救功能尤为关键。因此，IMO发布的《国际海上人命安全公约》（以下称为SOLAS公约）对于在不同海区航行的船舶应配备的无线电设备进行了特别规定，尤其是在地面通信系统和海岸电台无法覆盖到的海区进行国际航行的船舶和300总吨以上的货船（SOLAS公约船），必须配备经认可的GMDSS卫星通信系统的设备，以确保无论船舶航行在任何区域，都具备向附近船舶和岸端相关机构发送遇险告警和寻求救援的手段。

图1 GMDSS各组成部分及通信示意图

二、GMDSS卫星通信系统发展

近年来，随着航天技术的飞速发展，越来越多的卫星发射组成新的卫星系统，为用户提供导航、通信和广播等多元化服务。由于GMDSS卫星通信系统面向的是全球海事领域且相关活动主要在IMO层面开展，以下从IMO框架体系着手，回顾近年来GMDSS卫星通信系统的发展。

1.IMO关于GMDSS卫星通信系统的规则和程序

关于GMDSS卫星通信系统，IMO有两份重要文件，一是上文所提到的SOLAS公约，二是IMO A.1001（25）决议（以下称为1001决议）。作为全球范围内适用船舶进行航行时必须遵守的强制性公约，SOLAS公约在其第四章中规定了船舶无线电设备的配备要求，其中特别规定SOLAS公约船必须配备经IMO认可的GMDSS卫星通信系统的设备。1001决议则是IMO认可卫星通信系统提供GMDSS服务的依据，从卫星系统组成、运行能力、功能与服务、终端性能等方面提出了详细的要求。随着卫星通信系统的发展和海上通信形势的变化，IMO也开始对上述规则进行相应的调整和修订。目前GMDSS正处于现代化的过程中，SOLAS公约第四章的修订趋近完成，1001决议的修订也已提上议程，以引入新的GMDSS卫星通信系统。

程序上，卫星通信系统想要加入GMDSS，必须先通过国家政府向IMO的海上安全委员会（MSC）提交正式申请。MSC审议通过后，授权下设的航行安全、通信与搜救分委会（NCSR）开展技术和操作评估，并审议评估报告，从而决定是否满足相关要求。NCSR审议通过后，再提交至下一次MSC会议审议，最终以发布MSC决议案的形式，正式认可该卫星系统加入GMDSS。在正式开始提供GMDSS服务后，GMDSS卫星通信系统还将长期接受国际移动卫星组织（IMSO）的监管，以确保其持续提供可靠的GMDSS服务。

2.国际移动卫星系统

国际移动卫星系统（Inmarsat）是在地球同步轨道（GEO）上运行的卫星移动通信系统，通过其多个业务子系统提供报文、语音、数据和广播服务，其服务范围可覆盖全球除两极地区外的所有区域。目前，Inmarsat系统的第3代星座（I3）已经接近退役（仅剩1颗卫星提供服务，其余卫星转为在轨备份卫星），主要业务由第4代星座（I4）和第5代星座（I5）承载，第6代星座（I6）也已经在部署中。Inmarsat自1982年开始提供全球海事卫星服务，在引入并实施GMDSS以来即作为GMDSS卫星通信服务提供方，为全球海事用户提供海上遇险与安全通信。由于SOLAS公约规定适用船舶必须配备GMDSS终端，因此Inmarsat在海上卫星通信领域一直处于垄断地位。

Inmarsat提供GMDSS服务的传统业务子系统包括Inmarsat-A、Inmarsat-B、Inmarsat-C和Inmarsat-F/77。Inmarsat-A系统于1982年开始提供服务，已于2007年12月31日正式终止服务。Inmarsat-B系统于2016年12月30日正式终止服务。随着I3停止服役，Inmarsat-F/77和Inmarsat-C系统现已全部切换至I4上运行。根据国际移动卫星公司（INMARSAT）向IMO公布的信息，Inmarsat-F/77系统将于2020年12月1日终止服务。由于Inmarsat-C系统的安全网（SafetyNet）业务为目前唯一通过卫星系统进行海上安全信息（MSI）广播的系统，预计Inmarsat-C系统短期内不会终止服务。

除上述传统业务子系统，在2018年5月召开的IMO第99届MSC会议上，基于Inmarsat I4的数据服务系统——船队宽带（FBB）海上安全数据服务（MSDS）也正式被认可纳入GMDSS。相比较于Inmarsat-F/77无法进行MSI广播，Inmarsat-C只能提供报文通信和广播，MSDS集传统业务子系统的服务和功能于一身，可以更优的话音质量和更高的网络速率，全面实现遇险、紧急、安全、一般通信和MSI广播。目前，Inmarsat GMDSS服务体系如图2所示。

图2 Inmarsat GMDSS服务体系

3.铱星系统

铱星系统（Iridium）为美国铱星公司（IRIDIUM）运营的全球移动卫星通信系统，类似Inmarsat系统，铱星系统也可以提供报文、语音、数据和广播服务，其服务范围甚至覆盖两极地区，是真正意义上的全球卫星通信系统。铱星系统通过分布在6个轨道面的总计66颗低地球轨道（LEO）卫星组成的星座提供通信服务。星座部署有星间链路，每颗卫星可与同一轨道面内的2颗卫星及相邻2个轨道面的1颗卫星连接，即每颗卫星可通过4条星间链路完成与星座内所有卫星间的数据传输，因而无需在世界各地部署建设地面接续站。2019年1月，“下一代铱星”（Iridium Next）卫星星座中的最后10颗卫星发射上天，正式完成全新星座系统的部署。“下一代铱星”星座由以同样结构分布的66颗在轨工作卫星、9颗在轨备用卫星和6颗地面备用卫星组成。

与Inmarsat主要服务海事用户、逐步开发陆地和航空市场不同，作为一个纯商业服务系统，铱星系统一开始便面向全球的海、陆、空用户提供服务。然而近年来随着陆地通信系统的扩张和发展，在维持核心的政府业务的基础上，铱星系统已逐步将更多目光投向了航空和海事领域。根据铱星公司披露的数据，目前全球范围内共有超过66万铱星系统用户，其中海事用户超过5万。

为了在Inmarsat垄断多年的全球海上卫星通信领域占得一席之地，铱星系统于2013年6月正式向IMO提出加入GMDSS的申请，旨在参照Inmarsat的模式，通过成为船舶强制配备的设备达到扩大市场占有量的目的。对于现有GMDSS卫星通信来说，铱星系统的加入可提供多一种选择和手段，更重要的是能够有效补充Inmarsat无法覆盖两极地区的不足，对于船舶主要航线在高北纬度地区的国家（如俄罗斯、挪威、芬兰等）是一大利好。尽管已经提供服务近20年，铱星系统在提交申请后，依然经过4年的改进完善，2次IMO航行安全、通信与搜救分委会（NCSR）会议审议，并在美国政府政治影响力的帮助下，历经5年的时间，终于在2018年5月正式被IMO认可纳入GMDSS，打破了Inmarsat的垄断地位。由于GMDSS卫星通信系统的定位与职责，铱星系统需与其服务范围内的海上搜救协调中心（MRCC）和MSI提供方等实现互联互通，以实现遇险告警转发和MSI广播等功能。铱星系统至今尚未正式向全球海事用户提供GMDSS服务。

4.北斗报文服务系统

北斗卫星导航系统（以下称为北斗系统）是我国自主研发、建设并独立运行，集导航与通信功能于一体的卫星系统。作为IMO认可的四大全球卫星导航系统之一（其他三个分别为美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统和欧盟的GALILEO系统），北斗系统是唯一兼具通信功能的导航系统。根据中国卫星导航系统管理办公室发布的《北斗卫星导航系统发展报告3.0》，2020年北斗系统计划向全球用户提供五大公开服务：基本导航服务、短报文通信服务、星基增强服务、国际搜救服务和精密单点定位服务。北斗报文服务系统为我国目前向国际海事界和IMO公布的提供短报文通信服务的北斗子系统。

北斗报文服务系统通过3颗GEO卫星向亚太区域内的用户提供服务，在2020年底北斗系统完成全球系统部署后，将可以通过3颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星和24颗中圆地球轨道（MEO）卫星向全球的用户提供短报文通信服务。自2003年开始，北斗报文服务系统即开始为亚太区域内的用户提供短报文通信服务，目前已有超过50万名用户，其中海事用户超过10万，平均每天活跃的海事用户超过8000名，平均每天为中国及周边海域的海事用户传输超过136000条报文和位置报告。

为更好地保障“21世纪海上丝绸之路”，服务全球海事界，北斗报文服务系统将自身定位为“更可靠、更经济的GMDSS补充手段”，于2018年5月向IMO正式提出加入GMDSS的申请，并经MSC审议通过，进入NCSR评估阶段。2019年1月，中国向NCSR第7次会议提交《认可北斗报文服务系统作为GMDSS服务提供方》的提案，获得了IMO成员国的广泛支持。分委会经过审议，同意中国提案中所提建议，正式委托IMSO开展北斗报文服务系统GMDSS符合性的技术和操作评估，北斗报文服务系统加入GMDSS又迈出重大一步。

三、未来GMDSS卫星通信形势分析

近年卫星产业的蓬勃发展使得Inmarsat系统在海上卫星通信领域一枝独秀的局面不复存在。铱星系统凭借自身能力和背后美国政府的强力支持，通过在IMO体系下加入GMDSS，已成功在海事领域占领了一席之地。如今中国的北斗报文服务系统也宣布入场，并已取得实质性进展。以下从潜在利益、形势变化和发展趋势几方面对未来GMDSS卫星通信的形势进行简要分析。

1.宣称公益，暗含利益

据IMO不完全估计（无确切数据），全球共有SOLAS公约船舶约计6万条。如上文所述，GMDSS设备为SOLAS公约船强制配备的设备，结合关于设备备份的要求，即每条SOLAS公约船至少需安装2台该设备。根据IMO关于GMDSS服务的收费规定，GMDSS卫星通信服务中的遇险告警、搜救协调、紧急和医疗救助等通信服务是完全免费的。在此前提下，铱星系统花费多年时间，耗费巨大财力和人力争取加入GMDSS，主要还是GMDSS卫星通信系统背后隐藏的巨大商业利益。

终端或者其他Inmarsat终端进行通信。GMDSS服务作为公益服务是免费的，但是发送短信、与家人打电话和上网浏览等常规通信是需要用户支付通信费用的，而卫星通信费率从来都不低。在GMDSS公益服务的背后，是设备售卖、安装和维修服务，报文、语音和数据等通信服务的巨大利润。根据国际移动卫星公司披露的2019年前3季度财务报告，截至2019年9月30日，仅海事服务就为该公司创造了3.835亿美元的收入。在铱星系统加入GMDSS之后，Inmarsat系统不再是唯一选择，有理由相信铱星系统在海事领域的用户数和业务收入将呈现一定程度的增长。

2.“鹬蚌”相争，“渔翁”得利

在铱星系统被IMO认可为GMDSS卫星服务提供方后，Inmarsat系统的垄断地位被打破，在商业服务上两者必将展开更加激烈的竞争。这种形势对于作为“渔翁”的海事用户来说是有利的。自Inmarsat系统提供服务以来，其终端价格和服务资费一直都不亲民，铱星的资费也是如此。表1为根据Satphone全球语音和数据服务网站所提供的信息，对Inmarsat FBB 500和铱星 GO！业务进行的相关费用对比。我国北斗报文服务系统所提供的短报文通信服务，目前对用户是免费的。出于服务“21世纪海上丝绸之路”的初衷，即使将来北斗报文服务调整收费策略，也更多是公益保障服务的性质，并非以盈利为主要目的。因此北斗报文服务系统加入GMDSS，对于欠发达和发展中国家，以及仅需基本GMDSS服务的海事用户也是极大的利好。

表1 Inmarsat FBB 500与铱星GO!资费对比

3.多元竞争，共谋发展

在铱星系统加入GMDSS的评估过程中，作为评估方的IMSO发现现有1001决议中存在许多不普遍适用的规定，如只提供了GEO卫星通信系统的参数计算公式，覆盖范围和业务恢复的规定未考虑非GEO卫星通信系统等。目前1001决议的修订已经正式启动，以期制定适用于不同卫星系统的GMDSS认可标准。这一行为无疑表明了IMO或者海事界对于更多卫星通信系统加入GMDSS所持的开放态度。而被认可加入GMDSS并不意味着将永久作为船舶必备的通信手段。IMSO作为IMO委托的GMDSS服务监督方，每年都会对GMDSS卫星服务提供方所提供的服务进行监督和评估，并提交报告供IMO和各成员国审议。可以预见，未来将会有多个GMDSS卫星服务提供方共存，在为海事界提供更加稳定、优质且可靠服务的基础上，相互竞争并共谋发展。

四、结语

一百多年前泰坦尼克号沉没导致1517人丧生的悲剧，给全球海事界敲了重重的一记警钟，也推动了海上遇险通信与搜救的发展。随着具备更加全面可靠通信手段的GMDSS出现，以及电子航海和GMDSS现代化的不断发展，如今在海上航行时可以发短信、打电话甚至看视频，出现危险可以立即一键发送告警信息，也可以直接电话联系搜救中心，海上航行的舒适性、便利性和安全性都有了极大的提高。在当今全球化的大趋势下，作为海上重要通信手段和GMDSS不可或缺组成部分的卫星通信，将会在未来发挥更加重要的作用。