Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

12.3
System Development Methodology
The basic approach for evaluating system economics is to view the system as an
investment. When in operation, the system produces services that can be sold
to customers. That generates revenues that, hopefully, will recover all costs and
ultimately yield profit to reward the investors. Figure 12.2 presents a simplified
flow chart that identifies the various stages of system implementation and operation.
Financial inputs (shown as arrows on the right) are required for each aspect of
system evolution, that is, investment to create the system and service revenues from
users (e.g., customers, subscribers). The objective is to end up with an operational
system that is self-sustaining in an economic sense. This same principle applies to
other investments in the telecommunications fields, including cellular telephone,
cable TV, and undersea fiber optic cables. The unique aspect of satellite communica-
tion is how we address the risk associated with launching and operating spacecraft
in orbit. Risks to the ground segment exist as well, but there is a perception that
the risks are addressed in the routine course of running any terrestrial business.
Figure 12.2
Flow chart illustrating the economics of implementation and operation of a commercial
communications satellite system.

---

396
Satellite Systems Engineering and Economics
Beginning at the top of Figure 12.2, the first step in the planning process is to
determine the service requirements or needs the system is to satisfy. Research into
the needs of potential users is performed over some period of time either by
investigating historical patterns of telecommunications usage (satellite and terres-
trial) or by conducting surveys among the prospective users. Such a project repre-
sents a one-time cost, being the first fixed expense in system development. It can
be considered part of the investment in the system or it can come under the normal
operating budget of the private company or government agency doing the research.
Developing requirements can be costly because data must be collected for each
market segment and geographic region to be served. The most costly is primary
research, in which one actually goes out into the field and gathers data directly
from the targeted user population. Secondary research is considerably cheaper and
quicker to conduct because it amounts to assembling already available data from
published sources. It includes reports from consulting or market research compa-
nies, as well as data published by government and international bodies like the
FCC, the National Association of Broadcasters, the European Commission, the
World Bank, or the ITU. Most market research studies begin with secondary
research and move on to primary research only when initial feasibility has been
established and there are some special (and extremely important) questions to be
answered.
With the business requirements more or less quantified, the next step is to use
the systems engineering process (Section 12.1) to determine the system concept.
This is a major planning project and is best performed by an organization that is
very familiar with the technology and economics of satellite communications. Such
organizations include large manufacturers of spacecraft, experienced satellite opera-
tors, and certain specialist consulting firms with experience on these types of
projects. The final product of such an effort is a system design document that lists
performance specifications for the major elements of the system. For example, the
system concept for an advanced GEO satellite network would identify the geo-
graphic coverage requirements, its frequency band(s), repeater design (analog or
digital), communication capacity, and other specific characteristics. Part of the
design would be to determine, through appropriate tradeoff studies, the modulation
and multiple access methods to be employed for each service. The locations and
service capabilities of Earth stations also would be identified.
One of the most difficult aspects of determining the system concept is to know
what technologies are available and appropriate. That information comes from
the resources of the system designer or can be learned through exposure to the
marketplace. It is common to issue a request for information to relevant developers
and manufacturers so they can suggest design methodologies and solutions. Besides
the technical aspects of that effort, the system designer needs to prepare estimates of
the investment and operating costs. A thorough systems engineering study includes
tradeoff analyses of various alternatives, yielding an approach that is nearly opti-
mum for the particular set of user requirements. Another important aspect of the
process is the consideration of how the system can be expanded or modified after
it has gone into operation. That can have a decided effect on the approach taken
for the initial system design.

---

12.3
System Development Methodology
397
The design is not finished, however, until the requirements/needs definition is
revisited to verify the original assumptions. Done properly, the top two boxes in
Figure 12.2 represent an iterative process, seeking the best technical and business
solution. One result could be that one or more of the original services is discarded in
favor of another more viable market opportunity. Likewise, a technology solution,
which appeared attractive on first examination might have an excessive business
risk associated with it.
Perhaps the most dynamic phase of the process is system implementation,
during which most of the investment is made. Before construction begins, the
functional requirements from the system concept are turned into detailed hardware
and software specifications. With respect to major Earth stations, locations around
the service area are firmly established with consideration given to the footprint of
the satellite antenna. Contractors and manufacturers are selected and schedules set
for construction of all the elements of the system. The system operator can perform
the role of system implementation manager, but in many instances another experi-
enced system integrator is selected. Depending on the types of facilities involved
and whether a spacecraft must be constructed, system implementation can take
anywhere from one to five years. Essentially all the expenses incurred during
implementation become the investment in the system itself and are recoverable
mainly through collecting revenues during its useful life. Alternatively, presale of
satellite and Earth station capacity to one or more large users can provide a needed
financial boost to offset some of the capital and initial operating costs.
After the system is implemented, the major space and ground elements are
tested to verify performance and functionality. Then the operational phase begins
and lasts as long as useful services can be provided. The economic input to the
operating system usually is in the form of service revenues from users, as indicated
at the right of Figure 12.2. Revenues can be collected monthly, yearly, or in a lump
sum before service is even rendered. Examples are the monthly telephone bill that
most of us pay and the up-front payment for a transponder on a condominium
satellite. The system must be operated and maintained by ground personnel over
its useful life, indicated at the left of the figure. Operations expenses cover the
labor resources discussed in Chapter 11. Depreciation is a charge against revenue
to allow for the fixed lifetime of the space segment and ground assets. For example,
a 15-year GEO satellite depreciates at the rate of 1/15th its initial investment cost
per year (in actuality, a much shorter economic lifetime is assumed to allow the
operator to mitigate taxes). The third charge, finance, is simply the cost of money,
amounting to the effective interest that might be paid back to lenders. On top of
that is the profit that would result when all costs are paid, delivering value for the
owners/investors.
Additional investment would be made over the life of the system to add new
users and to provide expanded services, in terms of both quantity and type. Any
proposal for new facilities would go through the entire process described above,
although on a smaller scale. Repair of existing facilities associated with current
services comes under the expense of operating the system and would not be a new
investment. When the system or an element has reached the end of its useful life,
due to wearout or to obsolescence, it is disposed of. If it can be salvaged or sold,

---

398
Satellite Systems Engineering and Economics
some additional recovery of investment money is possible. Otherwise, it is disposed
of in a manner that cannot interfere with continued operations or future activity.
A business plan is a document that delineates all the information discussed in
this chapter to this point. The following is a brief list of typical major sections of
a business plan that might be used to describe a proposed satellite communication
project:
•
Executive summary;
•
Basic service proposition (services to be offered);
•
Satellite system description;
•
User terminal equipment design, manufacture, and distribution;
•
Spectrum, orbit assignment, and regulatory matters;
•
Expected usage patterns and service take-up (market research);
•
Competitive analysis;
•
Marketing and sales plan;
•
Financial model;
•
Source of investment funds;
•
Financial results and sensitivity to critical parameters;
•
Risks and their management;
•
Organization structure and implementation plan.
The breadth of the list indicates the wide range of the type of information that
a good business plan must contain. Of course, there would be additional descriptive
information to help potential investors understand every aspect of the system and
the business. Most important is how investors’ money will be protected, increased,
and returned. Good business plans are not easy to assemble. They consist of credible
and consistent market research, development plans, financial analyses, and a clear
business structure. Often, the people behind the business are the ones who are in
a position to assure potential investors that the proposed services can be delivered
in a profitable way. To sum it up, the definition of a good business plan is one
that can be financed.
This has been a brief and generic discussion of the evolution and economics
of a system used to provide telecommunications services. More information is
provided in our other work [2]. The size of this type of planning effort should not
be underestimated; it is the responsibility of the system developer to do adequate
homework. In the rest of this chapter, the particular aspects of satellite communica-
tions are discussed using that framework.