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行業(yè)聚焦 | 高通量衛(wèi)星的發(fā)展與應用前景
2018-08-10 / 閱讀次數：2198
來源 | 星空年代
作者 | 鄧恒
根據鄧恒先生主題演講內容整理
截至2016年底，全球在軌衛(wèi)星1459顆，其中通信衛(wèi)星占比約50%。無論是固定用戶，還是移動用戶，通信衛(wèi)星都占據了基本95%的應用產業(yè)。我國遙感衛(wèi)星產業(yè)雖然近幾年發(fā)展較快，但是所占比例不到5%。目前，全球有40多家純商業(yè)公司運營著大概510顆商業(yè)衛(wèi)星，通信衛(wèi)星的收入占到整個衛(wèi)星收入的98%以上。
一說到衛(wèi)星，大家可能都會覺得衛(wèi)星離我們很遙遠，衛(wèi)星到底離我們有多遠呢？我們來看一組數據，我們天宮二號的高度離地球400公里，一般遙感衛(wèi)星的高度是幾百到一千公里，目前我們中國研制的飛行器飛行最遠的是嫦娥二號，已經到達了一億公里，所以看起來很遙遠。再看一組數據，2008年的汶川大地震，嚴重的地震破壞了震區(qū)地面通信設施，是衛(wèi)星電話發(fā)回了震中映秀鎮(zhèn)的第一條信息；2014年馬航MH370失聯，尋找飛機的最后線索——飛機與太空中通信衛(wèi)星的握手信號也是通過衛(wèi)星發(fā)回的。
除了這些大事件把我們和衛(wèi)星聯系在一起，我們日常生活中也有很多地方都在用衛(wèi)星。比如每天看的電視節(jié)目是通過衛(wèi)星進行廣播的。出去旅行，衛(wèi)星移動電話可以在沒有基站覆蓋的地方進行通信服務，還有飛機上上網，這一塊通信也是由我們衛(wèi)星來提供的。所以說實際上隨著技術的發(fā)展，衛(wèi)星在不斷融入到我們的生活中。
1、通信衛(wèi)星的發(fā)展
衛(wèi)星行業(yè)到底是一個什么樣子的呢？我們先看一組國際上統(tǒng)計分析的數據，截至2016年底，全球在軌的1459顆衛(wèi)星中，通信衛(wèi)星數量占比約50%。這些衛(wèi)星有科學、遙感、導航等等，這里面通信衛(wèi)星扮演著主要的角色。整個衛(wèi)星的產業(yè)也是在不斷增長，截止2016年收入達到2600億美元，而且保持的增長率在近十年整體翻了一番。在全球的衛(wèi)星應用產業(yè)當中，下面這張圖表分別展示了衛(wèi)星服務應用所占的收入比例。
數據來源：State of the Satellite Industry Report 2017 bySatellite Industry Association
從資料中可以看出，通信衛(wèi)星是占絕對主力。不管是固定用戶，還是移動用戶，通信衛(wèi)星都占據了基本上95%的應用產業(yè)。我們目前的遙感產業(yè)雖然近幾年發(fā)展比較快，但是它占的比例不到5%。所以說通信衛(wèi)星是我們所有飛行器當中應用最為廣泛的一類，也正是由于這一個原因，我們在全球有40多家純商業(yè)的公司運營著大概510顆商業(yè)衛(wèi)星，通信衛(wèi)星的收入占到整個衛(wèi)星收入的98%以上。
數據來源：State of the Satellite Industry Report 2017 by Satellite Industry Association
中國95%以上的航天器都是航天五院主抓總研制的，可以說航天五院的發(fā)展史也是中國航天的發(fā)展史。我國1970年發(fā)射的東方紅一號，在這以后相繼發(fā)展了三代。隨著技術進步我們也逐步走向國際市場，2007年我們向國際用戶第一次交付了衛(wèi)星整星，截止到目前，我們已經發(fā)射了50多顆通信衛(wèi)星。航天五院目前發(fā)射了200多個航天器，其中通信廣播衛(wèi)星40余顆，與全球在軌的衛(wèi)星相比，全球的通信衛(wèi)星基本上占到一半，我國航天器里面通信衛(wèi)星的數量相對占比低一些，這也說明了我們在通信衛(wèi)星領域還有更大的市場潛力可挖。
在衛(wèi)星應用領域方面，隨著技術的發(fā)展，衛(wèi)星應用也在不斷貼近著我們的生活。從東方紅一號開始，實現了原始的通信廣播功能。到東方紅二號，我國航天器成功進入地球靜止軌道，36000米的高度，這個高度可以提供固定不間斷的24小時服務。1997年正式發(fā)射的東方紅三號通信衛(wèi)星，是我國的衛(wèi)星向應用型航天器轉化的標志，通過這顆衛(wèi)星把電視節(jié)目傳到千家萬戶。
新世紀以來航天技術更是得到跨越式發(fā)展，2007年成功發(fā)射了東方紅四號平臺的通信衛(wèi)星，載荷能力較三號整體翻了幾倍，成為當前軍民商用以及開拓國際市場最主力的平臺。我國先后簽訂了16個商業(yè)出口訂單，完成了10顆國際商用通信衛(wèi)星的國際履約。五院通信衛(wèi)星事業(yè)部在“十二五”期間，實現14顆高軌通信衛(wèi)星連續(xù)成功發(fā)射并在軌穩(wěn)定運行，位列全球制造商第四，發(fā)射數量較“十一五”增長近三倍。我國目前最主要的覆蓋區(qū)還是傳統(tǒng)的C頻段和Ku頻段，Ka頻段的點波束還比較少，后續(xù)的發(fā)展重點也會集中在Ka頻段上。
2、傳統(tǒng)通信衛(wèi)星的典型應用
對于通信衛(wèi)星的傳統(tǒng)應用，可簡單分成幾類：
第一個部分是我們目前衛(wèi)星應用最廣泛的電視廣播場景，因為衛(wèi)星最大的特點就是覆蓋范圍廣，我們只需要上一個信號，區(qū)域里面所有用戶都可以同時接受這個信息。這是傳統(tǒng)衛(wèi)星當中應用最廣泛的業(yè)務，但是它是一個單向的通信，用戶只能單純接收主站發(fā)回的信號。
第二個業(yè)務是固定業(yè)務，固定業(yè)務是一個雙向業(yè)務，兩個地球基站之間通過衛(wèi)星來進行雙向數據的交互，更多的是數據業(yè)務。比如我們在成都建一小站，西藏建一個小站，地面光纖的設備無法連接這兩個站，我們通過衛(wèi)星來連接這兩個站之間數據的通信，這是傳統(tǒng)固定業(yè)務。但是在傳統(tǒng)衛(wèi)星來做固定通信業(yè)務時，會受到帶寬的限制，傳輸速率一直上不去，導致費用比較高，因而也導致整個行業(yè)發(fā)展受限。雖然它的優(yōu)勢是覆蓋面廣，但它現在所用的地面帶寬，還是共享帶寬，大家在覆蓋區(qū)里面只能共享這一塊帶寬，所以導致容量上不去，這是我們目前的瓶頸，后面可以看到高通量衛(wèi)星成功解決了這個瓶頸問題，實現了更大的突破。
另外一個應用場景是移動業(yè)務，2016年發(fā)射的天宮二號衛(wèi)星，就是我國第一顆移動通信衛(wèi)星。2018年中國電信也正式放號了（專用號段為1740）。手機平時可以接入地面網絡，地面網絡覆蓋不到的地方，可以切換到衛(wèi)星網絡，通過衛(wèi)星來進行手機通話。但對于移動業(yè)務來講，支持手持設備的業(yè)務只能進行話音和低速率傳輸，在視頻傳輸方面仍有很大局限。
除此之外，通信衛(wèi)星在公共服務，包括地面基站回傳、遠程教育、遠程醫(yī)療等方面起到了關鍵作用，通信衛(wèi)星也是國家空間基礎設施的重要組成部分。在一些應急情況下，地面設施受到破壞，空間數據基礎設施可以為我們很好的解決地面通信問題。
3、通信衛(wèi)星應用迎來轉折契機
以上是傳統(tǒng)的衛(wèi)星應用場景，現在通信衛(wèi)星也是面臨到一個轉折點。在過去由于衛(wèi)星的覆蓋范圍廣，它能夠實現遠程通信的特點，使我們衛(wèi)星廣播電視等業(yè)務得到了非常廣泛的應用。但是現在，我們的衛(wèi)星不管是廣播也好，通信也好，都受到地面移動網絡，包括4G、5G、海底光纜的直面競爭，通信衛(wèi)星的價格沒有辦法和地面競爭。另外廣播電視方面，由于用戶習慣的改變，在家里看電視的越來越少，也進一步導致了衛(wèi)星在廣播市場有逐步平穩(wěn)發(fā)展或者是向下發(fā)展的趨勢。
面對這樣的趨勢，通信衛(wèi)星怎么去破局？未來通信衛(wèi)星主要業(yè)務可能是數據業(yè)務，因為我們正處在一個大數據的時代，這些數據如何進行通信和互聯互通？衛(wèi)星在這里面可以起到一個非常關鍵的作用，所以如何和地面競爭，或許有兩條出路可供參考：一、提速降費方面，只有高通量衛(wèi)星把系統(tǒng)容量擴大，才能把單位成本的數據傳輸成本降下來，能夠和地面競爭。第二個就是全球移動衛(wèi)星信號實現無縫連接，不管是高軌的天通系列，還是在論證和實施的低軌項目，都是瞄準全球無縫覆蓋，給全球提供無縫的連接服務，所以后續(xù)的重點就集中在高通量衛(wèi)星方面。
傳統(tǒng)通信衛(wèi)星有一個很大的優(yōu)勢，就是大覆蓋加共享帶寬，而到了高通量衛(wèi)星時代，就是要把大波束進行小波束的整合，這是通信衛(wèi)星行業(yè)最大的優(yōu)勢，用更多的點波束把帶寬進行成倍數的提升。
隨著高通量衛(wèi)星技術出現,通過點波束技術,使得衛(wèi)星容量成倍增加?，F階段高通量衛(wèi)星容量可以做到傳統(tǒng)Ku衛(wèi)星的十倍或者數十倍,所以高通量衛(wèi)星具有傳統(tǒng)衛(wèi)星不可比擬的優(yōu)勢。通過高通量衛(wèi)星技術方面的創(chuàng)新，驅動市場應用行業(yè)不斷發(fā)展，個人上網、企業(yè)數據傳輸、基站回傳、機載、航運、軍事等等都對高通量提出了需求，隨著技術的發(fā)展，應用場景也會越來越廣泛。
截止目前，全球大概有30多家衛(wèi)星運營商在高通量衛(wèi)星領域進行了投資，或者是承諾投資，全球已發(fā)射65顆高通量衛(wèi)星，總容量超過了100Gbps。這一塊業(yè)務主要集中在北美地區(qū)和歐洲地區(qū)，亞太上空容量的需求還是很迫切的。根據眾多咨詢機構的估計，2020年全球HTS的系統(tǒng)供應量將達到3600Gbps，除了整體系統(tǒng)建設方面的快速發(fā)展之外，高通量衛(wèi)星以它獨特的特點也成為了目前商業(yè)衛(wèi)星領域新的增長點。
據歐洲咨詢公司的最新報告顯示，從傳統(tǒng)帶寬的租賃情況來看，基本上保持一個很平穩(wěn)很緩慢的一個增長狀態(tài)，但是今年數據業(yè)務方面，進入到了很快速的發(fā)展期。從全球最大的衛(wèi)星運營商SES的年報中也可以看到，第一部分視頻業(yè)務占主收入65%，雖然這一塊主業(yè)務的增長開始放緩，這跟我們對廣播電視的使用習慣有著密切關系。同時，傳統(tǒng)通信業(yè)務呈現了一些下降態(tài)勢。
報表中，最引起大家眼睛一亮的是移動數據業(yè)務。傳統(tǒng)移動通信業(yè)務，它的傳輸速率是非常低的，但是對于高通量衛(wèi)星，它可以為移動通信服務提供完美的解決方案。如果我們把終端裝到飛機、輪船或者是汽車上，它可以為整個艙內提供很好的Wi-Fi的接入環(huán)境，使每個用戶都能夠享受到非常快的上網或者是寬帶連接服務，這一塊也是極大的拉伸了我們的需求。雖然高通量衛(wèi)星增長比較快，但是由于基數較低，所以在整個市場占有比例不太高，但是可以預見在未來幾年當中，高通量衛(wèi)星業(yè)務占的市場份額會越來越大。
總體來看，全球知名衛(wèi)星運營商，都面臨著一個轉型，即從傳統(tǒng)區(qū)域波束衛(wèi)星向高通量衛(wèi)星轉型，因為高通量衛(wèi)星帶來的價格優(yōu)勢已經是傳統(tǒng)衛(wèi)星完全不能比擬的。但是目前高通量衛(wèi)星在全球的發(fā)展分布并不均勻，北美和中東是投放的主要區(qū)域，相對而言亞太地區(qū)的投放量比較少。
各大機構都非?？春脕喬貐^(qū)市場的發(fā)展?jié)摿Γ㈩A測亞太地區(qū)是未來很大的市場潛力區(qū)，這也為亞太地區(qū)后續(xù)的高通量衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了良機。并且，也將促進整個產業(yè)鏈中各種角色的轉變，特別是促進了產業(yè)的垂直整合。
對于傳統(tǒng)的運營商而言，它只是租賃衛(wèi)星的一個帶寬，為其他人提供通道。高通量衛(wèi)星時代則不同往日，它需要從衛(wèi)星的制造，到衛(wèi)星的運營，以及到后面的業(yè)務開展，打通整個產業(yè)鏈條，這里面一個最成功的典型就是美國衛(wèi)訊公司（ViaSat），他們最早是做地面通信設備的，后來向衛(wèi)星服務商、向衛(wèi)星制造商方向擴展，在整個鏈條當中扮演了一個全面的角色。
實際上在全球也有很多的衛(wèi)星企業(yè)在整合自身資源，以打通整個產業(yè)鏈條。當下是一個很好的契機，衛(wèi)星制造商，衛(wèi)星運營商，以及地面設備的制造商和服務商，有機會打通中國衛(wèi)星通信整個產業(yè)鏈條，為我們用戶提供更完備的服務。
像美國衛(wèi)訊公司就有一百多萬個家庭用戶使用衛(wèi)星上網，這和美國人的生活習慣有關系，他們是一家人住一個院子，這一特點對我國邊遠地區(qū)非常適用，對光纖沒有覆蓋的區(qū)域，對城市的高端用戶來講，這一應用的需求是非常高的；第二塊，政府企業(yè)的通信需求也非常多；第三塊就是基站的回傳，特別是隨著我們4G、5G地面基站的建設，每一個基站不可能地面光纖都能夠達到。如何回傳的問題，也可以由通信衛(wèi)星提供解決方案。
目前，中國移動已經在西藏用Ka頻段的高通量衛(wèi)星開展基站回傳業(yè)務了。實際上我們的高通量衛(wèi)星最大的應用場景就是移動通信方面，這里面包括動中通業(yè)務，包括航空、航海等各個方面，最引入注目的就是航空通信。據歐洲咨詢公司的數據分析，2015—2025年接入寬帶衛(wèi)星通信的飛機數量預測：
數據來源：HTS: Vertical Market Analysis &Forecasts 3rd Edition by Euroconsult
在亞太地區(qū)高通量衛(wèi)星資源還是非常稀缺的，目前能夠提供上網服務的幾家航空公司，更多還是使用傳統(tǒng)區(qū)域波束，即共享帶寬。用戶上網速度非常慢，體驗也差，所以導致現在使用率還不太高。但是高通量衛(wèi)星使用后，一架飛機自身是獨立帶寬，提供給每位用戶的速率可達到10M、20M，所以，這是目前最大的發(fā)展市場。另一方面是海運。高通量衛(wèi)星具有獨特的優(yōu)勢，在海上沒有辦法建很多基站，海上的通信只能靠衛(wèi)星去解決，隨著我國“一帶一路”倡議的發(fā)展，對海運的需求越來越迫切。
下面一些數據可表明人們未來對海上通信的需求量：
數據來源：HTS: Vertical Market Analysis &Forecasts 3rd Edition by Euroconsult
除此之外，國家發(fā)展戰(zhàn)略也強烈支持著高通量衛(wèi)星的發(fā)展，比如說我們的網絡強國戰(zhàn)略，我們的衛(wèi)星其實可以解決移動基站帶寬受限、覆蓋性不足的問題，特別是邊遠山區(qū)的地方，衛(wèi)星來解決通信問題比地面鋪光纖的成本更低；第二個是推動鄉(xiāng)村振興計劃方面，對人口較少的農村地區(qū)，利用高通量衛(wèi)星提供寬帶網絡覆蓋，在成本和建設周期方面也具有很多優(yōu)勢；第三個是服務國家“一帶一路”的倡議，建設“一帶一路”空間信息走廊的重大工程，也是支持以企業(yè)為主體、市場為導向的商業(yè)發(fā)展新模式。建設商業(yè)衛(wèi)星，來完善空間信息走廊；最后也是軍民融合、保衛(wèi)國家戰(zhàn)略，我們的光纖沒有辦法鋪到其他國家，但通信衛(wèi)星大覆蓋率的特點，可以成為保護國家戰(zhàn)略利益的一個重要解決方案。
在去年4月份，中國發(fā)射了第一顆Ka頻段的高通量衛(wèi)星——中星16號衛(wèi)星，這是我國首次應用Ka頻段寬帶技術，通信總容量達20Gbps，超過了我國已研制發(fā)射的通信衛(wèi)星容量總和。這是一顆技術試驗衛(wèi)星，實現了我國對高通量衛(wèi)星關鍵技術的突破，為后續(xù)建造更大容量奠定了基礎，成功進入了國際市場。星空年代與Thaicom合作共建的“簡陽星空一號”，也是Ka頻段高通量衛(wèi)星，總容量將達到70Gbps。屆時衛(wèi)星覆蓋區(qū)內地面無線網絡信號覆蓋不到或光纜寬帶接入達不到的地方，都可以用該衛(wèi)星方便地接入網絡。
高通量衛(wèi)星是作為通信衛(wèi)星領域近年來重大技術和應用突破，這是一個顛覆性的技術，它不僅在顛覆我們的衛(wèi)星制造，同時也顛覆了衛(wèi)星的運營和衛(wèi)星的應用，我希望大家共同努力，結合國家重大戰(zhàn)略工程，把我們的高通量衛(wèi)星建設成為“一帶一路”上最亮的那一顆。
