民用通信廣播空間基礎設施的發展思路與建議

周志成 （中國空間技術研究院通信衛星事業部）

2015年5月，國務院辦公廳正式發布了《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015－2025年）》，針對衛星通信廣播系統提出面向行業及市場應用，以商業化模式為主，保障公益性發展需求，逐步建成覆蓋全球主要地區、與地面通信網絡融合的衛星通信廣播系統，服務“寬帶中國”和全球化戰略，推進國際傳播能力建設。

民用空間基礎設施中長期規劃是我國立足當前、著眼長遠作出的一項重大戰略決策，也是刻不容緩的重要戰略任務。其中，民用通信廣播衛星系統負有確保國家空間基礎設施中信息暢通、安全的職責，是國家空間基礎設施中的基礎。

1 國外通信廣播衛星系統發展情況

2014年全球航天產業收入為3227億美元，其中衛星產業的總收入達到2030億美元，占全球航天產業收入的63%，相比2013年增長了4%，高于全球航天產業1%的年增長率，是航天技術和航天市場發展的重要推動力。

2014年全球航天產業收入情況（單位：億美元）

2014年，全球衛星通信廣播服務業收入達到1213億美元，包括大眾消費通信服務（衛星電視直播、衛星音頻廣播、衛星寬帶）、衛星固定通信服務（轉發器租賃、管理網絡服務）和衛星移動通信服務（移動話音與數據業務）。其中，大眾消費通信服務年收入達到1010億美元，占全球衛星通信廣播服務業收入的83%，是最主要的收入來源。

全球在軌運行衛星情況

2014年全球共完成24次通信衛星發射任務，升空40顆通信衛星。截至2014年底，全球在軌運行的1261顆衛星中通信廣播衛星占52%，商業通信廣播衛星占38%，除傳統固定通信衛星占據半壁江山外，高吞吐量通信衛星（HTS）和移動通信衛星的發展勢頭最為強勁。

高吞吐量通信衛星系統蓬勃發展

高吞吐量通信衛星系統工作在Ka和Ku頻段，采用多點波束和頻率復用等技術，具有較高的系統容量和頻譜利用率。由于單位帶寬資費低，支持的用戶數多，因此越來越受到市場的青睞。目前，全球已有44顆高吞吐量通信衛星在軌運行，主要包括運行在地球靜止軌道（GEO）的“Ka頻段衛星”（Ka-sat）、衛訊－1（Viasat－1）、回聲星－17（E c h o s t a r－17）、亞塞特衛星－1A/1B（Yahsat－1A/1B）和國際移動衛星－5（Inmarsat－5）星座，以及運行在中地球軌道（MEO）的“另外30億人”（O3b）寬帶衛星星座。按計劃，2016年還將陸續發射衛訊－2、回聲星－19、國際通信衛星－29E（Intelsat－29E）等。屆時，全球高吞吐量通信衛星總容量將達到1400Gbit/s。

高吞吐量通信衛星系統的應用非常廣泛，其中面向個人和家庭用戶的寬帶接入服務占高吞吐量通信衛星市場容量的60%，地面蜂窩網基站回程、干線傳輸以及政府民用和企業網絡服務保持著35%的年增長率，視頻服務量穩步增加，商業航空、商業海事和軍事衛星通信服務中的使用也日益突出。

移動通信衛星系統更新換代

移動通信衛星系統主要包括目前已在軌提供服務的G E O移動通信衛星系統，如地網星－1（Terrestar－1）、天地通－1（Skyterra－1），以及即將發射運行在低地球軌道（LEO）的移動通信衛星系統，如第二代“銥”衛星[“下一代銥星”（Iridium NEXT）]和第二代“全球星”[全球星－2（Globalstar－2）]，呈現出全球網絡化、移動寬帶化的特點，具備提供多樣化業務的能力。

國外在軌高吞吐量通信衛星系統情況

以地網星－1和天地通－1衛星為代表的最新一代GEO移動通信衛星系統，不再使用傳統的模擬或數字波束形成方式，而是采用地基波束形成技術生成多達500個點波束，天線口徑由9～12m提高到現在的18～22m，系統能夠廣泛地支持寬帶移動接入業務。

LEO衛星星座系統的第一代已到壽命末期，全球星－2從2010年起已陸續發射了24顆，“下一代銥星”星座預計于2017年部署完畢，屆時單個用戶終端的通信速率將達到1.4Mbit/s，且在提供原有話音、數據等基本通信服務的基礎上，通過搭載天基廣播式自動相關監視（ADS-B）載荷提供空中交通監視服務。

除上述傳統的采用L/S頻段提供服務的移動通信衛星系統外，2015年6月，新興的衛星互聯網運營商一網公司宣布已籌集到5億美元的資金支持，并選擇了空客防務與航天公司為其建造900顆Ku頻段LEO小衛星星座，首發星計劃于2018年發射，建成后的系統可以為家庭以及艦船、飛機、火車、海上油田等多類平臺提供高速、低延遲的衛星互聯網接入。

發展趨勢

全球通信廣播衛星需求旺盛，在軌、在研數量快速增長。近5年相繼發射了144顆通信廣播衛星，除傳統固定通信衛星外，高吞吐量通信衛星和下一代全球移動衛星星座等占據了訂單的大部分份額，新興國家和地區的通信市場需求帶動了全球通信廣播衛星市場的繁榮發展。

國外主要移動通信衛星系統

全球通信廣播衛星技術更新換代，研制水平不斷提高。寬帶、視頻、高清電視、移動通信等業務需求決定了大功率、大天線、多點波束、頻率復用等技術得以應用；近5年全球發射的81顆GEO商業通信廣播衛星中50%的發射質量都大于5000kg，大型化發展趨勢明顯。

全球通信廣播衛星平臺承載能力與效率顯著提高。以“阿爾法平臺”（Alphabus）為代表的大型衛星平臺和以波音衛星系統－702SP（BSS－702SP）平臺為代表的全電推進平臺是新一代通信廣播衛星平臺的發展方向，大型衛星平臺可支持多達200臺轉發器，有效載荷功率能力達18kW，全電推進平臺衛星2015年3月已完成首發星，并因效率高、成本低而持續受到市場的青睞。

全球衛星通信廣播產業化程度不斷加深，收入持續增長。縱觀2005－2014年的10年間，全球衛星產業從888億美元增長到2030億美元，年平均增長8.6%，其中衛星服務業和地面設備制造業占衛星產業總收入的比重均有增加。2014年全球衛星產業收入的61%都來自于衛星服務業，29%來源于地面設備制造業。預計未來10年，還將有40家運營商發射550顆通信廣播衛星，帶動全球衛星通信廣播產業收入持續增長。

我國在軌民商衛星C、Ku頻段覆蓋范圍示意圖

2005年和2014年全球衛星產業收入情況對比（單位：億美元）

2 我國通信廣播衛星系統發展情況

衛星固定通信和電視直播領域初具規模，實現整星出口零的突破

從我國首顆GEO通信衛星成功發射至今，經過30多年的發展，在衛星固定通信方面，我國已有約10余顆在軌固定通信衛星，多采用C和Ku頻段，主要用于向我國境內和亞太等周邊國家提供固定通信服務。在衛星直播方面，有在軌電視直播衛星—中星－9，為擴大我國衛星電視覆蓋率做出了重要貢獻，并正朝著商業化方向邁進。

基于成熟的東方紅－4衛星平臺的固定通信衛星，使我國擺脫了大容量通信衛星研制受制于人的被動局面，提高了國產化程度，并實現了整星出口零的突破。截至目前，我國已獲得12顆國際商業通信衛星采購合同，其中5顆衛星已成功交付，包括委內瑞拉衛星、玻利維亞衛星、巴基斯坦衛星、尼日利亞衛星及接替星，打造并初步樹立了“東方紅”的國際化品牌。

衛星寬帶通信和移動通信領域拓展應用、自主研制齊頭并舉

在衛星寬帶通信方面，利用現有常規通信衛星進行寬帶通信技術的研究與應用已取得了很多成果，未來自主研制的Ka頻段寬帶通信衛星將對推動遠程教育、促進資源共享、構建公平信息社會起到重要作用。

在衛星移動通信方面，自主研制的GEO移動通信衛星系統建成后，將為遠洋運輸、科學考察、搶險救災、國際外交和其他民商業應用提供高可靠的基本移動通信連接，同時，LEO衛星移動通信系統和移動多媒體廣播衛星系統也在穩步推進。

未來發展空間分析

我國的通信廣播衛星系統存在巨大的發展空間，具體如下：

首先是擴展服務區域、提供全球通信保障。目前尚缺少寬帶通信衛星系統對亞太地區的覆蓋能力，無法為亞太地區的石油、港口、勘探、建筑等行業提供靈活的寬帶專網連接，阻礙了我國在亞太地區擴大影響力。另外，至今尚無一個真正意義上的全球通信廣播衛星系統，難以提供基本的全球移動通信保障能力。因此，需要加強寬帶和移動通信衛星系統建設，進一步擴展服務區域，滿足全球通信保障需求。

其次是健全體系架構、填補業務空白。從目前來看，尚不具備支持大容量衛星固定寬帶通信、衛星移動通信、衛星移動多媒體廣播等業務能力，需要建設現代寬帶通信衛星系統、移動通信衛星系統和多媒體廣播衛星系統，健全體系架構，填補業務空白。

第三是加強技術攻關、推動應用和產業的發展。現有通信廣播衛星系統在系統容量、通信體制、頻譜利用率、多波束天線、星上處理交換等關鍵技術上，與國外相比尚存在一定差距，亟待突破；下一代大型GEO公用平臺的通信廣播衛星能力與國外在軌主流通信廣播衛星基本相當，突破有望；后續仍需持續開展技術攻關，提升基礎技術能力，帶動應用和產業的深入發展。

3 我國通信廣播衛星系統發展必要性

服務“寬帶中國”戰略

2013年8月，國務院印發了《“寬帶中國”戰略及實施方案》，同時部署了未來8年的寬帶發展目標及路徑，把寬帶定位從“重要信息通信基礎設施”轉變為“戰略性公共基礎設施”，意味著將發展寬帶從行業上升為國家戰略。

我國幅員遼闊，雖然光纜的發展已經非常成熟，但對于地理環境復雜、自然災害頻發、農村偏遠地區等稀路由區域而言，光纜傳輸方式存在著建設周期長、維護成本高、投資風險大卻見效慢、收益小的特點。而通信廣播衛星系統，特別是Ka頻段寬帶衛星，可以有效地解決這些稀路由地區的通信問題，快捷且節約成本。

因此，發展通信廣播衛星系統可以助力“寬帶中國”戰略的實施，加快寬帶網絡從鄉鎮向行政村、自然村延伸，解決建設成本過高的邊遠地區、山區以及海島等的信息孤島問題。

服務“走出去”戰略

隨著我國對外貿易的全球化和“走出去”戰略的實施，我國的國家利益延伸至世界各個角落。中央提出的“絲綢之路經濟帶”和“21世紀海上絲綢之路”的“一帶一路”戰略，更為我國的全球化布局指明了方向。信息可達和互聯互通是戰略構想實施的基本條件。為滿足我國在海外國家利益發展的需要，拓展我國自有信息覆蓋能力的信息國土，縮小我國與美國等發達國家在全球信息基礎設施掌控能力方面的差距，并惠及沿線各國社會和民生發展，急需構建符合我國未來全球發展需求的通信廣播衛星系統。

4 我國通信廣播衛星系統發展思路

根據《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015－2025年）》要求，我國將逐步建設固定通信廣播和移動通信廣播系列，形成寬帶通信、固定通信、電視直播、移動通信、移動多媒體廣播服務能力。

固定通信廣播衛星系統更上一層樓

固定通信廣播衛星系統建設及應用將得到持續發展。

一方面，平滑演進，滿足迫切需求。對現有成熟衛星平臺進行適應性修改，提升新一代大型GEO衛星公用平臺能力。在此基礎上，發展大容量寬帶通信衛星、廣播電視傳輸衛星和電視直播衛星，滿足我國國土及周邊區域的遠程教育、電視直播戶戶通以及其他新增的固定通信業務等迫切需求。

以遠程教育應用為代表的寬帶通信衛星系統示意圖

另一方面，升級換代，實現跨越式發展。突破下一代大型GEO衛星公用平臺技術和全電推進平臺技術，形成單星上百吉赫茲的寬帶通信能力，達到世界先進水平。在此基礎上，重點發展超大容量通信衛星、高承載比衛星和新一代廣播電視傳輸衛星，實現寬帶通信在國土和周邊區域的覆蓋增強，具備境外區域寬帶通信，以及與南極站數據傳輸的服務能力。同時，滿足新增的國家公益性通信和廣播電視傳輸需求，完成在軌直播星的更新換代。

典型的超大容量寬帶通信衛星系統采用下一代大型GEO衛星公用平臺，有效載荷質量不小于1500kg，整星質量可擴展到9000kg，整星功率可擴展到20kW；用戶鏈路工作在Ka頻段，系統容量達到100Gbit/s以上，支持的傳輸速率可達上行4Mbit/s、下行40Mbit/s，支持機載、艦載、高鐵等高速移動載體的雙向寬帶通信接入。全面提高我國寬帶通信在空間的覆蓋能力、空間帶寬總支持能力、終端應用支持能力等方面的業務水平。

到2025年我國固定通信廣播衛星系統覆蓋范圍示意圖

典型的高承載比衛星采用全電推進平臺，承載比（有效載荷質量與整星質量之比）達0.2左右，可實現“一箭雙星”的低成本發射，在境內外地面通信網絡覆蓋欠佳的特殊地區，可快速建立具有一定安全特性、覆蓋區靈活可變的寬帶衛星網絡。預計經過未來10年的發展，將形成覆蓋全球主要地區的寬帶通信衛星系統和覆蓋國土及周邊區域的固定通信、電視直播衛星系統。

其中，寬帶通信衛星系統形成約300GHz帶寬的傳輸能力，能夠很好地滿足教育、廣電、通信、交通等部門在遠程教育、廣播電影電視傳輸和邊遠地區雙向通信等的應用需求，大幅提高我國西部和邊遠地區的信息化水平，有效提高和普及教育質量，縮小數字鴻溝。預計到2025年，市場容量將達到100萬雙向用戶和2000萬單向用戶，由此可帶動年運營服務收入50億元，端站年銷售30億元。

固定通信衛星系統將形成約21GHz帶寬的傳輸能力，電視直播衛星系統將形成約300路高清電視直播能力，有力強化政府的公共管理和社會服務能力。預計到2025年，直播衛星系統用戶數將達到2億戶，年運營收入600億元，設備年銷售收入120億元。

移動通信廣播衛星系統后來者居上

自主的移動通信廣播衛星系統建設與應用將成為新的增長點。

全球移動通信/多媒體廣播衛星系統組成示意圖

對全球移動通信衛星系統，統籌考慮多方需求，按照先區域、后全球的安排，分步建設，即第一階段建設區域移動通信衛星系統，開展行業、個人日常及應急話音、信息服務；第二階段根據各方需求，共建全球移動通信衛星系統，真正解決全球范圍通信保障問題。

對移動多媒體廣播衛星系統，首先基于新一代大型GEO公用平臺開展建設，填補我國對移動終端通信廣播服務的空白；然后基于下一代大型地球同步軌道公用平臺，實現移動多媒體廣播衛星系統的升級換代。

典型的移動通信衛星系統空間段采用新一代大型GEO衛星公用平臺,并進行適應性修改，配置大型可展開天線，有效提高用戶波束數量，實現對海洋、山區和高原等地區近乎無縫的覆蓋，并采用星間鏈路技術，具備可擴展至全球的中低速實時移動通信能力。

典型的移動多媒體廣播衛星采用新一代大型GEO衛星公用平臺并進行適應性修改，有效載荷采用高效大功率合成及大規模波束形成網絡技術，手持終端業務速率最低可達32kbit/s，車載/便攜終端業務速率可超過128kbit/s。預計經過未來10年的發展，可形成覆蓋全球的移動通信衛星系統和覆蓋國土及周邊區域增強的移動多媒體廣播衛星系統。

其中，移動通信衛星系統將在全球范圍內提供不低于5萬路基本信道，支持1000萬移動通信用戶，進一步完善我國應急通信保障系統和提升海外通信保障能力。預計到2025年，衛星移動通信系統用戶總數可達1330萬戶，年運營收入10億元，年銷售收入100億元。

移動多媒體廣播衛星系統將形成約40路移動電視廣播能力，滿足我國商用運營車、船、飛機以及個人用戶和周邊國家市場存在的衛星移動數據廣播業務需求，有效改善政府應對自然災害、事故災害、公共衛生、社會安全等領域的突發事件的能力，并拓展車聯網緊急呼叫和高精度導航等產業應用，預計到2025年移動多媒體廣播應用用戶數將達到800萬戶，年運營收入30億元，年銷售收入60億元。

5 結論與建議

國家民用空間基礎設施建設是黨中央、國務院立足當前、著眼長遠作出的一項重大戰略決策，也是我國刻不容緩的重要戰略任務。為加快通信廣播衛星系統建設，落實民用空間基礎設施規劃，還需要從以下幾個方面深入開展工作。

基礎設施建設、產業扶持政策先行

國家主導推動，先期投入，采用先扶持、后產業、邊扶持、邊轉變的方式，發揮衛星通信的基礎設施效能；通過納入國家空間基礎設施開展頂層設計規劃，通過技術進步（科研星）帶動業務發展，通過政策扶持（業務星）不斷擴大業務規模；針對直播星長期受到行業壁壘影響，積極協調相關政府職能部門，推動新的法令法規的制定，充分發揮效能。

國家系統建設、資源儲備政策先行

加大推動并主導建立更高層面的統籌機制工作力度，有效確保空間基礎設施的用頻安全；把衛星頻率軌位資源超前論證、基礎研究納入戰略規劃中，并研究相應的組織、管理、資金保證制度，確保系統建設應用與網絡資料儲備相匹配；從戰略規劃角度依托專業隊伍，加大專業技術基礎研究支撐與管理力度，包括軟件系統開發、國家標準制定、專項課題研究等制定相應管理辦法，并組織實施；設置機構，開展必要的頻率軌位資源和技術儲備，突破現有技術，尋求新的頻段拓展方案，從技術角度為可持續發展奠定基礎。

國家自主創新、技術推動政策先行

以國家投入為主，加強載荷、平臺、關鍵元器件等相關技術研究，依法制定知識產權政策，保護企業產品研發和投入的積極性，加大國產化推進力度，提高競爭力；適時地開展新一代衛星平臺能力提升，開展下一代衛星平臺開發，在國家層面為這些平臺尋求首發星、提高其成熟度，為國家空間基礎設施建設提供必要的能力儲備；積極借鑒國際先進發展理念，引進國外先進技術和經驗，促進相關設備、技術和服務的出口，提升國際影響力和國際競爭力。