“一帶一路”戰略下大容量寬帶通信衛星發展策略及規劃建議

·文|中國空間技術研究院通信衛星事業部 鄧恒 彭菲 袁俊 沈宇飛

“一帶一路”戰略下大容量寬帶通信衛星發展策略及規劃建議

·文|中國空間技術研究院通信衛星事業部 鄧恒 彭菲 袁俊 沈宇飛

受高清電視、高速互聯網接入等大用戶量、大帶寬需求的推動，以Ka頻段（18～30GHz）為代表的大容量寬帶通信衛星成為衛星通信發展的新熱點。目前，美國、加拿大、歐洲、泰國、日本、阿聯酋、澳大利亞等國均發展了相應的大容量寬帶通信衛星系統。其中，美、歐等國的Ka頻段衛星技術發展較快，已經從早期的試驗衛星逐步走向商業應用，衛星和地面系統的相關技術也不斷成熟與創新。

“互聯互通”是推進“一帶一路”戰略構想實施的基本條件，同時“一帶一路”戰略的實施也為衛星應用帶來了新的機遇。建立自主可控的空間通信系統對于保障“一帶一路”互聯互通至關重要，當前“一帶一路”區域衛星通信資源與需求間存在較大差距，未來，大力發展高頻段大容量寬帶衛星通信廣播系統并在覆蓋范圍上進行相應拓展是助力國家“一帶一路”戰略的最佳選擇。

一、國際發展綜述

大容量寬帶通信衛星系統一般是指由高吞吐量通信衛星組成的衛星系統，也就是HTS系統，采用多點波束、頻率復用、信關—用戶雙跳通信等技術，充分利用頻率資源，具有較高的系統容量和頻譜利用率，使得單顆衛星的通信容量從傳統的不到10Gbit/s，增加到幾十甚至幾百Gbit/s。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。據統計，截至2015年，全球已有48顆HTS衛星發射并在軌運行，主要包括運行在地球靜止軌道（GEO）的Ka頻段衛星（Kasat）、衛訊-1（Viasat-1）、亞塞特衛星-1A/1B（Yahsat-1A/1B）、回聲星-17（Echostar-17）、Hylas-2和國際移動衛星-5（Inmarsat-5）星座。按計劃，2016年陸續發射Viasat-2、Echostar-19、國際通信衛星-29E（Intelsat-29E）等。在后續3年里，還將有33顆HTS載荷衛星發射，屆時，全球高吞吐量通信衛星總容量將達到1400Gbit/s。國際在軌高吞吐量通信衛星系統情況如表1所示。

表1 國際在軌高吞吐量通信衛星系統情況

在“十二五”初期，業內還在對Viasat-1衛星的100G容量討論；僅僅過了5年，2016年2月，Viasat-3的“三星”計劃已公布，單星容量“1T”，計劃于2019年發射。從Viasat-1的北美本土覆蓋，到Viasat-2的區域覆蓋，Viasat-3組成的“三星”計劃的目標是全球寬帶覆蓋。

綜合來看，技術的進步推動了高吞吐量通信衛星系統的發展。目前全球高吞吐量通信衛星在Ka頻段的業務容量已達600G左右，根據歐洲咨詢公司、北方天空研究公司等預測，到2022年，高吞吐量衛星將占全球總衛星帶寬的50%，總需求將超過2Tbit/s。高吞吐量衛星技術和應用進入一個新的快速發展期，具有廣泛的應用前景和巨大的潛在需求，代表了未來衛星通信的發展趨勢。

但從高吞吐量衛星系統的調研可以看出，現有大容量衛星運營商市場仍集中在歐、美。亞洲市場當前僅有IPstar等少數衛星提供服務。那么，“一帶一路”周邊區域的陸上和海運通信將是今后幾年需求和發展的重要區域，預計將會占全球1/4的市場。因此，在“一帶一路”的戰略計劃下，亞洲市場具有非常大的潛力。

二、HTS系統市場應用需求與業務分析

高吞吐量通信衛星系統具有高通量、低成本、廣覆蓋、終端小等優勢特點，應用非常廣泛，特別適合并且能夠提供IP類業務，如因特網寬帶接入業務、IP中繼業務、政府民用和企業網等。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%，是目前最主流的業務方向。地面蜂窩網基站回傳、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。隨著高吞吐量衛星系統技術和體制的不斷成熟，各種類型的應用將會越來越蓬勃發展。Ka頻段寬帶衛星應用業務分類如表2所示。

表2 Ka頻段寬帶衛星應用業務分類

下面按照業務類型，分別針對HTS系統提供的市場應用現狀進行分析。

1.寬帶互聯網接入

寬帶互聯網接入是當今衛星行業增長最快的應用，也是維系衛星工業生存發展的關鍵應用。對于衛星互聯網接入業務，服務提供商要針對不同的應用市場制定系列服務套餐計劃，主要業務為面向個人或家庭的寬帶接入業務。

利用衛星實現寬帶接入業務并非新業務，使用傳統Ku頻段完全可以實現寬帶接入，只是下載速率較慢。第一代Ka頻段寬帶衛星系統，如早期的Direct-PC系統等，基于大波束的Ku轉發器，下載速率在256kbit/s以下，可以提供網頁瀏覽、電子郵件等簡單業務。第二代Ka頻段寬帶衛星系統如“互聯網協議星”、“狂藍”（Wildblue）、阿尼克-F2（Anik-F2）等，下載速率在256kbit/s～4Mbit/s之間，可以提供簡單的視頻業務。由于大型Ka頻段寬帶衛星的投入使用，第三代Ka頻段寬帶衛星寬帶產品可以提供超過12Mbit/s的下載速率，其他一些高速視頻類業務，均可以通過衛星實現，如表3所示。

表3 衛星寬帶接入業務的演進

基于Ka頻段寬帶衛星的個人及家庭寬帶接入業務在美國和澳大利亞有了較好的發展，目前，美國衛訊、休斯等公司在美國的客戶加起來已經超過100萬，澳大利亞政府投入巨資發展衛星寬帶接入業務。在其他地區，使用寬帶衛星推廣個人及家庭寬帶業務，發展較緩慢。在歐洲，歐洲通信衛星公司的Ka頻段衛星系統，目前發展到8萬客戶，歐洲SES公司主導的Sat 3 Play系統從2007年開始運營，目前發展到10萬用戶。

鑒于HTS衛星通信經濟性方面的優勢，服務提供商能夠提供與地面4G/LTE服務抗衡的包月服務資費，美國AT&T在2013年6月向公眾提供每月10GB的服務計劃，價格為每月120美元。相比之下，同等帶寬配額的HughesNet GEN4服務每月僅為40美元。

2.政府和企業通信

對于政府和企業，衛星通信最有意義的應用是做地面線路的備份。如圖1所示，地面和衛星相結合，互為備份，確保任何情況下企業的數據都能正常傳輸。此外，衛星電路可以根據要求靈活調整帶寬分配。

圖 1 地面通信線路備份

以休斯公司為例，通過Echostar 17為消費者衛星寬帶、中小企業和政府機構推出HN Gen 4高速衛星寬帶互聯網服務。這種Ka頻段衛星寬帶服務可以提供高達15Mbit/s的下載速度以及更大的下載能力，支持社交媒體、視頻和音樂流媒體等高寬帶應用。讓消費者獲得前所未有的媒體豐富的互聯網體驗。已有大批客戶激活HN Gen4服務，成為休斯公司新Ka頻段衛星寬帶服務訂戶。

3.基站數據回傳

4G移動蜂窩網對中繼電路的帶寬要求很高，4G/LTE基站的中繼電路帶寬通常要求下行100Mbit/s和上行50Mbit/s的信息速率。在市區和主要交通要道開展4G/LTE業務時，地面回傳采用光纖手段。若要對邊遠地區進行覆蓋4G/LTE覆蓋，因為蜂窩基站的距離較遠，使用地面通信手段的成本過高，這時衛星回傳手段就顯出技術優勢。移動運營商要將4G/LTE服務延伸到偏遠地區，HTS衛星系統大有用武之地。伴隨著全球移動通信從2G、3G向4G/LTE的整體遷移，從2013年開始，全球衛星基站中繼技術模式已開始從運行于C、Ku頻段轉發器的解決方案——SCPC和TDMA，向基于Ka的HTS、O3b衛星等下一代解決方案升級。例如，IPstar、Hughes、O3b、Intelsat、Inmarsat等衛星運營商都在積極開拓LTE、4G基站中繼市場。

4.動中通

（1）商業航空

在Ka寬帶通信衛星應用中，商業航空，即機載通信最引人注目。航空器客艙衛星寬帶通信服務國外已于2008年開始商業運營。最初，美航采用的是Ku頻段，到目前為止，美國2/3的民航飛機提供了此項服務。2013年6月，ViaSat公司開始與機載娛樂和寬帶服務提供商LiveTV合作，2015年底前完成了在兩家航空公司所有370多架飛機上推出首個新一代機載Ka頻段衛星通信服務。2013年1月，Eutelsat與LiveTV合作，向歐洲商業航空公司的乘客提供Ka寬帶服務—“Eutelsat Air Access”，每架飛機的連接速度可達100Mbit/s。目前的系統使用常規Ku衛星資源。而隨著Ka系統的推出，由于其寬帶的特性，飛機在云層上飛行，Ka頻段通信的雨衰問題可以得到很好的解決，Ka終端又小，因此Ka機載業務受到了業界的關注。

（2）商業海事

與C、Ku頻段相比，Ka具有更高的增益和G/T值，終端天線更小，因而有利于加裝天線罩，以有效避免海上風暴和鹽霧等惡劣環境對衛星天線的不良影響。2015年中期，Inmarsat-5 Global Xpress Ka寬帶衛星系統運行后，海事衛星船載通信應用將從L頻段向Ka 頻段遷移。憑借50Mbit/s的下行速度和5Mbit/s的上行速度，Inmarsat不僅將可以向船員提供寬帶上網、在線購物、遠程醫療等服務，還可以進行視頻監控，這將成為全球海事寬帶衛星通信的新標準。

（3）車載通信

一直以來，汽車是各種“動中通”和“靜中通”衛星通信應用中的最普通平臺。然而，今天車載平臺已擴展到火車，甚至高鐵。例如，以色列Orbit公司已經開發出可運行于Ka頻段，能夠有效應對鐵路電磁干擾、鐵磁影響等特殊環境的高鐵“動中通”天線——RailTRxTM2-500，以迎接高鐵Ka寬帶衛星通信時代的到來。

5.新聞采集

在消費者衛星寬帶服務市場日益增長的同時，美國衛星通信設備及寬帶服務提供商Viasat和歐洲衛星運營商Eutelsat在2012年也透過其高性能的Viasat及Kasat衛星網絡，為歐美地區廣播機構推出其定制的專業衛星寬帶服務。

2012年3月，歐洲通信衛星公司通過其附屬Skylogic公司推出了基于Kasat的NewSpotter服務，專門用于衛星通信采集業務，其節目上傳的速率可以達到20Mbit/s，而設備從安裝、調試、到投入使用僅需要幾分鐘的時間。Eutelsat和Viasat采用的VSAT 網絡都是Viasat的SurfBeam2系統，其回傳速度可達20Mbit/s。它們同時展現了Ka寬帶衛星通信在新聞采集方面所具有的小型、移動、快速、簡單、大容量、經濟、應用廣泛等多種優勢。

三、結論和建議

1.將寬帶衛星建設納入“一帶一路”戰略，逐鹿區域寬帶市場

預測表明，2020年左右，大容量衛星將占全球衛星帶寬總量的50%；現有大容量衛星運營商仍集中在歐美市場。亞洲市場（陸上和海運）是今后幾年需求和發展的重要區域，預計將會占全球的1/4。“一帶一路”國家戰略的發展階段，是對寬帶衛星的市場化最有利的支持。高吞吐量寬帶衛星不僅對于我國的空間信息走廊工程建設具有重要支持作用，對于我國“走出去”的重要發展戰略也是極大的支持和補充。在此時期，憑借我國衛星研制能力的提升和提供的服務，作為制造商，應努力把寬帶衛星建設納入“一帶一路”計劃，將會在亞洲乃至更廣的區域內扮演越來越重要角色。

2.抓住“寬帶中國”國家戰略，搶占先機

2015年12月16日，習近平總書記在“浙江·烏鎮”講話指出“到2020年，中國寬帶網絡將基本覆蓋所有行政村”，“寬帶中國”進入實施階段。

縱觀國際成功寬帶發展案例，無不適時抓住了政府政策。例如美國衛訊、休斯等公司利用2009年推出的“美國復蘇和再投資法案”，獲得10萬個寬帶用戶，總用戶數陡增近10%；歐洲相關公司利用“英國農村資助鏈接計劃”等政策，獲得廣泛業務。相反，Kasat運營的不成功也說明了爭取政府支持的重要性。

中國農村“地廣人疏”的特點使得大容量寬帶衛星優勢更顯，但“寬帶中國”資金投向也包括衛星通信和地面光纖兩種選擇。“寬帶中國”戰略發展機遇難得，需要在此發展機遇下爭取政府支持，發展大容量寬帶衛星系統。

3.初期發展瞄準需求用戶，進行基礎設施投資

基礎設施歷來是各類行業建設的重要支撐。當前，我國經濟正面臨巨大下行壓力，政府勢必將采取加大基礎設施投資等刺激計劃。“高鐵無法打電話”、“飛機無法上網”等都是現實的民生問題。大容量寬帶通信衛星是解決此類問題的必要基礎條件。借力高鐵、民航等基礎建設，可推動空間基礎設施的落實進程。巨大的基礎設施投資中，蘊含著對大容量衛星的迫切需求。

目前國際上Ka寬帶衛星的主要業務之一是因特網接入，據統計，每個美國家庭互聯網連接設備的數量已經增長到5.7臺，連接設備數量的增多，視頻流量的增加，遠端衛星小站需要面對更大的工作壓力，要求地面通信系統的用戶端衛星終端支持很高的傳輸容量和強大的處理能力。

我國Ka寬帶衛星投入市場初期，應瞄準高帶寬需求的團體用戶，如高端企業、政府機構等，通過這些團體機構的使用，逐漸打開寬帶衛星應用市場。因此，考慮到Ka寬帶系統終端的能力要求高，成本高，優先考慮滿足政府機構、高端企業（尤其是跨境企業）的高吞吐量需求，以此打開我國Ka寬帶衛星系統的民商用大門。

4.提升系統能力，關鍵技術預先研究

由于HTS衛星采用點波束、頻率復用的方式增加容量，同頻干擾問題便成為困擾HTS衛星系統正常運營的主要因素，在數萬個小站對準一個衛星同頻工作時，必須有效控制每個小站的上行譜密度，否則，同頻上行干擾將成為HTS衛星運營商和所有用戶的噩夢。因此，采用系統和鏈路提供雨衰儲備余量而不是增加小站硬件配置的方式應是Ka頻段HTS衛星克服雨衰問題的主要方向。

對抗雨衰以及系統配置之間的折中優化，是國內運營Ka系統的成本優化關鍵，應該有特別專門的研究考慮，可以借助我國相關衛星對Ka頻段雨衰建立實測模型，開展相關測試，并設立具體技術研究課題項目，重點解決實際系統出現的新問題。通過技術預研，進一步提升我國建設Ka寬帶衛星系統的能力。

5.結合扶持政策，配套商用發展

根據目前國際發展經驗和狀態，寬帶接入是衛星寬帶系統最主要的應用，個人家庭是衛星運營商的主要的客戶和收入來源。以美國為例，鑒于HTS衛星通信經濟性方面的優勢，服務提供商能夠提供與地面4G/LTE服務抗衡的包月服務資費，美國AT&T在2013年6月向公眾提供每月10GB的服務計劃，價格為每月120美元。相比之下，同等帶寬配額的HughesNet GEN4服務每月僅為40美元。

因此，Ka大規模商用的基礎是用戶量，用戶數量的多少與價格相關，在因特網接入方面，美國空間是地面價格的1/3，這是美國Ka普及的關鍵推動力之一，結合我國具體發展情況，僅僅依靠市場，等待市場催生Ka的大規模使用，會有一定程度的困難，空間系統無論在技術還是在規模上，輪動向前發展動力不足。推動Ka寬帶系統發展的配套政策措施對我國發展Ka系統至關重要。

［1］http：//www.yahsat.ae/

［2］http：//www.viasat.com/broadband-satellitenetworks/viasat-1

［3］ http：//www.eutelsat.com/satellites/9e_ka-sat.html

［4］http：//www.spacenews.com/launch/120706-echostar17-healthy.html

［5］http：//www.space-travel.com/reports/Avanti_ announces_successful_launch_of_its_HYLAS_2_ Satellite_999.html