海洋寬帶衛星通信在高通量衛星時代的商業機遇

■ 星展測控科技股份有限公司 韓 磊

全球海域約占近地球表面積的71%，海洋上分布著各種船只和作業平臺，開展著諸如漁業捕撈、遠洋航運、資源開采等人類活動。隨著海事活動的日趨頻繁和海洋經濟的迅猛發展，海洋寬帶衛星通信已成為人類開展海事活動必不可少的重要保障。高通量通信衛星（HTS，High Throughput Satellite），也稱高吞吐量通信衛星，主要技術特征包括多點波束、頻率復用、高波束增益等。相比于傳統通信衛星，高通量衛星在容量及單位帶寬成本方面擁有優勢，具有與地面網絡競爭的可能性。

全球目前已有26個衛星運營商投資建造了數十顆高通量衛星或載荷，其中，2018年上半年發射的高通量衛星有3次共7顆，高通量衛星大幅提升了通信容量并降低了單位帶寬成本，已成為衛星通信的重要發展趨勢之一，高通量衛星應用在海洋中的商業機遇已經到來。

一、高通量衛星發展情況

2018年11月25日，我國“海洋二號”衛星發射成功。海洋衛星是“一帶一路”海洋戰略不可或缺的組成部分。我國也一直在進行海上衛星通信網絡的建設，但是由于衛星資源的限制（例如，我國目前所有的衛星資源在海洋上的覆蓋及投入都是有限的），我國海上衛星通信網絡的建設進程也較為緩慢。同時，國際衛星公司對海洋通信的帶寬給予也非常有限。近年來，高通量衛星（HTS）發展迅速，尤其是在歐美地區，高通量衛星投入使用后，在陸地及空中應用已經得到了很大提升，海洋上也有運營商將高通量衛星作為服務的通道。本文就針對海洋寬帶衛星通信在高通量衛星時代的商業機遇進行簡單的闡述。

圖1為全球船舶位置示意圖，圖中密密麻麻的紅點及綠點代表在海洋上漂泊的每一艘船只，而這些船與我們的生活息息相關，全球貿易中90%以上的大宗貨物是通過海運來完成的。船舶在海洋上遠離大陸，即便是南極洲附近，也有許多科考工船和海工船等在進行遠洋作業。以前，遠洋船舶的通信非常困難，船員的信息也比較閉塞，但近年來，隨著衛星通信行業的發展，已經有一些運營商通過衛星為這些船舶提供了網絡連接。

圖1 全球船舶位置示意圖（圖片來源：marinetraffic.com）

圖2 為2005～2016年的海洋衛星通信帶寬增長趨勢示意圖。如圖2所示，2013年，海洋衛星通信帶寬顯著增長，這是由于2013年高通量衛星開始正式投入使用，其大帶寬、高通量的特性迅速滿足了市場需求。

圖2 2005～2016年海洋衛星通信帶寬增長趨勢示意圖（圖片來源：EUROCONSULT）

但是，即使高通量衛星有如此迅猛的增長態勢，截至2016年，全球海洋衛星通信帶寬總和才達到66×109bit/s，尚不及700個深圳家庭的寬帶總和。海洋上有70萬條各類船舶和鉆井平臺，平均每條船的帶寬不足105bit/s，即相當于陸地上20年前的帶寬水平。我國2017年才正式發射了“中星16號”衛星，這是屬于我國自己的首顆高通量衛星。

通信衛星的發展因頻率不同，經歷了C-Ku-Ka波段3個階段，到目前為止，C波段的覆蓋最好，但是其帶寬極其有限，而且終端設備的體積也非常大，動輒1.8m或2.4m的天線面口徑。Ku波段基本實現了全球覆蓋，在帶寬上能滿足用戶的基本上網需求；某些高通量衛星的Ku頻段波束也實現了應用，Ku頻段的終端設備體積適中，占據目前市場的主流位置。Ka波段目前只有國際海事衛星組織（Inmarsat）實現了全球覆蓋，衛星通信行業有個共識：Ka波段的高通量衛星是大勢所趨，目前其對應的終端設備正處于起步階段，雖然體積小巧，但是成本較高。圖3為不同頻段的衛星帶寬及設備終端對比。

圖3 不同頻段的衛星帶寬及設備終端對比

二、高通量衛星的市場現狀

目前，市場上已經有國際海事衛星組織（Inmarsat）、歐洲衛星公司（SES）、國際通信衛星組織（INTELSAT）和歐洲電信衛星組織（eutelsat）等國際衛星公司發射并運營者高通量衛星，并針對海洋的覆蓋做了一定的戰略布局，尤其是國際海事衛星組織（Inmarsat）已經完成了覆蓋全球的Ka波段的高通量衛星網絡。另外，歐洲衛星公司（SES）也在今年發射了SES-12號衛星，能夠為亞太和中東等Ku波段用戶提供高通量衛星服務。而包括國際通信衛星組織（INTELSAT）和歐洲電信衛星組織（eutelsat）也都有各自覆蓋全球海洋的高通量衛星計劃。圖4為國際上主要的高通量衛星運營品牌。

圖4 國際上主要的高通量衛星運營品牌

2005年，由我國和泰國通信衛星公司聯合運營的IPSTAR通信衛星發射成功，成為最早的新一代高通量通信衛星，其在我國有12×109bit/s的容量，同時覆蓋亞太地區眾多國家及澳大利亞海域，目前國內由中國電信集團有限公司進行商業運營。2017年4月，由中國衛通集團股份有限公司發射并運營的中星-16號Ka波段高通量衛星在海上有6個點波束（指一束集中的高功率的衛星信號，其僅覆蓋一個小的區域）覆蓋。2018年發射的亞太5C在印尼有12×109bit/s的容量覆蓋。另外，中國聯合網絡通信集團有限公司也引進了EUTELSAT 172B衛星，從而提升了聯通公司從北美西海岸到亞洲和大洋洲的衛星通信服務能力。圖5為國內高通量衛星運營公司及其品牌。

當然，隨著高通量衛星的運營態勢日漸清晰，包括亞洲衛星公司(AsiaSat)、中國衛通集團股份有限公司（ChinaSat）和亞太衛星控股有限公司（APstar）等公司都有自己的高通量衛星發射計劃，而且都把海洋覆蓋提高到了很高的地位。圖6為高通量衛星發射計劃。

三、海洋通信對高通量衛星的需求及現狀

高通量通信衛星（HTS），也稱高吞吐量通信衛星，主要技術特征包括多點波束、頻率復用、高波束增益等。相比于傳統通信衛星，高通量衛星在容量及單位帶寬成本方面具有優勢，具有與地面網絡競爭的可能性。

全球高通量衛星目前已經進入快速發展期，根據歐洲咨詢公司的統計數據，全球30家衛星運營商在高通量衛星系統方面的總承諾投資額已達到近190億美元。高通量衛星在數量、容量、收入和需求方面都有望迎來迅猛發展。目前，高通量衛星商業化前景廣闊，但由于地域發展不均衡，其市場目前的重心在歐美等國家，而非最具發展潛力的亞太市場。

隨著帶寬的大幅提升，帶寬使用量也將大幅增長，從陸地無線資源的發展來看，人們對帶寬的需求是無止境的。隨之而來的寬帶增值業務也將迅速發展起來，在海洋運輸（實時監測、遠程維護、船隊管理、船員互聯網接入）、游輪游艇（船員及游客寬帶接入互聯網）、遠洋漁業（業務安全保障、漁民日常通信、智慧漁業）、海上石油開采（大數據應用、生產管理和控制）等方面，高通量通信衛星具有得天獨厚的優勢。

船舶對海洋信息化的需求是不言而喻的，以前只能通過海事衛星極窄的帶寬完成小型數據及語音的傳輸，而貨物的時間控制，包括安全航行及數據采集的需求都無從談起，尤其是船隊中每艘航船所涉及的幾千萬費用數據無法做到有效管理。另外，船員的基本通信需求也無法滿足，船員在海上漂泊的時間往往超過大半年，基本上斷絕了與陸地和親人的聯系，但現在有了寬帶通信衛星，船員就可以保持和陸地的聯系，避免與社會脫節。

截至2017年7月，全球國際航行船舶共有79753艘，萬噸以上船舶25714艘，全球有AIS船位的月活躍船舶數量37.89萬艘。全球160m以上的船舶約3.06萬艘，占全部AIS船舶的8.09%。而船長小于80m和未知船長的船舶約30.89萬艘，占全球所有AIS船舶的81.52%。隨著衛星終端設備的小型化，90%以上的船只均具備裝備寬帶通信能力的VSAT小站設備的條件。

2017年VSAT市場的增長率為18.8%，總量已經超過23000個終端。VSAT技術開始被中小型船舶市場采用，運營商越來越愿意從MSS遷移到VSAT解決方案，MSS終端數量相比2016年下降了0.4%。總而言之，乘客的需求增加，安全通信的監管激勵，船員和乘客對豐富內容的興趣，以及與智能航運相關的新開發概念，是推動海運經營者在其船上安裝最新一代衛星系統的主要因素。越來越多的物聯網連接和傳感設備帶來的自主運輸和性能監控，以及船隊管理和網絡安全應用方面的要求將推動未來10年的容量需求。

四、高通量衛星帶來的機遇

（一 ）資費更低

預計高通量衛星在2017～2025年期間將產生360億美元以上總收入，到2025年HTS容量的租賃收入將超過60億美元，屆時單位帶寬成本將大幅降低。

（二 ）帶寬更大

高通量通信衛星采用了頻率復用、多點波束等先進技術，在使用相同頻率資源的條件下通信容量比常規通信衛星高出數倍甚至數十倍。

（三 ）終端更小

高通量衛星大多為Ka波段，其對天線面口徑大小要求不高，因此，其終端可以做得更小、更加輕巧。

（四 ）接入門檻降低

隨著設備終端的輕量化和小型化，用戶的接入門檻進一步降低，可以創造出更多靈活便利的用戶接入模式。

（五 ）更多投資機會

隨著高通量衛星的持續發力，在其成本降低之后，許多傳統通信行業的創新玩法可以移植過來，從而吸引更多投資，如圖7所示。

圖7 高通量衛星帶來的機遇

五、高通量衛星發展面臨的問題

高通量衛星目前也存在很多影響整個行業發展的問題，如圖8所示。首先，除了國際海事衛星組織（Inmarsat），目前還沒有其他第二家衛星公司能夠做到高通量衛星的全球海域覆蓋；其次，目前國際主流的各個系統，如美國iDirect、以色列Gilat、美國Hughes及美國Comtech等公司的高通量衛星通信系統，目前還沒有辦法實現互通，這是因為在海上衛星運營商還沒有得到足夠成長之時，都是各自選擇各自的系統，自成一家，因此船上的VSAT設備也沒辦法像手機一樣，在全球實現無縫漫游；再次，目前市場上的VSAT設備終端也大多是以兆為單位量級的吞吐設計，面對高通量衛星動輒上百兆的吞吐速度尚無法很好地匹配，因此面臨著設備的更新換代；此外，還有一個重要的行業規劃和布局的問題，即：在不久的將來，低軌衛星星座和高通量衛星之間到底怎樣進行定位和分工，這個問題也勢必會對資本市場及終端設備廠商的投入和布局造成很大的影響。

六、結束語

有理由相信，在未來的幾年會有更多的公司投入到海洋寬帶這個行業里，從而讓船舶衛星寬帶得到更快的增長。近年來，低軌衛星進一步發展成熟，低軌道衛星系統一般是指多個衛星構成的可以進行實時信息處理的大型的衛星系統，其中衛星的分布稱之為衛星星座，預計5年以后低軌道衛星將成為新的主流。另外，在我國有一個很特殊的應用群體，即漁船市場，其需求會進一步擴大，而且，目前在我國已經有數千艘漁船具備了海上衛星寬帶通信能力。最近幾年，VSAT衛星通信終端設備向著進一步小型化、標準化的方向發展，如圖9所示，涉及多家運營商的認證、互信等，將會成為影響高通量衛星應用的重要因素。

圖8 高通量衛星發展面臨的問題

圖9 VSAT衛星通信終端設備的尺寸變化趨勢

最后還有很重要的一點，即：低成本的相控陣天線設備有可能會成為解決低軌衛星星座與高通量衛星融合應用的關鍵產品，星展測控科技股份有限公司目前也在致力于此類產品的研發和設計，希望將來能夠為海洋寬帶衛星通信事業貢獻自己的一份力量。