淺談5G與低軌衛星互聯網時代的同步衛星通信運營
——以老撾一號衛星為例

文 | 趙歡 司華奇 鄭志興 李宗元

1.重慶兩江衛星移動通信有限公司成都分公司 2. 老撾亞太衛星有限公司

一、前言

同步衛星通信的應用最早可追溯至20世紀60年代，在中低軌衛星通信方式出現以前一直占據著衛星通信市場的絕對主導地位，根據相關行業研究報告，其占比一度曾超過90%。但近年來，伴隨著5G網絡建設的推進與國內外若干低軌衛星互聯網建設計劃的提出，同步衛星通信業務的發展趨勢呈現出明顯放緩的趨勢（無論根據業內統計數據結果或行業用戶的直觀反饋都可看出）。但另一方面，同步衛星自身仍有其不可替代的地位與價值。對于同步衛星運營商而言，如何在新時代的通信行業發展中找準自身市場與業務定位，在同步衛星的壽命周期內實現回收建設成本與盈利的目標，不僅是商業化運營需要解決的當務之急，對未來的全球互聯網建設也可提供非常有益的參考。

本文以近年來老撾一號通信衛星（軌位128.5° E）的運營實踐為例，探討了同步衛星在5G與低軌衛星互聯網時代的運營定位問題。老撾一號衛星于2015年底發射升空，搭載擴展C/Ku頻段轉發器載荷，是非常典型的傳統同步衛星。本文將從技術、應用與市場等多個方面對相關經驗進行探討，并為其他衛星運營商提供參考。

二、同步衛星通信與低軌衛星互聯網、5G網絡的簡要對比

近年來已有較多關于5G或低軌衛星互聯網的研究文獻及行業分析報告發布，大多集中在探討新一代通信網絡的技術與應用優勢。但根據衛星通信運營實踐中得出的經驗，同步衛星通信的若干優勢在特定領域內仍然相當明顯，遠未到可被替代的地步，可從多個不同維度體現。

1. 技術層面

（1）對比要素

從電信運營商的角度，對通信網絡技術層面的評價通常聚焦兩個方面，即用戶體驗的提升（包括網絡帶寬、時延、在網用戶數等指標）及運營商網絡建設過程面臨的技術問題。

（2）同步衛星通信與地面5G網絡

國際電信聯盟（ITU）提出的5G網絡三大應用場景包括增強移動寬帶、超低時延高可靠通信與海量機器類通信，用戶體驗非常出色，尤其相較于轉發器容量固定、通信時延高達數百毫秒且無法通過技術手段改進的同步衛星而言，優勢非常明顯。但另一方面，相關研究也早已提到了5G網絡建設面臨的挑戰。由于5G基站的覆蓋范圍僅有4G的1/10左右，即意味著需要10倍數量的5G基站才能完成與目前4G相當的有效覆蓋率，對于在4G時代便難以完成大規模網絡建設的眾多第三世界國家，繼續緊跟這一技術發展趨勢的難度可想而知。此外，地面網絡建設受制于地理條件及自然災害抵抗性差的缺點在5G網絡建設中也更加突出。在這一情況下，同步衛星所提供的大范圍通信網絡覆蓋仍是必不可少的電信基礎服務。

同時，在實際的電信運營中，5G的三大應用場景往往也并非100%的硬性需求。除少數的業務類型（如網絡游戲、遠程實時控制等）外，用戶在多數情況下對于網絡帶寬與時延并不特別敏感，尤其是在用戶數量少、分布稀疏時更加明顯，同步衛星的技術指標可滿足常規應用的需求；而針對需要海量終端接入的物聯網業務，近年來同步衛星也已有相關業務推出（例如我國天通一號衛星的物聯網業務）。

（3）同步衛星通信與低軌衛星互聯網

低軌衛星互聯網自20世紀90年代國外的銥星（Iridium）系統開始便已在全球的電信行業中嶄露頭角，近年來，隨著美國太空探索技術公司（SpaceX）的星鏈（Starlink）與國內鴻雁、虹云等低軌衛星星座建設計劃的提出，以及2020年我國“新基建”發展正式將衛星互聯網納入建設內容，受到業內更加廣泛的關注。低軌衛星互聯網綜合了5G與衛星通信的部分優點，既提供與地面網絡接近的帶寬與時延（如星鏈的實測結果為用戶下行帶寬達到50Mbit/s以上，時延約20ms），又規避了地面通信網絡受制于地理條件與自然災害的局限性，被廣泛認為是未來全球互聯網建設中的重要環節。

但在技術層面上，目前的低軌衛星互聯網也存在一些明顯的局限性。某種意義上，低軌衛星互聯網與5G的相似之處是通過建設龐大的骨干通信網絡（前者是天基，后者是地基），將技術難題交由系統側解決，盡可能改善用戶端的體驗。而相比目前大多還處于區域化服務階段的5G網絡，定位于全球無縫覆蓋的低軌衛星互聯網面臨的骨干網絡數據落地傳輸與交換的挑戰更加嚴峻。目前國內外幾大星座的解決方案大概分為兩類，一是通過大量建設地面關口站（如星鏈計劃的第一階段僅在美國境內便規劃了26座Ka關口站），這在同步衛星通信中是難以承受的負擔（涉及在其他國家建設地面站時還會面臨額外的政治、經濟層面風險）；二是通過目前尚未完全成熟、成本高昂的激光通信等技術實現星間鏈路數據交換。

低軌衛星互聯網自身采用的技術也可能面臨意料之外的問題。從無線通信的本質而言，更大的帶寬意味著更高的無線頻率（Ka頻段或更高的Q/V頻段），熱帶地區常見的雨衰問題也會更加嚴重；在星上載荷低成本與用戶終端小型化、低功耗的約束前提下，甚至可能完全抵消由于衛星軌道高度低所帶來的信號強度優勢；C頻段的衛星通信仍是目前雨衰抵抗效果最佳的衛星通信方式。另外，由于低軌衛星單星覆蓋范圍較小，同步衛星業務中占比很大的廣播類業務（如衛星電視直播）反而在低軌衛星互聯網中難以實現（否則將成比例地占用所有衛星的帶寬資源，得不償失）。因此，技術層面上，同步衛星通信與低軌衛星互聯網更多的是互補而非競爭關系。

2. 運營層面

不少可公開查詢的投資建議或行業分析報告中，不約而同地提到了低軌衛星互聯網與5G網絡運營存在的風險，即優良的用戶體驗往往以前期網絡建設的巨大投入與后期高昂的運營維護成本為代價。20世紀90年代被譽為“技術神話”的第一代銥星系統商業運營不足兩年便宣布破產是最好的例證。2020年，包括頭部企業一網公司（OneWeb）在內的若干家商業航天企業申請破產，業內在分析經驗教訓時也認為，除2020年新冠肺炎疫情帶來的不可抗力因素外，商業航天企業初創階段“造血”功能的缺乏、對資本的高度依賴及缺乏長期穩定合同作為業務來源是主要原因。而國內的地面5G網絡建設面臨的盈利模式不夠清晰，尚未回收4G網絡建設成本等壓力也同樣不容忽視。相比之下，根據實踐經驗，已有多年運營經驗與相對成熟商業模式的同步衛星通信反而風險相對較低。

三、老撾一號通信衛星近年來的運營實踐

1. 運營背景

老撾一號通信衛星作為我國航天援外“整星出口”的典型案例及“一帶一路”倡議的重點示范項目，其成功發射與入軌不僅是我國與其他國家在航天高科技領域合作的典范，對于受讓國而言，擁有完全自主產權、頻譜資源及運營權的同步衛星本身也是其國家級電信基礎設施建設的重要內容。老撾一號衛星搭載擴展C/Ku頻段轉發器，C頻段可覆蓋東南亞全境及我國大部分地區，Ku頻段則主要覆蓋中南半島、印度東部以及尼泊爾等國部分地區，截至2020年底仍有10年以上在軌壽命。

2. 市場特點分析

近年來（尤其2018年后），隨著新一代5G網絡、Ka高通量同步衛星、低軌衛星互聯網等新型通信服務的出現，僅搭載C/Ku轉發器且容量相對較小的老撾一號衛星，業務不可避免地受到了沖擊，包括現有轉發器租賃客戶流失，無法滿足行業用戶提出的若干新需求，DTH廣播業務面臨IP電視挑戰等。隨著通信技術的進步以及業務發展，用戶自發地將會對通信網絡的體驗提出更高的需求，如帶寬盡量更大、時延盡量更低、可靠性更高以及資費更便宜等，同步衛星由于存在固有的局限性，用戶體驗（尤其網絡帶寬）無法提升，對業務的推廣帶來一定影響。

但另一方面，市場需求與動態的變化也可以看作一次洗牌機會，有助于傳統同步衛星運營商更清晰地認識自身的市場與業務定位。東南亞地區地面網絡基建落后的現狀在可預見的未來若干年內仍然難以獲得根本性改善，同步衛星通信的業務空間仍有較穩定的保障；東南亞自然災害頻發的現實情況也使得衛星通信成為必不可少的應急通信手段。因此，至少在東南亞地區，同步衛星的不可替代性在通信行業與市場內仍有較為明顯的體現。

3. 運營模式與策略

根據上述市場特點，老撾一號衛星近年來的運營模式與策略做了針對性的調整，在固守并穩步發展既有優勢業務的同時，以國家層面的政策性支持等利好條件為契機，在相關業務領域也進行了積極的探索與實踐。

（1）傳統優勢業務

考慮東南亞地區現狀，同步衛星運營的傳統優勢業務主要包括衛星電視廣播與應急通信/臨時性通信保障任務。

首先是衛星電視廣播業務，近年來老撾一號衛星的電視用戶數保持穩定增長的態勢，至2020年底在網用戶已突破30萬，其業務收入足以成為同步衛星運營轉型探索期間的基本保障。此外，衛星電視廣播在老撾國家郵電部提出的“村村通電視”規劃中也將是必不可少的組成部分。

其次則是應急通信與臨時性通信任務保障工作。衛星通信基本不依賴于地面設施，是目前災害救援應急通信或臨時性通信任務保障的首選，在水災等自然災害常見的東南亞地區更加明顯。近年來在老撾一號衛星的運營實踐中，此類業務也是重要的組成部分，在部分極端情況下（如2018年夏季的阿速坡省水壩潰壩導致的嚴重水災），甚至在近一個月的時間內是現場唯一可用的通信手段，重要性不言而喻。此外，對于臨時性的通信任務，技術成熟、可快速部署的同步衛星通信系統也具有明顯的應用優勢。老撾一號衛星自投入運營后，已承擔了2016年東盟峰會會場監控視頻專網傳輸、2017年習近平主席訪問老撾新聞報道素材回傳、中老鐵路建設工地網絡保障、老撾國內多次重大新聞與社會事件現場新聞素材傳輸與通信保障等任務，產生了良好的社會與經濟效益。

（2）新型業務探索

2019年，老撾國家郵電部曾頒布指導性意見，要求使用國外衛星服務（如泰星，Thaicom）的政府部門在現有合同到期后，陸續轉回自主產權的衛星。借助這一政策性的利好因素，老撾一號衛星運營近年來將政府及大型企事業單位專網通信作為業務開拓的新方向并取得了一定成果。與個人消費者不同，專網類應用往往更加注重通信服務的穩定性、私密性等指標。對于領土面積較小、地面網絡建設不夠完備的東南亞國家，利用同步衛星搭建中小規模通信專網是性價比與實用性都較高的解決方案。老撾一號衛星目前較為典型的合作案例包括為老撾國家財政部搭建的12個省財政廳與萬象總部的VSAT視頻會議專網，為老撾民航空管局搭建的VSAT語音指揮調度系統等。

四、同步衛星通信未來運營方向思考

同步衛星的發射與運營固然在政治層面上有著占頻保軌與保障空間主權的意義，而如何通過商業化運營回收前期建設成本并產生利潤則是經濟層面應該考慮的問題。作為一顆仍有10年以上在軌壽命的同步衛星，面臨行業與市場變化絕不應固步自封，更不能坐以待斃，而應當主動探索適應新形勢的運營模式。根據近年來衛星通信市場需求的變化，并參考業內已有案例，以下想法可作為未來的運營方向參考。

（1）多星組網聯合運營

單顆同步衛星理論上可覆蓋約1/3的地球表面積，但實際上由于頻譜資源劃分、落地權等約束條件，通常僅采用賦型波束覆蓋較小的區域，直接制約著業務開展。因此，通過多顆衛星聯合運營實現用戶端無縫切換，從而拓展業務覆蓋范圍及提升用戶數量，是當前國內外同步衛星運營商常用的運營方式，我國的中國衛通及國外瑟拉亞（Thuraya）、國際移動衛星公司（Inmarsat）等運營商都采用了這種方式。但對于原本隸屬于不同運營商的衛星，解決不同業務平臺互聯互通是開展聯合運營的先決條件。

（2）與低軌衛星互聯網聯合運營

近年來，國內外的衛星通信行業已開始探討在未來的全球互聯網架構中如何利用同步衛星與低軌衛星互聯網的技術層面互補性，實現聯合運營的問題。聯合運營可能采用的形式有多種，技術層面最容易實現的方式是同時部署兩種衛星通信終端，在基帶與網絡層面聚合，用戶端則提供透明網絡接入。此種方式在大型的用戶平臺上較容易實現，目前已有的典型案例是在大型遠洋郵輪。根據相關報道，國外皇家加勒比郵輪于2014年率先應用了O3b中軌衛星星座提供遠洋郵輪寬帶上網服務，在當時的郵輪行業中屬于突破性的進展。但由于O3b星座自身設計的局限性，僅能覆蓋南北緯45°以內的地區，郵輪行駛至緯度較高地區（如英國北海區域）仍然使用同步衛星提供的網絡接入。近年來老撾一號衛星與亞太地區的郵輪運營商也進行了類似合作的前期論證。另一種方式則是利用同步衛星作為低軌衛星互聯網的中繼傳輸節點（星鏈星座的遠景規劃中也提到了這一功能），既發揮了同步衛星覆蓋范圍廣的優勢，也可部分規避低軌衛星互聯網地面建站的問題，相對而言發展前景更加廣闊。

五、結束語

與地面通信網絡的升級換代類似，衛星通信也面臨著技術、業務與市場變化所帶來的挑戰。老撾一號衛星主要服務的東南亞地區具有一定的地方特色，近年來的運營實踐總結以及對未來業務/運營方向的思考，對國內外其他同樣面臨轉型需求的同步衛星運營商也有一定的參考價值。