衛星移動通信行業發展淺析

徐毅 侯光輝 苗曉峰 王思月

摘要：本文分析了衛星移動通信產業相關概念、現狀、發展的歷程和趨勢以及互聯網衛星對行業的影響，以期為筆者所在公司制定戰略發展方向提供參考。

關鍵詞：衛星移動通信；地面設備制造；終端系統；傳統GEO通信衛星；GEO HTS；NGSO HTS；LEO HTS

一、行業相關概念和現狀

（一）相關概念

1.衛星分類

衛星按用途分類可分為導航類、遙感類、通信類、空間科學類、技術驗證類等等；按軌道分類可分為地球靜止軌道（GEO）衛星和非靜止軌道衛星（中、低軌、橢圓軌道衛星等）。

2.通信衛星分類市場

目前在軌運行的衛星中，通信類衛星數量最多且應用最為廣泛，其通信應用包括衛星電視直播、衛星固定通信、衛星廣播、衛星寬帶、衛星移動通信等。

在國際民用市場方面，根據SIA前瞻產業研究院統計，2021年底，衛星電視直播、衛星固定通信和衛星廣播是占據通信衛星應用的前三大市場，分別占據77%、13%和6%的市場份額。其中，衛星移動通信占比較小，只有約2%的市場份額。

在國內民用市場方面，根據《2023—2029年中國衛星通信設備行業市場調查研究及投資潛力預測報告》，2022年衛星通信市場規模為783.8億元，衛星電視廣播等大眾消費類業務市場規模為634.5億元，占整體市場81%；衛星固定通信服務市場規模為116.5億元，占整體市場的15%；衛星移動通信市場規模為32.8億元，只占整體市場的4%。

通過比較國際和國內民用市場數據可以看出，細分市場比例大致相當，其中衛星移動通信市場規模有限，僅占整體市場的2%—4%。

3.通信衛星的“傳統”和“新浪潮”

近年來，互聯網衛星掀起全球衛星通信“新浪潮”，成為向無地面網絡支撐的陸地用戶、民航客機等空中用戶以及遠洋船舶等海上用戶提供互聯網接入的有效途徑，同時也是通信衛星新的發展方向。互聯網衛星就是高通量衛星[1]（HTS，High Throughput Satellite），其概念由美國北方天空研究所（NSR）率先提出，并將其定義為“采用多點波束和頻率復用技術、在同樣頻譜資源的條件下，整星通信容量是傳統通信衛星數倍的衛星”[2]。HTS采用多波束天線，向地球發射多個波束，相鄰波束頻率不同，不相鄰波束頻率相同，能夠實現形成頻率復用，進而大幅提高衛星的通信容量，其原理與蜂窩電話類似。根據軌道的不同，HTS分為地球靜止軌道高通量衛星（GEO HTS）和中軌（MEO）、低軌（LEO）甚至超低軌（VLEO）等非靜止軌道高通量衛星（NGSO HTS[3] 或稱NON GEO HTS）。而“傳統”通信衛星[4]采用單饋源天線，形成覆蓋范圍廣的單波束，不能實現頻率復用，其轉發器的帶寬限定了通信容量，見圖1。目前，衛星電視直播應用、衛星廣播、衛星固定通信和衛星移動通信等均采用傳統通信衛星。

（二）國內衛星移動通信產業現狀

現階段，國內衛星移動通信產業具有以下特點：

第一，行業涉及通信衛星的制造和發射、地面設備制造和衛星移動通信相關增值服務。地面設備制造包括：

①天線、調制解調器、功放等衛星移動通信相關終端設備的研發和生產；

②動中通[5]、靜中通、便攜站等衛星移動通信終端系統的集成；

③地面衛星網絡集成及網絡管理。

第二，使用的中繼衛星為傳統GEO通信衛星，衛星通信總容量在1Gbps左右，單鏈路通信容量小于4Mbps；

第三，主要應用模式為專網通信，應用場景包括各種突發事件下的應急通信[6]、公共通信網絡偏遠地區補盲、機要通信、軍事指揮通信等；

第四，主要應用客戶為軍隊以及公安、應急、消防電信運營商等具有部委—省—市（縣）或集團—各地分公司管理結構以及具有專網通信需求的政府部門和大型國企。

二、行業發展趨勢

在2008年汶川地震中，衛星移動通信在搶險救災的應急通信中起到了不可替代的作用，中國衛星移動通信自此進入發展高潮期，在此后的數年內，公安、消防、人防及電信運營商等多個部門各自建設了龐大的、覆蓋全國的專用網絡，在安全保衛、反恐處突、應急救援、電信補盲等各個方面起到了重大作用。

（一） 地面設備發展趨勢

1.關鍵技術自主化

由于相關關鍵技術當時還落后于國際水平，在2008年后國內建設的專網中，動中通天線、調制解調器、衛星功放等終端設備大量采用了Comtech、iDirect等進口品牌的產品。2010年，國家發改委將“衛星及衛星應用產業”納入“戰略新興產業”的部署，使得衛星移動通信地面設備相關關鍵技術的攻關進入了快車道，并在各個方面取得重大突破。

在動中通天線衛星跟蹤技術方面，完成了從基于衛星信號處理技術向基于慣性導航技術的發展歷程，載體應用也從車載發展到船載和機載；

在天線方面，由拋物面天線向相控陣天線發展，近幾年已經出現擁有完全自主知識產權且具有國際先進水平的相控陣天線產品；

在調制解調技術方面，中國電科和航天科技等多個研究機構和多個民企公司均取得關鍵技術突破，并形成擁有自主知識產權的產品；

在功放、LNB相關微波器件方面，多個研究機構和企業的產品已經達到國際先進水平。

隨著以上關鍵技術的突破，國內各個廠家之間的全面技術競爭也越發激烈，原先的國外品牌也逐步退出中國市場。

2.全面國產化替代的市場需求

近幾年，諸多關鍵技術的突破為行業實現全面國產化替代提供了技術支撐。隨著中美經濟脫鉤的加劇，“十四五”期間，行業民用市場國產化替代的趨勢不可逆轉。

（二）衛星的發展趨勢

高通量衛星（HTS）的出現大幅改善了傳統通信衛星在通信容量、帶寬以及成本方面的劣勢，“再次點燃了人類對于寬帶衛星的熱情和希望[7]”。

1.國外HTS現狀和發展趨勢

在GEO-HTS方面，2005年IPSTAR-1——全球第一顆GEO-HTS發射成功，通信容量45Gbps，通信速率4Mbps。此后，ViaSat、Hughes等全球26個衛星運營商陸續運營了數十顆GEO HTS。2010年后，GEO HTS的通信容量和速率得到快速提升，容量提升至300Gbps，速率達到50Mbps。2023年5月1日，發射的ViaSat-3 通信容量達到1Tbps，通信速率達到100Mbps。

在NGSO HTS方面，Starlink星座成為全球熱點，星座包括約1.2萬顆衛星，分為低軌（LEO）和超低軌（VLEO）兩類。LEO衛星工作于Ku和Ka 頻段，247個接收、275 個發射信道，信道帶寬50MHz；VLEO衛星工作于V頻段，140個接收、240個發射信道，服務信道帶寬1000MHz，測控信道帶寬10MHz。截至2023年3月18日，Starlink衛星總計升空4105顆，在軌3803顆，互聯網接入用戶超過100萬。除了Starlink星座之外，國際上還有O3b、OneWed等近十種NGSO HTS星座正在部署或計劃部署中。

由于國外土地私有化嚴重，地面光纜的鋪設和通信基站的選址受到不小的阻礙，沒有地面網絡覆蓋的陸地區域較多，其中部分區域通過傳統GEO通信衛星來實現骨干網通信和互聯網接入，但是其通信容量、速率和成本與光纖網絡相差甚遠，而HTS的出現正好有效彌補了這些差距。因此，國外HTS的應用具有巨大陸地應用市場，其海上船舶和空中客機的應用需求也十分可觀。

2.國內HTS現狀和發展趨勢

在GEO HTS方面，我國已經發射亞太6D、中星16、19和26號四顆GEO HTS，后續還將發射中星27號等GEO HTS，計劃總通信容量將超過400Gbps。2020年7月，中星16號實現了在民航客機上150Mbps速率的互聯網接入應用，為乘客提供了4G效果的空中上網體驗。自首飛以來，累計服務航班1784架次，為近2萬名旅客提供了上網服務。

在NGSO HTS方面，2021年4月，我國成立中國衛星網絡集團有限公司，向ITU提交了GW-A59和GW-2兩個低軌星座的頻譜申請，衛星總數為12992顆。

與國外相比，國內地面網絡已經相當發達。根據《工業和信息化部2022年通信業經濟運行情況》等報告表明，截至2022年底“中國光纜線路總長度達到5958萬公里（世界第一），光纖入戶端口達到10.71億個；行政村、脫貧村通寬帶率達100%，行政村通光纖、通4G比例均超過99%。”介于如此發達的地面網絡，留給國內HTS的陸地互聯網接入市場十分有限，而海上和空中市場還將面臨激烈的國際競爭。因此，國內HTS互聯網接入應用的市場前景并不是十分明朗。

3.HTS商業運營模式

衛星的商業運營模式分開放模式和封閉模式兩種。

在開放模式下，衛星運營商只出售或出租衛星轉發器帶寬，客戶配置終端設備、集成終端系統、建設獨立的衛星通信網絡（HTS應用客戶需配置自己的信關站）；在封閉模式下，衛星運營商或其分銷商運營衛星、建設信關站，并向用戶出售統一通信體制和協議的終端設備及服務。

國內已建的衛星通信網絡采用傳統GEO衛星通信，因此無需關站，全部設為開放運營模式。在這種情況下，各個用戶可以采用不同體制和協議的終端設備，最終形成了目前國內衛星地面設備制造業“百家齊鳴”的景象。而HTS采用了多點波束和頻率復用技術，必須通過信關站才能進行通信，以上兩種模式均可采用。

國外的封閉運營HTS網絡大多采用非對稱設計（接收帶寬大于上傳帶寬），適用于互聯網接入，如ViaSat公司的ViaSat 1～3號衛星、SpaceX的Starlink星座等；開放運營的HTS網絡多采用和傳統衛星一樣的對稱設計（上下行帶寬一致），適用于衛星移動通信，如Intelsat公司的Epic衛星、SES公司的SES12～15號衛星等。也就是說，采取何種商業運營模式取決于HTS的最終目標市場。國內的衛星運營商已經在中星16和中星26應用中試行封閉運營模式，由運營單位統一部署地面業務系統和應用平臺。但是，筆者認為國內衛星運營商并不具備相關終端設備的研發和生產能力，還需要國內諸多設備廠家提供支持；在封閉運營模式下，設備廠家的利潤率低，參與意愿低，不利于HTS衛星應用的市場推廣，也不利于市場競爭和技術發展。而開放運營模式適用于衛星移動通信，國內各個廠家的參與意愿高，更利于HTS衛星應用市場的推廣和技術進步。

三、結束語

國內的衛星移動通信行業正走向快速發展的道路，衛星通信相關設備和器件全國產化趨勢日趨明顯。雖然目前高通量衛星（包括GEO-HTS和NGSO HTS）的市場需求和運營模式還不十分明朗，但是高通量通信衛星在未來逐漸替代傳統通信衛星的趨勢無法逆轉，將大幅改變衛星移動通信行業的產業格局。因此，國內衛星移動通信行業相關廠家和研究機構將面臨較大的機遇和挑戰。

作者單位：徐毅 南京理工大學研究生院自動化學院

侯光輝 苗曉峰 王思月 北京航天控制儀器研究所

參考文獻

[1]羅紹琴，張偉.高通量通信衛星技術發展及其典型產業應用研究[J].數據，2021，323（07）：56-60.

[2]劉悅.國外高通量衛星系統與技術發展[J].國際太空，2017，467（11）：42-47.

[3]韓慧鵬.國外高通量衛星發展概述[J].衛星與網絡，2018，185（08）：34-38.

[4]葉惠.IPSTAR挑戰傳統衛星通信[J].通訊世界，2004（06）：26.

[5]趙書倫，楊春香，徐毅.湖南廣電高清動中通衛星車系統[J].導航與控制，2013，12（01）：30-34，58.

[6]楊春香，趙書倫，楊帆.現代應急衛星通信系統應用綜述[J].導航與控制，2011，10（02）：75-78.

[7]龐立新，謝平.把握戰略性新興產業機遇? 推動我國衛星及衛星應用產業發展[J].軍民兩用技術與產品，2010，268（09）：3-5.