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行业聚焦 | 高通量卫星的发展与应用前景

2018-08-10 / 阅读次数:640

来源 | 星空年代

作者 | 邓恒


根据邓恒先生主题演讲内容整理

截至2016年底,全球在轨卫星1459颗,其中通信卫星占比约50%。无论是固定用户,还是移动用户,通信卫星都占据了基本95%的应用产业。我国遥感卫星产业虽然近几年发展较快,但是所占比例不到5%。目前,全球有40多家纯商业公司运营着大概510颗商业卫星,通信卫星的收入占到整个卫星收入的98%以上。


一说到卫星,大家可能都会觉得卫星离我们很遥远,卫星到底离我们有多远呢?我们来看一组数据,我们天宫二号的高度离地球400公里,一般遥感卫星的高度是几百到一千公里,目前我们中国研制的飞行器飞行最远的是嫦娥二号,已经到达了一亿公里,所以看起来很遥远。再看一组数据,2008年的汶川大地震,严重的地震破坏了震区地面通信设施,是卫星电话发回了震中映秀镇的第一条信息;2014年马航MH370失联,寻找飞机的最后线索——飞机与太空中通信卫星的握手信号也是通过卫星发回的。

除了这些大事件把我们和卫星联系在一起,我们日常生活中也有很多地方都在用卫星。比如每天看的电视节目是通过卫星进行广播的。出去旅行,卫星移动电话可以在没有基站覆盖的地方进行通信服务,还有飞机上上网,这一块通信也是由我们卫星来提供的。所以说实际上随着技术的发展,卫星在不断融入到我们的生活中。

1、通信卫星的发展

卫星行业到底是一个什么样子的呢?我们先看一组国际上统计分析的数据,截至2016年底,全球在轨的1459颗卫星中,通信卫星数量占比约50%。这些卫星有科学、遥感、导航等等,这里面通信卫星扮演着主要的角色。整个卫星的产业也是在不断增长,截止2016年收入达到2600亿美元,而且保持的增长率在近十年整体翻了一番。在全球的卫星应用产业当中,下面这张图表分别展示了卫星服务应用所占的收入比例。


数据来源:State of the Satellite Industry Report 2017 bySatellite Industry Association

从资料中可以看出,通信卫星是占绝对主力。不管是固定用户,还是移动用户,通信卫星都占据了基本上95%的应用产业。我们目前的遥感产业虽然近几年发展比较快,但是它占的比例不到5%。所以说通信卫星是我们所有飞行器当中应用最为广泛的一类,也正是由于这一个原因,我们在全球有40多家纯商业的公司运营着大概510颗商业卫星,通信卫星的收入占到整个卫星收入的98%以上。


数据来源:State of the Satellite Industry Report 2017 by Satellite Industry Association

中国95%以上的航天器都是航天五院主抓总研制的,可以说航天五院的发展史也是中国航天的发展史。我国1970年发射的东方红一号,在这以后相继发展了三代。随着技术进步我们也逐步走向国际市场,2007年我们向国际用户第一次交付了卫星整星,截止到目前,我们已经发射了50多颗通信卫星。航天五院目前发射了200多个航天器,其中通信广播卫星40余颗,与全球在轨的卫星相比,全球的通信卫星基本上占到一半,我国航天器里面通信卫星的数量相对占比低一些,这也说明了我们在通信卫星领域还有更大的市场潜力可挖。


在卫星应用领域方面,随着技术的发展,卫星应用也在不断贴近着我们的生活。从东方红一号开始,实现了原始的通信广播功能。到东方红二号,我国航天器成功进入地球静止轨道,36000米的高度,这个高度可以提供固定不间断的24小时服务。1997年正式发射的东方红三号通信卫星,是我国的卫星向应用型航天器转化的标志,通过这颗卫星把电视节目传到千家万户。

新世纪以来航天技术更是得到跨越式发展,2007年成功发射了东方红四号平台的通信卫星,载荷能力较三号整体翻了几倍,成为当前军民商用以及开拓国际市场最主力的平台。我国先后签订了16个商业出口订单,完成了10颗国际商用通信卫星的国际履约。五院通信卫星事业部在“十二五”期间,实现14颗高轨通信卫星连续成功发射并在轨稳定运行,位列全球制造商第四,发射数量较“十一五”增长近三倍。我国目前最主要的覆盖区还是传统的C频段和Ku频段,Ka频段的点波束还比较少,后续的发展重点也会集中在Ka频段上。

2、传统通信卫星的典型应用

对于通信卫星的传统应用,可简单分成几类:

第一个部分是我们目前卫星应用最广泛的电视广播场景,因为卫星最大的特点就是覆盖范围广,我们只需要上一个信号,区域里面所有用户都可以同时接受这个信息。这是传统卫星当中应用最广泛的业务,但是它是一个单向的通信,用户只能单纯接收主站发回的信号。

第二个业务是固定业务,固定业务是一个双向业务,两个地球基站之间通过卫星来进行双向数据的交互,更多的是数据业务。比如我们在成都建一小站,西藏建一个小站,地面光纤的设备无法连接这两个站,我们通过卫星来连接这两个站之间数据的通信,这是传统固定业务。但是在传统卫星来做固定通信业务时,会受到带宽的限制,传输速率一直上不去,导致费用比较高,因而也导致整个行业发展受限。虽然它的优势是覆盖面广,但它现在所用的地面带宽,还是共享带宽,大家在覆盖区里面只能共享这一块带宽,所以导致容量上不去,这是我们目前的瓶颈,后面可以看到高通量卫星成功解决了这个瓶颈问题,实现了更大的突破。

另外一个应用场景是移动业务,2016年发射的天宫二号卫星,就是我国第一颗移动通信卫星。2018年中国电信也正式放号了(专用号段为1740)。手机平时可以接入地面网络,地面网络覆盖不到的地方,可以切换到卫星网络,通过卫星来进行手机通话。但对于移动业务来讲,支持手持设备的业务只能进行话音和低速率传输,在视频传输方面仍有很大局限。

除此之外,通信卫星在公共服务,包括地面基站回传、远程教育、远程医疗等方面起到了关键作用,通信卫星也是国家空间基础设施的重要组成部分。在一些应急情况下,地面设施受到破坏,空间数据基础设施可以为我们很好的解决地面通信问题。

3、通信卫星应用迎来转折契机

以上是传统的卫星应用场景,现在通信卫星也是面临到一个转折点。在过去由于卫星的覆盖范围广,它能够实现远程通信的特点,使我们卫星广播电视等业务得到了非常广泛的应用。但是现在,我们的卫星不管是广播也好,通信也好,都受到地面移动网络,包括4G、5G、海底光缆的直面竞争,通信卫星的价格没有办法和地面竞争。另外广播电视方面,由于用户习惯的改变,在家里看电视的越来越少,也进一步导致了卫星在广播市场有逐步平稳发展或者是向下发展的趋势。

面对这样的趋势,通信卫星怎么去破局?未来通信卫星主要业务可能是数据业务,因为我们正处在一个大数据的时代,这些数据如何进行通信和互联互通?卫星在这里面可以起到一个非常关键的作用,所以如何和地面竞争,或许有两条出路可供参考:一、提速降费方面,只有高通量卫星把系统容量扩大,才能把单位成本的数据传输成本降下来,能够和地面竞争。第二个就是全球移动卫星信号实现无缝连接,不管是高轨的天通系列,还是在论证和实施的低轨项目,都是瞄准全球无缝覆盖,给全球提供无缝的连接服务,所以后续的重点就集中在高通量卫星方面。

传统通信卫星有一个很大的优势,就是大覆盖加共享带宽,而到了高通量卫星时代,就是要把大波束进行小波束的整合,这是通信卫星行业最大的优势,用更多的点波束把带宽进行成倍数的提升。

随着高通量卫星技术出现,通过点波束技术,使得卫星容量成倍增加。现阶段高通量卫星容量可以做到传统Ku卫星的十倍或者数十倍,所以高通量卫星具有传统卫星不可比拟的优势。通过高通量卫星技术方面的创新,驱动市场应用行业不断发展,个人上网、企业数据传输、基站回传、机载、航运、军事等等都对高通量提出了需求,随着技术的发展,应用场景也会越来越广泛。

截止目前,全球大概有30多家卫星运营商在高通量卫星领域进行了投资,或者是承诺投资,全球已发射65颗高通量卫星,总容量超过了100Gbps。这一块业务主要集中在北美地区和欧洲地区,亚太上空容量的需求还是很迫切的。根据众多咨询机构的估计,2020年全球HTS的系统供应量将达到3600Gbps,除了整体系统建设方面的快速发展之外,高通量卫星以它独特的特点也成为了目前商业卫星领域新的增长点。


据欧洲咨询公司的最新报告显示,从传统带宽的租赁情况来看,基本上保持一个很平稳很缓慢的一个增长状态,但是今年数据业务方面,进入到了很快速的发展期。从全球最大的卫星运营商SES的年报中也可以看到,第一部分视频业务占主收入65%,虽然这一块主业务的增长开始放缓,这跟我们对广播电视的使用习惯有着密切关系。同时,传统通信业务呈现了一些下降态势。

报表中,最引起大家眼睛一亮的是移动数据业务。传统移动通信业务,它的传输速率是非常低的,但是对于高通量卫星,它可以为移动通信服务提供完美的解决方案。如果我们把终端装到飞机、轮船或者是汽车上,它可以为整个舱内提供很好的Wi-Fi的接入环境,使每个用户都能够享受到非常快的上网或者是宽带连接服务,这一块也是极大的拉伸了我们的需求。虽然高通量卫星增长比较快,但是由于基数较低,所以在整个市场占有比例不太高,但是可以预见在未来几年当中,高通量卫星业务占的市场份额会越来越大。

总体来看,全球知名卫星运营商,都面临着一个转型,即从传统区域波束卫星向高通量卫星转型,因为高通量卫星带来的价格优势已经是传统卫星完全不能比拟的。但是目前高通量卫星在全球的发展分布并不均匀,北美和中东是投放的主要区域,相对而言亚太地区的投放量比较少。

各大机构都非常看好亚太地区市场的发展潜力,并预测亚太地区是未来很大的市场潜力区,这也为亚太地区后续的高通量卫星系统的发展创造了良机。并且,也将促进整个产业链中各种角色的转变,特别是促进了产业的垂直整合。

对于传统的运营商而言,它只是租赁卫星的一个带宽,为其他人提供通道。高通量卫星时代则不同往日,它需要从卫星的制造,到卫星的运营,以及到后面的业务开展,打通整个产业链条,这里面一个最成功的典型就是美国卫讯公司(ViaSat),他们最早是做地面通信设备的,后来向卫星服务商、向卫星制造商方向扩展,在整个链条当中扮演了一个全面的角色。

实际上在全球也有很多的卫星企业在整合自身资源,以打通整个产业链条。当下是一个很好的契机,卫星制造商,卫星运营商,以及地面设备的制造商和服务商,有机会打通中国卫星通信整个产业链条,为我们用户提供更完备的服务。

像美国卫讯公司就有一百多万个家庭用户使用卫星上网,这和美国人的生活习惯有关系,他们是一家人住一个院子,这一特点对我国边远地区非常适用,对光纤没有覆盖的区域,对城市的高端用户来讲,这一应用的需求是非常高的;第二块,政府企业的通信需求也非常多;第三块就是基站的回传,特别是随着我们4G、5G地面基站的建设,每一个基站不可能地面光纤都能够达到。如何回传的问题,也可以由通信卫星提供解决方案。

目前,中国移动已经在西藏用Ka频段的高通量卫星开展基站回传业务了。实际上我们的高通量卫星最大的应用场景就是移动通信方面,这里面包括动中通业务,包括航空、航海等各个方面,最引入注目的就是航空通信。据欧洲咨询公司的数据分析,2015—2025年接入宽带卫星通信的飞机数量预测:


数据来源:HTS: Vertical Market Analysis &Forecasts 3rd Edition by Euroconsult

在亚太地区高通量卫星资源还是非常稀缺的,目前能够提供上网服务的几家航空公司,更多还是使用传统区域波束,即共享带宽。用户上网速度非常慢,体验也差,所以导致现在使用率还不太高。但是高通量卫星使用后,一架飞机自身是独立带宽,提供给每位用户的速率可达到10M、20M,所以,这是目前最大的发展市场。另一方面是海运。高通量卫星具有独特的优势,在海上没有办法建很多基站,海上的通信只能靠卫星去解决,随着我国“一带一路”倡议的发展,对海运的需求越来越迫切。

下面一些数据可表明人们未来对海上通信的需求量:


数据来源:HTS: Vertical Market Analysis &Forecasts 3rd Edition by Euroconsult

除此之外,国家发展战略也强烈支持着高通量卫星的发展,比如说我们的网络强国战略,我们的卫星其实可以解决移动基站带宽受限、覆盖性不足的问题,特别是边远山区的地方,卫星来解决通信问题比地面铺光纤的成本更低;第二个是推动乡村振兴计划方面,对人口较少的农村地区,利用高通量卫星提供宽带网络覆盖,在成本和建设周期方面也具有很多优势;第三个是服务国家“一带一路”的倡议,建设“一带一路”空间信息走廊的重大工程,也是支持以企业为主体、市场为导向的商业发展新模式。建设商业卫星,来完善空间信息走廊;最后也是军民融合、保卫国家战略,我们的光纤没有办法铺到其他国家,但通信卫星大覆盖率的特点,可以成为保护国家战略利益的一个重要解决方案。

在去年4月份,中国发射了第一颗Ka频段的高通量卫星——中星16号卫星,这是我国首次应用Ka频段宽带技术,通信总容量达20Gbps,超过了我国已研制发射的通信卫星容量总和。这是一颗技术试验卫星,实现了我国对高通量卫星关键技术的突破,为后续建造更大容量奠定了基础,成功进入了国际市场。星空年代与Thaicom合作共建的“简阳星空一号”,也是Ka频段高通量卫星,总容量将达到70Gbps。届时卫星覆盖区内地面无线网络信号覆盖不到或光缆宽带接入达不到的地方,都可以用该卫星方便地接入网络。

高通量卫星是作为通信卫星领域近年来重大技术和应用突破,这是一个颠覆性的技术,它不仅在颠覆我们的卫星制造,同时也颠覆了卫星的运营和卫星的应用,我希望大家共同努力,结合国家重大战略工程,把我们的高通量卫星建设成为“一带一路”上最亮的那一颗。

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