卫星通信产业概述

（一）概念定义

1.卫星的发展与卫星通信

卫星的发展过程可概括为“小卫星—大卫星—新小卫星”。在人类开展航空航天活动初期，受火箭运载能力和卫星制造技术水平限制，发射的卫星功能少、体积小、重量轻，可視为传统小卫星。

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而实现多个地球站、航天器、空间站之间的单向或双向通信。典型的通信形式为音视频广播、数据广播（导航、定位等）、音视频通话、数据传输（遥感、遥测等）、互联网连接等。卫星通信频段一般划分见表2-1，其中L、S频段主要用于卫星移动通信，C、Ku频段主要用于卫星固定业务通信，Ka频段应用开始大量出现。为了满足日益增加的频率轨道资源需求，卫星通信领域正在布局Q/V等更高的频段资源。

卫星通信系统由卫星端、地面站、用户端三部分组成，典型示意图（见图2-1）。卫星端可包含一个或多个卫星，每个卫星由卫星母体和星载设备组成。地面站由跟踪遥测和指令站、监控管理站以及通信关口站（包含控制中心和地球站）组成。地面站可以是卫星系统与地面其他通信网的关口，也可以是用户端与卫星的地面通信枢纽。用户端则是接受服务的各种用户终端设备。

2.卫星通信的分类

根据不同的分类标准，卫星通信（系统）可以分为不同的类型，例如按照通信卫星运行的轨道不同，可分为：

低轨道（LEO）卫星通信：LEO卫星较小，运行于距地面500-2000km的轨道上，具有传输时延、覆盖范围、链路损耗、功耗较小等特征。

中轨道（MEO）卫星通信：MEO卫星运行于距地面2000-20000km的轨道上，其传输时延、覆盖范围、链路损耗、功耗大于LEO但小于GEO。

高轨道（GEO）同步卫星通信：GEO卫星运行于距地面35800km的地球同步静止轨道上。传统的GEO通信系统的技术最为成熟，但由于存在较长的传播时延和较大的链路损耗，不适用于通信领域。

按照卫星重量大小，可分为大卫星（1000kg以上）、中卫星（500-1000kg）和小卫星（500kg以下）。然而，随着小卫星技术和应用的不断发展，业界对小卫星分类又进行了细化见表2-2。文后出现的小卫星仍指500kg以下的卫星。此外，其他常见的分类方式见表2-3。

3.传统卫星通信的特点

传统卫星通信具有不同于光纤、公众移动通信等地面通信方式的特点：

覆盖区域广：较少数量的卫星即可提供广域概念上的无缝覆盖。

地面基础设施少：由于卫星的广覆盖能力，与光纤、公众移动通信等通信方式相比较，不需要大量的地面基础设施支撑。

信息延时较大：无线电信号星地间传输普遍大于其他通信方式。

对用户端要求高：由于星地链路损耗大，开放式链路易受干扰，对用户端的发射功率和噪声处理能力要求较高，将进一步增加终端体积和成本。

带宽容量有限：受限于卫星通信的频谱、载荷、能源问题，其总带宽和总容量相对于光纤和公众移动通信要小得多。近几年高通量卫星的发展将改变这一状况。

通信成本高：由于卫星的研制、发射、运营成本较高，而且存在发射失败和在轨失效的风险，造成卫星通信的单位带宽费用远高于地面通信网络。

组网部署灵活：卫星通信不受地形限制，通信终端可以在地面、海上、空中，在自然灾害或突发事件情况下可以快速响应，但容易受到天气状况影响。

信息安全能力强：卫星通信系统构独立于常见地面通信网络，所传输的信息不易被截获，且卫星移动终端难以监测定位，具有较高的信息安全水平。

4.小卫星独有特性

近年来，小卫星技术应用发展迅猛，多用于通信和对地观测领域。小卫星具有一些不同于传统大卫星的特有性质，例如：

轻小型化：与重达几吨的普通卫星相比，小卫星重量只有克至百千克的量级。轻型复合材料技术以及微型技术集成化应用是小卫星轻型化发展的重要前提。

成本降低：传统大卫星的研制周期一般需要5年左右，而且项目投资大、发射费用高、项目风险大。小卫星研制过程主要采用先进成熟的技术以及科学、合理的管理手段，使得小卫星的研制周期一般为2年左右，研制成本大大降低。通过一箭多星技术大幅度降低了小卫星的平均发射成本。

灵活发射：小卫星可以作为大卫星的附属物一起发射，也可以是几十甚至上百个微小卫星搭载同一个火箭一齐发射。

冗余组网：小卫星网络的快速部署能力和抗毁性能增强。通过利用大量小卫星组成冗余备份，当某颗卫星失效或摧毁时，能够快速补充卫星。小卫星相对于传统大卫星的优缺点总结见表2-4。

（二）卫星通信关键技术

当前，卫星通信的新技术加速发展，卫星系统实际部署效率进一步提高。在各国际卫星公司积极推进与竞争下，通信卫星在卫星制造、火箭发射、单星容量、频谱效率、成本控制等方面均取得一系列进步。

1.设计和制造技术

卫星的设计和制造理念正在改变。模块化设计、轻小型化、规模标准化、3D打印生产使得卫星研制成本逐渐降低，迭代周期不断缩短。

小卫星具备重量轻、体积小、成本低、研制周期短、发射容易、风险小且技术含量高等特点，更适用于组建低轨星座，是目前全球发展热点。小卫星有效载荷技术使卫星在不断小型化的同时，也在不断集成更多的功能。有效载荷关键技术包括一体化设计技术，结构轻型化、微型化、多功能化技术，微型系统综合集成技术与软件化技术等。轻型复合材料技术、微电子技术、微光电技术、微型计算机、微型机械及高精尖加工等高新技术的发展和集成化应用为卫星的轻小型化提供了技术基础。

2.发射与回收技术

一箭多星技术指通过一次火箭发射多颗卫星。例如，长征十一号商用火箭以一箭多星的方式完成多次发射，大幅提高了卫星商业发射的效率。异轨多星技术在火箭快速灵活进入空间、空间机动和空间利用等方面具有广阔应用前景。例如，远征三号上面级通过与长征二号丁火箭配合使用，实现了21次自主快速轨道机动部署。

3.星座与编队技术

卫星组网主要通过卫星星座技术与编队飞行技术实现，即通过多顆卫星协同工作完成特定空间任务。其中卫星星座关注卫星与地面的几何关系，多颗卫星组成星座可实现卫星业务的连续覆盖或多重覆盖，提高对目标观测的访问频度和时间分辨率。而编队飞行则关注多个卫星之间的相对几何关系，用于实现多星协同任务，突破单颗卫星性能与功能的限制。

4.宽带化与软件化技术

高通量卫星通过采用高频段、波束成形、多点波束、抗干扰等通信技术使得同样尺寸天线的增益更高，卫星通信吞吐容量增大，进一步促进卫星接收终端的宽带化。大容量、广覆盖、安全可靠等成为新一代卫星通信系统的重要能力指标。

星上通信计算载荷的软件化也是新兴技术之一。软件化技术以微型计算机为核心，采用MMIC、ASIC、DSP超大规模集成电路，利用软件工程技术和软件无线电技术，把无线通信功能用软件来实现，通过软件编程来灵活实现多种宽带数字滤波、直接数字频率合成、数字下变频等功能。软件化减少了卫星对各类硬件的需求，可进一步降低卫星重量，提升卫星利用率。

（三）卫星通信产业链环节

卫星通信产业链涵盖卫星制造、发射服务、地面设备制造、运营与服务等环节。

卫星通信产业链全景见图2-2。

（四）卫星通信市场分析

1.全球卫星通信市场概述

2018年，全球航天产业规模达到4000亿美元，其中卫星产业规模超过3000亿美元。

未来，全球卫星通信系统商业化程度将不断提高，卫星通信系统向微小化趋势发展，卫星通信仍将是以卫星广播和固定类业务为主，卫星移动和宽带类业务将增长迅速。预计2020年，全球卫星转发器出租容量将达到700GHz;且全球微小卫星市场规模将达到60亿美元，2025年全球微小卫星数量市场规模可达200亿美元。

2.我国卫星通信市场概述

2018年，我国在轨卫星总数约280颗，其中商业卫星达到30颗，绝大多数卫星为遥感、导航、科研等类型，通信卫星数量较少。2018年12月，我国首张国产卫星移动通信终端入网牌照发放，标志着我国卫星移动通信打破国外垄断，完整产业链正式形成。

随着我国商业航天市场的逐步开放，卫星国家队和许多民营企业纷纷布局卫星互联网星座产业，将带动通信小卫星研制、火箭发射、卫星通信系统终端设备与软件应用市场爆发式发展。2018年，我国卫星通信市场规模达到600亿元。预计2020年我国卫星通信市场规模将超过800亿元。