卫星移动通信行业发展浅析

徐毅 侯光辉 苗晓峰 王思月

摘要：本文分析了卫星移动通信产业相关概念、现状、发展的历程和趋势以及互联网卫星对行业的影响，以期为笔者所在公司制定战略发展方向提供参考。

关键词：卫星移动通信；地面设备制造；终端系统；传统GEO通信卫星；GEO HTS；NGSO HTS；LEO HTS

一、行业相关概念和现状

（一）相关概念

1.卫星分类

卫星按用途分类可分为导航类、遥感类、通信类、空间科学类、技术验证类等等；按轨道分类可分为地球静止轨道（GEO）卫星和非静止轨道卫星（中、低轨、椭圆轨道卫星等）。

2.通信卫星分类市场

目前在轨运行的卫星中，通信类卫星数量最多且应用最为广泛，其通信应用包括卫星电视直播、卫星固定通信、卫星广播、卫星宽带、卫星移动通信等。

在国际民用市场方面，根据SIA前瞻产业研究院统计，2021年底，卫星电视直播、卫星固定通信和卫星广播是占据通信卫星应用的前三大市场，分别占据77%、13%和6%的市场份额。其中，卫星移动通信占比较小，只有约2%的市场份额。

在国内民用市场方面，根据《2023—2029年中国卫星通信设备行业市场调查研究及投资潜力预测报告》，2022年卫星通信市场规模为783.8亿元，卫星电视广播等大众消费类业务市场规模为634.5亿元，占整体市场81%；卫星固定通信服务市场规模为116.5亿元，占整体市场的15%；卫星移动通信市场规模为32.8亿元，只占整体市场的4%。

通过比较国际和国内民用市场数据可以看出，细分市场比例大致相当，其中卫星移动通信市场规模有限，仅占整体市场的2%—4%。

3.通信卫星的“传统”和“新浪潮”

近年来，互联网卫星掀起全球卫星通信“新浪潮”，成为向无地面网络支撑的陆地用户、民航客机等空中用户以及远洋船舶等海上用户提供互联网接入的有效途径，同时也是通信卫星新的发展方向。互联网卫星就是高通量卫星[1]（HTS，High Throughput Satellite），其概念由美国北方天空研究所（NSR）率先提出，并将其定义为“采用多点波束和频率复用技术、在同样频谱资源的条件下，整星通信容量是传统通信卫星数倍的卫星”[2]。HTS采用多波束天线，向地球发射多个波束，相邻波束频率不同，不相邻波束频率相同，能够实现形成频率复用，进而大幅提高卫星的通信容量，其原理与蜂窝电话类似。根据轨道的不同，HTS分为地球静止轨道高通量卫星（GEO HTS）和中轨（MEO）、低轨（LEO）甚至超低轨（VLEO）等非静止轨道高通量卫星（NGSO HTS[3] 或称NON GEO HTS）。而“传统”通信卫星[4]采用单馈源天线，形成覆盖范围广的单波束，不能实现频率复用，其转发器的带宽限定了通信容量，见图1。目前，卫星电视直播应用、卫星广播、卫星固定通信和卫星移动通信等均采用传统通信卫星。

（二）国内卫星移动通信产业现状

现阶段，国内卫星移动通信产业具有以下特点：

第一，行业涉及通信卫星的制造和发射、地面设备制造和卫星移动通信相关增值服务。地面设备制造包括：

①天线、调制解调器、功放等卫星移动通信相关终端设备的研发和生产；

②动中通[5]、静中通、便携站等卫星移动通信终端系统的集成；

③地面卫星网络集成及网络管理。

第二，使用的中继卫星为传统GEO通信卫星，卫星通信总容量在1Gbps左右，单链路通信容量小于4Mbps；

第三，主要应用模式为专网通信，应用场景包括各种突发事件下的应急通信[6]、公共通信网络偏远地区补盲、机要通信、军事指挥通信等；

第四，主要应用客户为军队以及公安、应急、消防电信运营商等具有部委—省—市（县）或集团—各地分公司管理结构以及具有专网通信需求的政府部门和大型国企。

二、行业发展趋势

在2008年汶川地震中，卫星移动通信在抢险救灾的应急通信中起到了不可替代的作用，中国卫星移动通信自此进入发展高潮期，在此后的数年内，公安、消防、人防及电信运营商等多个部门各自建设了庞大的、覆盖全国的专用网络，在安全保卫、反恐处突、应急救援、电信补盲等各个方面起到了重大作用。

（一） 地面设备发展趋势

1.关键技术自主化

由于相关关键技术当时还落后于国际水平，在2008年后国内建设的专网中，动中通天线、调制解调器、卫星功放等终端设备大量采用了Comtech、iDirect等进口品牌的产品。2010年，国家发改委将“卫星及卫星应用产业”纳入“战略新兴产业”的部署，使得卫星移动通信地面设备相关关键技术的攻关进入了快车道，并在各个方面取得重大突破。

在动中通天线卫星跟踪技术方面，完成了从基于卫星信号处理技术向基于惯性导航技术的发展历程，载体应用也从车载发展到船载和机载；

在天线方面，由抛物面天线向相控阵天线发展，近几年已经出现拥有完全自主知识产权且具有国际先进水平的相控阵天线产品；

在调制解调技术方面，中国电科和航天科技等多个研究机构和多个民企公司均取得关键技术突破，并形成拥有自主知识产权的产品；

在功放、LNB相关微波器件方面，多个研究机构和企业的产品已经达到国际先进水平。

随着以上关键技术的突破，国内各个厂家之间的全面技术竞争也越发激烈，原先的国外品牌也逐步退出中国市场。

2.全面国产化替代的市场需求

近几年，诸多关键技术的突破为行业实现全面国产化替代提供了技术支撑。随着中美经济脱钩的加剧，“十四五”期间，行业民用市场国产化替代的趋势不可逆转。

（二）卫星的发展趋势

高通量卫星（HTS）的出现大幅改善了传统通信卫星在通信容量、带宽以及成本方面的劣势，“再次点燃了人类对于宽带卫星的热情和希望[7]”。

1.国外HTS现状和发展趋势

在GEO-HTS方面，2005年IPSTAR-1——全球第一颗GEO-HTS发射成功，通信容量45Gbps，通信速率4Mbps。此后，ViaSat、Hughes等全球26个卫星运营商陆续运营了数十颗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，速率达到50Mbps。2023年5月1日，发射的ViaSat-3 通信容量达到1Tbps，通信速率达到100Mbps。

在NGSO HTS方面，Starlink星座成为全球热点，星座包括约1.2万颗卫星，分为低轨（LEO）和超低轨（VLEO）两类。LEO卫星工作于Ku和Ka 频段，247个接收、275 个发射信道，信道带宽50MHz；VLEO卫星工作于V频段，140个接收、240个发射信道，服务信道带宽1000MHz，测控信道带宽10MHz。截至2023年3月18日，Starlink卫星总计升空4105颗，在轨3803颗，互联网接入用户超过100万。除了Starlink星座之外，国际上还有O3b、OneWed等近十种NGSO HTS星座正在部署或计划部署中。

由于国外土地私有化严重，地面光缆的铺设和通信基站的选址受到不小的阻碍，没有地面网络覆盖的陆地区域较多，其中部分区域通过传统GEO通信卫星来实现骨干网通信和互联网接入，但是其通信容量、速率和成本与光纤网络相差甚远，而HTS的出现正好有效弥补了这些差距。因此，国外HTS的应用具有巨大陆地应用市场，其海上船舶和空中客机的应用需求也十分可观。

2.国内HTS现状和发展趋势

在GEO HTS方面，我国已经发射亚太6D、中星16、19和26号四颗GEO HTS，后续还将发射中星27号等GEO HTS，计划总通信容量将超过400Gbps。2020年7月，中星16号实现了在民航客机上150Mbps速率的互联网接入应用，为乘客提供了4G效果的空中上网体验。自首飞以来，累计服务航班1784架次，为近2万名旅客提供了上网服务。

在NGSO HTS方面，2021年4月，我国成立中国卫星网络集团有限公司，向ITU提交了GW-A59和GW-2两个低轨星座的频谱申请，卫星总数为12992颗。

与国外相比，国内地面网络已经相当发达。根据《工业和信息化部2022年通信业经济运行情况》等报告表明，截至2022年底“中国光缆线路总长度达到5958万公里（世界第一），光纤入户端口达到10.71亿个；行政村、脱贫村通宽带率达100%，行政村通光纤、通4G比例均超过99%。”介于如此发达的地面网络，留给国内HTS的陆地互联网接入市场十分有限，而海上和空中市场还将面临激烈的国际竞争。因此，国内HTS互联网接入应用的市场前景并不是十分明朗。

3.HTS商业运营模式

卫星的商业运营模式分开放模式和封闭模式两种。

在开放模式下，卫星运营商只出售或出租卫星转发器带宽，客户配置终端设备、集成终端系统、建设独立的卫星通信网络（HTS应用客户需配置自己的信关站）；在封闭模式下，卫星运营商或其分销商运营卫星、建设信关站，并向用户出售统一通信体制和协议的终端设备及服务。

国内已建的卫星通信网络采用传统GEO卫星通信，因此无需关站，全部设为开放运营模式。在这种情况下，各个用户可以采用不同体制和协议的终端设备，最终形成了目前国内卫星地面设备制造业“百家齐鸣”的景象。而HTS采用了多点波束和频率复用技术，必须通过信关站才能进行通信，以上两种模式均可采用。

国外的封闭运营HTS网络大多采用非对称设计（接收带宽大于上传带宽），适用于互联网接入，如ViaSat公司的ViaSat 1～3号卫星、SpaceX的Starlink星座等；开放运营的HTS网络多采用和传统卫星一样的对称设计（上下行带宽一致），适用于卫星移动通信，如Intelsat公司的Epic卫星、SES公司的SES12～15号卫星等。也就是说，采取何种商业运营模式取决于HTS的最终目标市场。国内的卫星运营商已经在中星16和中星26应用中试行封闭运营模式，由运营单位统一部署地面业务系统和应用平台。但是，笔者认为国内卫星运营商并不具备相关终端设备的研发和生产能力，还需要国内诸多设备厂家提供支持；在封闭运营模式下，设备厂家的利润率低，参与意愿低，不利于HTS卫星应用的市场推广，也不利于市场竞争和技术发展。而开放运营模式适用于卫星移动通信，国内各个厂家的参与意愿高，更利于HTS卫星应用市场的推广和技术进步。

三、结束语

国内的卫星移动通信行业正走向快速发展的道路，卫星通信相关设备和器件全国产化趋势日趋明显。虽然目前高通量卫星（包括GEO-HTS和NGSO HTS）的市场需求和运营模式还不十分明朗，但是高通量通信卫星在未来逐渐替代传统通信卫星的趋势无法逆转，将大幅改变卫星移动通信行业的产业格局。因此，国内卫星移动通信行业相关厂家和研究机构将面临较大的机遇和挑战。

作者单位：徐毅 南京理工大学研究生院自动化学院

侯光辉 苗晓峰 王思月 北京航天控制仪器研究所

参考文献

[1]罗绍琴，张伟.高通量通信卫星技术发展及其典型产业应用研究[J].数据，2021，323（07）：56-60.

[2]刘悦.国外高通量卫星系统与技术发展[J].国际太空，2017，467（11）：42-47.

[3]韩慧鹏.国外高通量卫星发展概述[J].卫星与网络，2018，185（08）：34-38.

[4]叶惠.IPSTAR挑战传统卫星通信[J].通讯世界，2004（06）：26.

[5]赵书伦，杨春香，徐毅.湖南广电高清动中通卫星车系统[J].导航与控制，2013，12（01）：30-34，58.

[6]杨春香，赵书伦，杨帆.现代应急卫星通信系统应用综述[J].导航与控制，2011，10（02）：75-78.

[7]庞立新，谢平.把握战略性新兴产业机遇  推动我国卫星及卫星应用产业发展[J].军民两用技术与产品，2010，268（09）：3-5.