● 文 |中國航天工業(yè)科學技術咨詢有限公司 郭林

商業(yè)通信衛(wèi)星業(yè)務作為衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的重要收入來源，當前市場表現(xiàn)不盡人意，價格競爭日趨激烈，2017年全球商業(yè)通信衛(wèi)星市場呈現(xiàn)持續(xù)低迷的趨勢，根據(jù)統(tǒng)計，全年商業(yè)通信衛(wèi)星新簽訂單數(shù)量僅為11單，通信衛(wèi)星采購的“長時間放緩”甚至造成了勞拉空間系統(tǒng)公司開始裁員，國際運營商紛紛做出調(diào)整，探索新型商業(yè)路徑。與此同時，當前通信市場呈現(xiàn)出了明顯的變化趨勢，全球新簽約商業(yè)通信衛(wèi)星合同絕大多數(shù)為高通量衛(wèi)星（HTS）專有衛(wèi)星或帶有HTS載荷，高通量衛(wèi)星時代已悄然來臨。

一、高通量衛(wèi)星概況

HTS是指高吞吐量的通信衛(wèi)星，美國北方天空研究所（NSR）將HTS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，整星通量是傳統(tǒng)固定通信衛(wèi)星數(shù)倍的衛(wèi)星”。單顆HTS的容量可達幾十吉比特每秒到幾百吉比特每秒，主要特征包括多點波束、頻率復用、高波束增益等，使衛(wèi)星具備了更大的通信容量，同時降低了單位帶寬的成本。理論上，HTS可以基于任何的頻率，但當前多采用Ka頻率。相較于C以及Ku頻率，Ka-HTS頻率資源充足，抗干擾能力更強，擁有更強的天線增益，地面終端天線尺寸更小,但單點波束覆蓋區(qū)域小，并且頻率越高穿透性能越差，雨衰較大, C頻段最大雨衰信號功率衰減一般不會超過1.5倍，而Ku頻段則會超過100倍以上，Ka頻段雨衰比Ku更大，對器件和工藝的要求更高。

在應用領域方面，HTS主要可以為個人用戶和小型企業(yè)提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務；為飛機、高鐵、船舶等客戶提供良好的移動網(wǎng)絡服務； 可為沒有地面通信網(wǎng)絡覆蓋的偏遠地區(qū)、海島、沙漠、山區(qū)等提供高速通信服務；為能源、銀行、安全等領域的企業(yè)提供專網(wǎng)；提供3G/4G回程服務；應用于遠程教育、遠程醫(yī)療等政府公益事業(yè)；快速傳輸高清、超高清視頻；支持應急通信。

二、衛(wèi)星通信市場發(fā)展

2016年，全球衛(wèi)星通信服務市場的總規(guī)模為109億美元，其中傳統(tǒng)衛(wèi)星服務市場占到96億美元，高通量衛(wèi)星市場為13億美元。根據(jù)歐洲咨詢報告預測，至2026年，通信衛(wèi)星服務業(yè)每年的全球市場將達到153億美元，其中傳統(tǒng)衛(wèi)星服務市場下降到73億美元，高通量衛(wèi)星市場為80億美元，全球需要的通信頻寬達1390GHz。

在未來的衛(wèi)星通信發(fā)展中，傳統(tǒng)載荷的供應將趨于平穩(wěn)，發(fā)展緩慢，而HTS將出現(xiàn)大幅的上升。但即使隨著高通量衛(wèi)星的供給能力大幅增長，以2019年的水平而言，依然無法滿足未來快速增長的衛(wèi)星通信市場需求，該市場依然擁有廣闊的市場空間。在HTS載荷頻率方面，至2021年，Ka頻段將占到65%，Ku頻段為30%，而C頻段僅為5%。

衛(wèi)星通信行業(yè)的收入增長主要來自四個方面的驅(qū)動：一是廣播電視對于衛(wèi)星帶寬需求的不斷增加；二是政府、企業(yè)、個人用戶對互聯(lián)網(wǎng)接入的需求日益擴大；三是移動通信業(yè)務（飛機、船舶等）對衛(wèi)星通信需求的不斷增長；四是新興市場（例如拉丁美洲、中東北非、亞洲地區(qū)）業(yè)務的迅猛發(fā)展。

三、高通量衛(wèi)星應用重點問題思考

1.機載通信高通量衛(wèi)星應用探索

機載通信主要是指飛機通過衛(wèi)星或地面基站的方式，接入互聯(lián)網(wǎng)或與地面人員進行語音等通信行為。當前國際衛(wèi)星通信市場上，許多研究機構和運營商都認為機載通信是高通量衛(wèi)星應用未來的重要方向。近年來，航空客艙通信娛樂（IFEC）寬帶業(yè)務需求顯著增長，使用機載通信解決“信息孤島”的強烈愿望，為衛(wèi)星應用提供了重要的市場機遇。

當前國際上已經(jīng)有通信衛(wèi)星運營商依托HTS優(yōu)勢進軍機載通信市場。InmarSat Gx作為第一個覆蓋全球的Ka-HTS網(wǎng)絡，目前4顆HTS在軌，已簽約十余家航空公司，超過1000架飛機，為乘客提供全球無縫的IFEC服務，單機下行速率可達50Mbit/s。ViaSat公司HTS通信服務對象主要是美國的JetBlue Airways 和United Continental 兩家公司，下載速度可達12Mbit/s，上傳速度1Mbit/s；松下電子公司通過Eutelsat公司HTS 載荷為跨太平洋及亞洲的商業(yè)航班提供空中寬帶及實時電視服務，可以為用戶提供免費的客艙WiFi 服務。

（1）機載通信面臨的問題與挑戰(zhàn)

現(xiàn)階段，業(yè)內(nèi)有部分運營商和專家認為現(xiàn)在還不能把航空市場定位為未來最大的市場，其中最重要的原因集中于三個方面：

一是地空寬帶通信技術（ATG）的挑戰(zhàn)。由于民航飛機的航線是固定的，飛行高度不高，可以采用ATG解決機載通信問題。當前采用的大多是ATG（3G）技術，其下行帶寬可達3.6Mbit/s，上行帶寬也可達1.8Mbit/s；而傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信通常提供的是窄帶服務，通信帶寬僅有864kbit/s，ATG的上網(wǎng)體驗和效率比衛(wèi)星通信高得多,美國9家航空公司的班機已利用ATG通信方式實現(xiàn)了空中互聯(lián)網(wǎng)接入。

二是頻率的干擾。HTS的一個重要特點便是點波束，在頻率利用效率方面，點波束應用使效率得到提升，但是相同頻率的鄰近點波束會產(chǎn)生相互干擾，從而降低效率。雖然通過加大相同頻率點波束的間距可以提高效率，但是會降低頻率復用和衛(wèi)星的通量。一顆高通量衛(wèi)星服務上千架飛機，產(chǎn)生的干擾必然影響服務網(wǎng)絡的穩(wěn)定性。

三是能力的不足。在當前階段高通量衛(wèi)星仍然難以滿足機載應用的需求，即使是100G容量的ViaSat-1衛(wèi)星，也遠遠無法滿足機載市場的需求。如果HTS要實現(xiàn)良性的發(fā)展，首先一定要認準市場，把市場定位放在首位。

（2）機載通信市場相關思考

衛(wèi)星通信的起源是作為地面通信的延伸及補充，在當前及未來較長一段時間內(nèi)，衛(wèi)星通信仍無法與地面通信競爭，而是著眼于地面通信無法服務的領域，那么機載衛(wèi)星通信和海洋通信自然成為衛(wèi)星通信應用的典型領域。雖然HTS在機載通信市場的應用會遭遇一定的問題和困難，但機載通信仍應是HTS應用的重要領域和市場。

面對ATG，HTS機載通信尤其是國際航線方面有相當?shù)氖袌龈偁幜??；贏TG的地空寬帶通信初期建設較為復雜，需要沿飛行航線架設部署地面基站，并且所需基站數(shù)量較多。另外ATG基站無法跨國部署，此種通信方式很難適用于國際航線服務，只是較適合于國土陸地面積較大的國家。并且ATG的機載互聯(lián)網(wǎng)接入運營效果并不理想，現(xiàn)在國際上基本只有GoGo公司還具備一定的ATG規(guī)模，但也表現(xiàn)出放棄的意愿，主要因素是網(wǎng)速較慢，服務效率并沒有很高，而且很難滿足國際航線需求。不僅如此，ATG的頻率協(xié)調(diào)也是重大難題，想要使用優(yōu)質(zhì)的運營頻率，在政策和技術方面都會遇到較大限制。

相反，HTS在該領域卻有著獨特的優(yōu)勢。首先由于飛機的飛行高度避開了陰雨云層，衛(wèi)星通信從而避免了雨衰的影響，為Ka提供了良好的應用空間。Ka頻段的頻率資源豐富，促使轉(zhuǎn)發(fā)器的租金可以大幅度下降，并且終端便于安裝，從而可有效地降低接收成本。Ka頻段的問題在于雨衰較大，但是結(jié)合機載通信的環(huán)境特性，可以更好地訂制終端，進一步降低成本，當前用于機載通信的“貼片天線”已成為未來通信發(fā)展的一大重要趨勢。

如果只飛本土航線，航空公司經(jīng)營范圍和收入將大大縮小，相反，海外航線的利潤則相對較高。HTS機載通信可以輕松延伸至海外，從國際大型通信公司的運營情況來看，近年來通信衛(wèi)星增長最快、最突出的就是機載通信的應用，通過分析市場需求和現(xiàn)有各大運營商客戶情況，機載衛(wèi)星通信的發(fā)展已經(jīng)成為重要趨勢。ViaSat公司在美國航空互聯(lián)網(wǎng)迅速崛起，以數(shù)倍于傳統(tǒng)Ku衛(wèi)星和ATG(3G)速率提供服務。HTS產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的公司都應該為該領域的新產(chǎn)品、新平臺提供更多服務。

當前機載通信業(yè)務的國內(nèi)發(fā)展受到三個方面的限制，一是手機的機載互聯(lián)網(wǎng)接入沒有完全放開；二是利用現(xiàn)有的信道資費較高，改造一架接入衛(wèi)星通信網(wǎng)絡的飛機需要三到四百萬元人民幣；三是乘客的使用帶寬受限，客戶體驗較差。我國的高通量衛(wèi)星，包括中星16號，如果能夠大規(guī)模地降低資費，增加帶寬，將具有相當?shù)氖袌銮熬?，展現(xiàn)巨大的市場潛力。

2.在5G時代高通量衛(wèi)星應用探索

目前4G在我國已經(jīng)非常普及，5G時代也即將到來。近期工信部已經(jīng)把用于衛(wèi)星通信的頻率分配給了5G，衛(wèi)星通信已經(jīng)感受到了5G的沖擊，5G時代對高通量衛(wèi)星通信而言既有挑戰(zhàn)，也伴隨著機遇，需要找準定位，及時識別出新時代的商業(yè)機會。

（1）5G時代遇到的問題與挑戰(zhàn)

當前，高通量衛(wèi)星在5G時代遭遇的問題與挑戰(zhàn)集中在如下兩個方面：

一是專有頻率被地面運營商使用。由于人們對通信速率的要求越來越高，地面通信運營商積極通過多種途徑滿足客戶高速率通信的需求，24GHz以上頻譜逐漸被地面運營商使用，工信部已經(jīng)把用于衛(wèi)星通信的頻率分配給了5G。24GHz以上的Ka頻段原本專為衛(wèi)星通信使用，然而隨著毫米波通信技術和多天線技術的發(fā)展，地面通信已經(jīng)開始使用毫米波的頻段。

二是終端資費難以下降且更新緩慢。由于用戶數(shù)量少，無法以批量終端的生產(chǎn)彌補技術成本的投入，衛(wèi)星的運營建設成本和終端成本均遠高于地面通信，同時終端更新?lián)Q代和技術普及的周期也遠長于地面通信。Intelsat的高通量衛(wèi)星星座之所以采用了大量的Ku波束，原因就是傳統(tǒng)的大部分用戶采用的終端為Ku頻段，如果全部換成Ka的終端，短期內(nèi)可能面臨喪失用戶的風險。而且當前階段Ka與Ku的終端價格相當，由于需求量還相對較少，成本未能大幅下降，暫不具備明顯優(yōu)勢。

（2）5G時代HTS的相關思考

無論4G還是5G的發(fā)展，都是源于應用不斷發(fā)展的需求。衛(wèi)星從最早作為地面網(wǎng)絡的補充到現(xiàn)在的高通量衛(wèi)星，實際上也是適應市場變化的需求。5G不僅僅是4G升級換代的一個階段，而是一個全新的通信體系架構。原來的通信解決的是人與人的通信問題，從1G到4G實質(zhì)上是流量的快速增加，能夠在上面附著很多應用。但是5G從設想和概念上，并不是4G一個簡單的自然升級換代，而是一個全新的架構，是為了滿足不同的需要制定的原有各種通信的組合。它需要解決的是人與人，人與機器，機器與機器的互聯(lián)問題。所以5G時代整個通信的規(guī)模、質(zhì)量、形態(tài)，將會發(fā)生巨大的變化。

衛(wèi)星通信將會在未來的5G，甚至6G、7G時代繼續(xù)發(fā)揮自身的作用，因為未來整個通信架構將是一個更自由的系統(tǒng)，需要解決更大傳輸容量的問題，這就需要整合各類通信模式，通過產(chǎn)業(yè)的整合以提升通信容量和信道通暢。未來的通信衛(wèi)星系統(tǒng)形態(tài)將是一個綜合的衛(wèi)星系統(tǒng)，既有傳統(tǒng)衛(wèi)星也有高通量衛(wèi)星，高低軌道相結(jié)合，來共同解決未來通信體系架構的核心問題。

雖然5G時代地面運營商開始使用衛(wèi)星專有頻率，但頻率的重疊也為衛(wèi)星發(fā)展提供了機遇，HTS衛(wèi)星通信通過點波束的方式集中能量，使得地面波束有更大的增益，這就需要采用相控陣技術。而在5G時代，隨著毫米波的推廣，由于接收天線也是對相控陣天線原理的使用，這使得地面終端接收衛(wèi)星通信成為可能，普通手機終端開始有需求使用多天線技術，天地一體化式的融合進一步促進了衛(wèi)星服務成本的下降。

此外，5G對于衛(wèi)星通信市場發(fā)展有很好的促進作用，因為5G時代將改變大眾的消費觀念。航空以及海洋應用雖然避開了與地面通信的競爭，但其市場規(guī)模太小，未來通信衛(wèi)星真正的市場是隨著終端價格下降，5G時代來臨后的大眾消費市場。衛(wèi)星通信原來的定義是地面通信的延伸和補充，但隨著衛(wèi)星通信技術的發(fā)展，尤其是HTS的高速發(fā)展，衛(wèi)星通信將有望成為一張和地面移動通信并行的通信網(wǎng)。伴隨著技術的革新，在價格發(fā)生變化以后，市場也將會發(fā)生質(zhì)的變化。

5G時代，由于地面通信的覆蓋成本非常高，基站的作用距離非常短,HTS將逐漸開始覆蓋城市的中心區(qū)或者熱點區(qū)域。類似于北京這種規(guī)模的城市，大量的基站建設和覆蓋必將成為一個嚴峻的問題，所以5G時代給衛(wèi)星通信帶來了機遇，可以培養(yǎng)不同的客戶群體，培養(yǎng)新的消費習慣，留給衛(wèi)星通信巨大的發(fā)展空間。

（3）GEO和LEO高通量衛(wèi)星應用探索

高軌高通量衛(wèi)星（GEO-HTS）和低軌高通量衛(wèi)星（LEO-HTS）的特點非常鮮明，根據(jù)兩者的特性差異，能夠為不同的業(yè)務提供幫助，解決不同的需求。低軌衛(wèi)星在低時延方面比高軌衛(wèi)星更具優(yōu)勢，通常LEO-HTS的時延小于50ms，而GEO-HTS的時延則在600ms左右，因此，LEO-HTS對時間需求更為敏感的服務具備更大吸引力，例如語音回程和即時游戲等。然而，當前大部分的衛(wèi)星通信需求對時延的要求并不是非常高，高軌衛(wèi)星的覆蓋范圍廣，服務區(qū)域大，在寬帶接入服務方面更具優(yōu)勢。但二者均能為固定企業(yè)、政府、海事、航空提供優(yōu)質(zhì)的服務。

1）LEO-HTS通信遇到的問題與挑戰(zhàn)。當前階段，由于時延小、部署成本低等諸多因素，LEO-HTS受到各大商業(yè)航天公司的追捧，被認為是最有前途的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。然而，LEO-HTS的發(fā)展同樣面臨著挑戰(zhàn)，主要問題集中于如下兩個方面：

一是商業(yè)模式不清晰。銥星公司（Iridium）、全球星公司（Globalstar）和軌道通信公司（Orbcomm）的一代通信衛(wèi)星系統(tǒng)在商業(yè)上均以失敗告終，現(xiàn)雖已開啟二代通信衛(wèi)星系統(tǒng)的時代，但適宜的商業(yè)模式尚未形成。LEO-HTS的設計本來是為邊遠地區(qū)提供服務，實際上是在搶占現(xiàn)有的企業(yè)用戶，并沒有造成新的應用和市場機遇。以銥星公司為代表的一代通信衛(wèi)星系統(tǒng)由于成本投入過大，但未能拓展市場規(guī)模，在傳統(tǒng)服務領域與高軌衛(wèi)星競爭并不具備明顯優(yōu)勢的情況下，最終走向失敗。

二是政策法律缺失。根據(jù)LEO-HTS星座的自身屬性，構建全球覆蓋的低軌衛(wèi)星星座，相應的政策法律問題需要重視。高軌衛(wèi)星的頻率軌位資源是國家申報，采用地理覆蓋的方式，有很強的國家主權意識。而低軌衛(wèi)星星座是全球化無差別覆蓋，這樣就會帶來各個國家的監(jiān)管問題，各國可能會對電信推廣設立限制條件。例如亞太區(qū)的中國、印度、印尼等國家允許英國、美國電信網(wǎng)絡直接落地，但中國建立的網(wǎng)絡能否在美國和英國落地尚不確定，這是除了技術條件以外，LEO-HTS市場發(fā)展所要面臨的重大問題。

2）LEO-HTS通信市場相關思考。LEOHTS由于軌道高度低，傳輸延時短，路徑損耗小，多個衛(wèi)星組成的星座可以實現(xiàn)真正的全球覆蓋，頻率復用更有效；另一方面蜂窩通信、多址、點波束、頻率復用等技術也為LEO-HTS移動通信服務提供了技術保障。

無論是從信息基礎設施的架構考慮還是從企業(yè)的戰(zhàn)略部署來看，都應積極構建LEO-HTS系統(tǒng)，為未來搶占先機。將來的衛(wèi)星通信系統(tǒng)一定是綜合搭配、高低軌相結(jié)合，提供各種接入手段的體系。據(jù)歐洲咨詢報告統(tǒng)計，由于O3b、OneWeb、SpaceX、LeoSat等 公 司 的 LEO-HTS星座建設，該領域的HTS服務能力將大幅提升，至2026年將會達到6Tbit/s。在商業(yè)模式方面，通過融合互聯(lián)網(wǎng)思維，創(chuàng)新商業(yè)模式，LEO-HTS的發(fā)展道路將愈發(fā)清晰，OneWeb公司的商業(yè)模式引起各界關注及效仿，該市場已步入重要轉(zhuǎn)型期。

針對于LEO-HTS可能遇到的政策法律問題，應該通過政府層面給予充分的保障，加強國際合作，通過在多雙邊平臺積極發(fā)起倡議，建立相關機制，利用低軌衛(wèi)星全球化無差別的本質(zhì)特性，實現(xiàn)各個國家的互聯(lián)互通。我國衛(wèi)星通信領域產(chǎn)業(yè)鏈里所有的環(huán)節(jié)已經(jīng)全部齊備，具備價值鏈整合的條件。應該發(fā)起例如“一帶一路”似的相關倡議，促進各國在該領域的共同發(fā)展，統(tǒng)一標準體系，實現(xiàn)一個完全商業(yè)化的大一統(tǒng)的通信衛(wèi)星服務系統(tǒng)。

四、高通量衛(wèi)星發(fā)展趨勢

航天具有“三高一長”的基本特點，即高投入、高風險、高技術及長周期，高通量衛(wèi)星的建設更是如此?，F(xiàn)階段建造一顆高通量衛(wèi)星需要大量的投入，其成本遠遠高于傳統(tǒng)通信衛(wèi)星，這使得發(fā)展高通量衛(wèi)星的風險隨之大幅增加。但隨著HTS技術的不斷成熟，其將引發(fā)衛(wèi)星通信服務的一次跨越式發(fā)展。

高通量衛(wèi)星的發(fā)展進步改變了傳統(tǒng)衛(wèi)星通信的市場定位，其先進的技術和理念，使得通信業(yè)務在不遠的將來有可能從單純服務大客戶（政府、軍方、企業(yè)）轉(zhuǎn)向服務個人用戶，實現(xiàn)從B2B模式向B2C模式的轉(zhuǎn)換。對通信衛(wèi)星運營商而言，HTS的出現(xiàn)和發(fā)展，促使運營商從單純的管道提供商，有機會發(fā)展為面向終端用戶的服務提供商乃至內(nèi)容提供商。HTS改變了傳統(tǒng)衛(wèi)星的經(jīng)營理念和思路，過去商業(yè)衛(wèi)星通信市場最簡單的商業(yè)模式為租賃轉(zhuǎn)發(fā)器、賣帶寬，而在未來，運營商將極有可能轉(zhuǎn)為賣流量，形式更為豐富，這將影響到運營商的整個戰(zhàn)略布局，從組織架構到收費模式以及服務提供邊界等都將發(fā)生巨大的變化。

HTS未來要實現(xiàn)直接面向終端用戶，可能會顛覆衛(wèi)星通信的傳統(tǒng)定位，不再是地面通信的補充，甚至不是與地面通信并行的網(wǎng)絡，而是在5G框架下，與地面通信的融合，實現(xiàn)終端的融合、網(wǎng)絡接入的融合，進而實現(xiàn)與地面互聯(lián)網(wǎng)接入服務相當?shù)膬r格，打造更優(yōu)的服務系統(tǒng)，實現(xiàn)星地一體的融合系統(tǒng)，構建更強的通信基礎管道。根據(jù)人們消費的習慣，對手機的依賴，衛(wèi)星通信服務真正的大市場是終端價格下降后的大眾市場，伴隨相關建設的開展，HTS在應用領域上也不斷擴展，不再只服務海、空、偏遠地區(qū)等光纖無法架設的地方，而是覆蓋城市熱點、提供快速“小區(qū)”寬帶接入，完成衛(wèi)星通信應用領域的一次轉(zhuǎn)型跨越，將會徹底改變現(xiàn)有運營模式和商業(yè)模式。