2018年中國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)：低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)將帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈，有望打開(kāi)新的應(yīng)用市場(chǎng)[圖]

    衛(wèi)星通信系統(tǒng)是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或發(fā)射無(wú)線電波，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地球站之間或地球站與航天器之間通信的一種通信系統(tǒng)。衛(wèi)星通信的概念最早 由阿瑟〃 克拉克在 1945 年提出，1965 年美國(guó)“晨鳥(niǎo)”通信衛(wèi)星成功發(fā)射，衛(wèi)星通 信技術(shù)正式進(jìn)入實(shí)用階段。早期的衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、廣播業(yè)務(wù)、電 話業(yè)務(wù)等基本通信需求，在航海通信、應(yīng)急通信、軍事通信、偏遠(yuǎn)地區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋等 應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮不可替代的作用。隨著以高頻段（Ku、Ka 等）、大容量、高通量為特 點(diǎn)的寬帶通信技術(shù)的成熟，通過(guò)通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入已經(jīng)成為可能。

    衛(wèi)星在空間中通常繞地球做無(wú)動(dòng)力飛行，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)所在的平面稱(chēng)為軌道面，運(yùn)動(dòng)的軌跡稱(chēng)為軌道。根據(jù)衛(wèi)星軌道形狀、傾角、周期、高度等不同特征，衛(wèi)星軌道可以有不同的分類(lèi)。對(duì)于衛(wèi)星通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通常是根據(jù)衛(wèi)星軌道高度進(jìn)行分類(lèi)，具體 可分為靜止軌道（GEO，Geostationary Earth Oribt）、中軌（MEO，Medium Earth Orbit）和低軌（LEO，Low Earth Orbit）三種。

衛(wèi)星軌道高度分類(lèi)

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常見(jiàn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)軌道分布

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衛(wèi)星通信系統(tǒng)

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衛(wèi)星通信系統(tǒng)的系統(tǒng)組成

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    一、低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

    衛(wèi)星工作軌道高度和系統(tǒng)復(fù)雜程度的不同，從而帶來(lái)單星技術(shù)、規(guī)模、成本上的差異，最終影響系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)成本以及系統(tǒng)可靠性。低軌衛(wèi)星通信星座的技術(shù)特點(diǎn)， 也將影響系統(tǒng)的通信質(zhì)量，對(duì)地面終端設(shè)備也提出了不同的技術(shù)和性能要求。此外， 低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以采用蜂窩通信、點(diǎn)波束、多址、頻率復(fù)用等技術(shù)，且通信具 有全球覆蓋、低延時(shí)等方面的優(yōu)點(diǎn)，可以支持在線游戲、視頻通話等實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，在與地面通信骨干網(wǎng)融合后可能將催生出新的應(yīng)用場(chǎng)景。

低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)與高軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間的區(qū)別

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低軌系統(tǒng)和高軌系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)的比較

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    衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設(shè)成本包括衛(wèi)星研制成本、火箭和發(fā)射費(fèi)用、地面站建設(shè)成本和用 戶終端價(jià)格等主要部分。

低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)與傳統(tǒng)高軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)成本

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    對(duì)于低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)而言，空間段和地面站建設(shè)可以在現(xiàn)有的技術(shù)框架內(nèi)找到成本控制方案；考慮廣闊的應(yīng)用前景，運(yùn)營(yíng)商也可以接受稍高的一次性資本開(kāi)支。而用戶終端的成本是決定衛(wèi)星系統(tǒng)能否取得商業(yè)成功的關(guān)鍵，目前高軌通信衛(wèi)星的固定終端價(jià)格約為 3000 美元，便攜式終端價(jià)格約為 28000 美元。低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng) 地面終端的天線需對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行跟蹤，并保證在衛(wèi)星切換時(shí)信號(hào)不中斷，增加了終端天線的技術(shù)難度，用戶很難接受數(shù)萬(wàn)甚至數(shù)十萬(wàn)美元的終端產(chǎn)品，這對(duì)低成本雙拋物面天線或相控陣天線技術(shù)提出了更高的要求。

    二、衛(wèi)星通信市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

    目前全球共有 627 顆通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行，其中美國(guó)衛(wèi)星數(shù)量最多，中國(guó)在軌通信衛(wèi) 星數(shù)量全球第 5。據(jù)美國(guó)憂思科學(xué)家聯(lián)盟（UCS）全球在軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)顯示，全 球共有 769 顆遙感衛(wèi)星在軌運(yùn)行，包括各類(lèi)軍用通信衛(wèi)星以及政府部門(mén)和企業(yè)所有 的民用通信衛(wèi)星。在軌運(yùn)行的 627 顆遙感衛(wèi)星由全球 36 個(gè)國(guó)家和地區(qū)所有，美國(guó)、 俄羅斯、法國(guó)、英國(guó)、中國(guó)、日本 6 個(gè)國(guó)家通信衛(wèi)星數(shù)量超過(guò) 20 顆，其中美國(guó)是 全球擁有通信衛(wèi)星數(shù)量最多的國(guó)家，目前共有 274 顆遙感衛(wèi)星在軌運(yùn)行，中國(guó)共有 35 顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行。

全球主要國(guó)家在軌通信衛(wèi)星數(shù)量

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    高通量、小型化、星座化是未來(lái)通信衛(wèi)星發(fā)展的主要趨勢(shì)，全球衛(wèi)星通信運(yùn)營(yíng)商采購(gòu)的 GEO 通信衛(wèi)星的數(shù)量正逐漸減少。在 2008-2018 年間，GEO 衛(wèi)星采購(gòu)量的最高峰為 2009 年的 30 顆，最后采購(gòu)數(shù)量逐漸減少，2018 年運(yùn)營(yíng)商采購(gòu)的數(shù)量 僅為 7 顆。伴隨著第二代“銥星系統(tǒng)”的組網(wǎng)建設(shè)，以及 OneWeb、O3b、SpaceX 等 公司的低軌通信星座開(kāi)始試驗(yàn)或發(fā)射組網(wǎng)，LEO 通信衛(wèi)星的發(fā)射量則顯著上升。未來(lái)低軌衛(wèi)星通信星座的大規(guī)模組網(wǎng)，上游通信衛(wèi)星制造市場(chǎng)衛(wèi)星數(shù)量上的差異將會(huì)表現(xiàn)的更加明顯。

2008-2018 年間通信衛(wèi)星采購(gòu)

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2008-2018 年間通信衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量

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    2018 年間全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為 2774 億美元，較上年同期增加 3.28%。從近 5 年的數(shù)據(jù)看，若不考慮統(tǒng)計(jì)口徑的變化，全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模 保持在 3%左右緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)。從市場(chǎng)的構(gòu)成情況看，衛(wèi)星服務(wù)業(yè)和地面設(shè)備是衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)中最大的兩塊細(xì)分市場(chǎng)，二者規(guī)模占比均在 45%左右，2018 年的市場(chǎng)規(guī)模均超過(guò) 1250 億美元。

    衛(wèi)星制造和衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)是其中發(fā)展速度最快的細(xì)分市場(chǎng)，增速分別達(dá)到 25.81%和 34.78%。

全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模的變化

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2018 年衛(wèi)星服務(wù)業(yè)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)占比

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    衛(wèi)星電視直播、無(wú)線電廣播、衛(wèi)星寬帶等衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)是衛(wèi)星服務(wù)業(yè) 收入的最主要來(lái)源，占到全年收入的 98%以上。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在地面設(shè)備中的占比僅為 11%左右，但自 2015 年以來(lái)進(jìn)入了加速增長(zhǎng)的階段，其中 2018 年收入較上一年增 長(zhǎng) 16.90%，收入的增速也比上年同期高出了 2.3 個(gè)百分點(diǎn)。地面網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及衛(wèi)星 制造、發(fā)射服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模的變化表明，全球通信衛(wèi)星行業(yè)正在進(jìn)行大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè) 施建設(shè)，并且空間段的建設(shè)要略領(lǐng)先于地面段。

2014-2018全球衛(wèi)星服務(wù)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模級(jí)增速

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2014-2018年全球地面衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模增速

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    三、國(guó)內(nèi)中外低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

    以美國(guó)、加拿大為代表的西方科技強(qiáng)國(guó)意識(shí)到近地軌道和頻譜資源的戰(zhàn)略?xún)r(jià)值，以及低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的巨大商業(yè)價(jià)值，近年來(lái)積極支持私營(yíng)商業(yè)航天企業(yè)在近地軌 道開(kāi)展商業(yè)活動(dòng)：2018 年美國(guó)副總統(tǒng)邁克彭斯先后表示，“美國(guó) 2019 財(cái)年預(yù)算將支 持私營(yíng)航天企業(yè)增加在近地軌道上的活動(dòng)，美國(guó)政府將作為私營(yíng)企業(yè)的合作伙伴或 消費(fèi)者，而非競(jìng)爭(zhēng)者”，“美國(guó)政府將改革過(guò)時(shí)和瑣碎的法規(guī)，以鼓勵(lì)開(kāi)創(chuàng)性的太空 ，在近地軌道上開(kāi)展業(yè)務(wù)”。加拿大政府在 2018 年財(cái)政預(yù)算中為戰(zhàn)略創(chuàng)新基金提 1 億美元，以支持近地軌道（LEO）衛(wèi)星項(xiàng)目。加拿大衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商 Telesat 還將 獲得安大略省 2000 萬(wàn)美元的投資，力爭(zhēng)成為首批面世的 LEO 互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商。中低軌通信星座的巨大商業(yè)價(jià)值也吸引了科技企業(yè)和資本市場(chǎng)的關(guān)注。

    2018 年美國(guó)北方天空研究所 (NSR)對(duì)全球?qū)拵ㄐ判亲M(jìn)行了首次盤(pán)點(diǎn)，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究 所劉全對(duì) NSR 的研究結(jié)果進(jìn)行了補(bǔ)充和更新，繪制了全球主要的中低軌寬帶通信星 座的空間分布示意圖。截止 2020 年 1 月 17 日，全球中軌、低軌衛(wèi)星通信星座數(shù)量 共計(jì)達(dá)到 37 個(gè)，共涉及至少 12 個(gè)國(guó)家 30 家企業(yè)，計(jì)劃發(fā)射衛(wèi)星總數(shù)已超過(guò) 34235 顆。

    四、國(guó)內(nèi)主要中低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)

    智研咨詢(xún)發(fā)布的《2020-2026年中國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局分析及投資潛力研究報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示：在空間基礎(chǔ)設(shè)施、天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)等重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)，以及國(guó)內(nèi)商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展等因素的共同推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)正處于快速發(fā)展階段。目前由各類(lèi)企業(yè)、高校提出的星座建設(shè)計(jì)劃超過(guò) 10 個(gè)，“虹云”星座、“鴻雁”星座成功 完成試驗(yàn)星的空中試驗(yàn)，電科集團(tuán)“天象”試驗(yàn) 1 星、2 星在 2019 年完成發(fā)射。在民營(yíng)企業(yè)主導(dǎo)的組網(wǎng)計(jì)劃中，“天啟”星座已完成 5 顆組網(wǎng)星發(fā)射，其天啟衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)正式上線，銀河航天低軌寬帶通信衛(wèi)星星座首發(fā)星于 2020 年 1 月 16 日成功發(fā)射。

低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)鏈主要參與者

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    五、軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策

    政策的松綁促進(jìn)了國(guó)內(nèi)航天產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化發(fā)展，為衛(wèi)星通信行業(yè)的發(fā)展注入了新的 力量。2016 年 12 月，中國(guó)國(guó)務(wù)院新聞辦發(fā)布的《2016 中國(guó)的航天》白皮書(shū)中，進(jìn) 一步提出“鼓勵(lì)引導(dǎo)民間資本和社會(huì)力量有序參與航天科研生產(chǎn)、空間基礎(chǔ)設(shè)施建 設(shè)、空間信息產(chǎn)品服務(wù)、衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)等航天活動(dòng)，大力發(fā)展商業(yè)航天”。目前在火箭 和衛(wèi)星配套及總體制造，測(cè)控、導(dǎo)航和遙感應(yīng)用等環(huán)節(jié)涌現(xiàn)出了大量的民營(yíng)企業(yè)， 截至 2018 年年底，國(guó)內(nèi)已注冊(cè)的商業(yè)航天領(lǐng)域公司有 141 家，其中民營(yíng)航天企業(yè) 123 家，成為參與航天活動(dòng)的新勢(shì)力。

    小衛(wèi)星研制與發(fā)射、網(wǎng)絡(luò)融合、終端天線等方面技術(shù)的進(jìn)步，使實(shí)現(xiàn)低軌衛(wèi)星通信 系統(tǒng)建設(shè)和商業(yè)化應(yīng)用的成為了可能。通過(guò)引入 3D 打印、模塊化設(shè)計(jì)、COTS 元件、 智能裝配等先進(jìn)技術(shù)，降低了衛(wèi)星的研制成本，并可以通過(guò)流水線組裝的方式批量 生產(chǎn)小衛(wèi)星，一箭多星、火箭回收等技術(shù)的應(yīng)用大幅降低了衛(wèi)星發(fā)射的成本。在天 基互聯(lián)網(wǎng)和地面 5G 網(wǎng)融合方面，ITU、3GPP、SaT5G、CBA 等標(biāo)準(zhǔn)化組織牽頭研究天 地網(wǎng)絡(luò)融合問(wèn)題，為低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的商業(yè)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。此外電調(diào)平板天線 等天線技術(shù)逐步成熟，也將大幅降低地面用戶終端的成本。