2020年中國(guó)低軌衛(wèi)星通信行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展前景分析：低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超千億[圖]

    一、低軌通信衛(wèi)星概述

    （一）衛(wèi)星通信技術(shù)

    衛(wèi)星通信技術(shù)（Satellitecommunicationtechnology）是一種利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電波而進(jìn)行的兩個(gè)或多個(gè)終端之間的通信。自20世紀(jì)90年代以來，電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展推動(dòng)了衛(wèi)星移動(dòng)通信的進(jìn)步。衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍廣、通信容量大、傳輸質(zhì)量好、組網(wǎng)方便迅速、便于實(shí)現(xiàn)全球無縫鏈接等眾多優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是建立全球個(gè)人通信必不可少的一種重要手段。

衛(wèi)星通信特點(diǎn)

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    按照衛(wèi)星軌道高度的不同，通信衛(wèi)星可以分為低軌通信衛(wèi)星（LEO）、中軌通信衛(wèi)星（MEO）和高軌地球同步通信衛(wèi)星（GEO）。LEO衛(wèi)星軌道高度500km-2000km，MEO衛(wèi)星軌道高度2000km-36000km，GEO衛(wèi)星軌道高度為36000km。低軌道帶來的好處是，一方面衛(wèi)星的軌道高度低，使得傳輸延時(shí)短，路徑損耗小，多個(gè)衛(wèi)星組成的星座可以實(shí)現(xiàn)真正的全球覆蓋，頻率復(fù)用更有效；另一方面蜂窩通信、多址、點(diǎn)波束、頻率復(fù)用等技術(shù)也為低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信提供了技術(shù)保障。因此，LEO系統(tǒng)被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的衛(wèi)星移動(dòng)通信技術(shù)之一。

通信衛(wèi)星軌道示意圖

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    目前，國(guó)內(nèi)衛(wèi)星通信主要以C頻段（4-8GHz）和Ku頻段（12-18GHz）為主，少部分衛(wèi)星采用Ka頻段（27-40GHz）。頻率的高低，決定了通信傳輸帶寬的大小，頻率越高，單位時(shí)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量上限也越高。所以高通量衛(wèi)星采用Ka頻段為主。但在發(fā)射功率給定的情況下，頻率越高，傳輸距離則越小。因此，高通量衛(wèi)星運(yùn)行軌道主要以低軌道為主。

    衛(wèi)星通信系統(tǒng)構(gòu)成

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    （二）低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本構(gòu)成

    低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由空間段、用戶段、地面段、公用及專用網(wǎng)絡(luò)四部分等組成。在若干個(gè)軌道平面上布置多顆衛(wèi)星，由通信鏈路將多個(gè)軌道平面上的衛(wèi)星聯(lián)結(jié)起來。整個(gè)星座如同結(jié)構(gòu)上連成一體的大型平臺(tái)，在地球表面形成蜂窩狀服務(wù)小區(qū)，服務(wù)區(qū)內(nèi)用戶至少被一顆衛(wèi)星覆蓋，用戶可以隨時(shí)接入系統(tǒng)。低軌衛(wèi)星通信可以在用戶段直接與單一地面終端連接，也可以通過地面關(guān)口站與地面公共網(wǎng)絡(luò)連接。

低軌衛(wèi)星星座示意圖

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低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成

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    （三）低軌衛(wèi)星通信應(yīng)用時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟

    1、低軌通信衛(wèi)星固有特點(diǎn)決定其更適合現(xiàn)代通信

    地球同步軌道衛(wèi)星在通信、電視轉(zhuǎn)播等方面的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟，它的缺點(diǎn)越來越明顯，如體積大、重量大，需要大型助推火箭，發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，只有一個(gè)軌道面，可容納衛(wèi)星數(shù)量有限，不能覆蓋極地地區(qū)，距離地球遙遠(yuǎn)，通信延遲長(zhǎng)，波束覆蓋區(qū)大，頻譜利用率低，容量有限，終端發(fā)射功率大，不易小型化等。相對(duì)GEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)有諸多優(yōu)勢(shì)，對(duì)用戶而言，通信時(shí)延縮短，數(shù)據(jù)傳輸率提高，終端重量、體積、發(fā)射功率與普通陸地移動(dòng)通信終端相差無幾，還可以與陸地通信系統(tǒng)兼容，真正做到全球無縫接入。對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言，衛(wèi)星體積小、重量輕，利用現(xiàn)代發(fā)射技術(shù)可以一箭雙星/多星同時(shí)發(fā)射入軌，系統(tǒng)頻譜利用率高，容量增大，因此，隨著衛(wèi)星制造技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)需求的逐漸旺盛，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展方興未艾。

    2、低軌通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)主要技術(shù)問題已得到有效解決

    低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)也存在固有的缺點(diǎn)，如需要衛(wèi)星數(shù)量較多，由此帶來地面控制、維護(hù)系統(tǒng)比較復(fù)雜，對(duì)通信而言，影響較大的問題是波束切換和星間切換。低軌衛(wèi)星相對(duì)地球高速運(yùn)動(dòng)，使得終端在通信過程中需要頻繁的切換到其他波束或衛(wèi)星上才能繼續(xù)通話，以銥星系統(tǒng)為例，其最小切換時(shí)間間隔10.3秒，平均切換時(shí)間間隔277.7秒。實(shí)現(xiàn)切換需要一系列信令操作過程，頻繁的切換加重了系統(tǒng)的信令負(fù)荷。切換越頻繁，切換失敗的概率越大，銥星系統(tǒng)在運(yùn)行初期的切換成功率只有85%，后來經(jīng)過改進(jìn)達(dá)到92-98%，與陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)的切換掉話率不高于5×10-4的指標(biāo)相比相差甚遠(yuǎn)。切換產(chǎn)生掉線的主要原因是切換發(fā)生時(shí)，早期低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的帶寬資源不能滿足切換呼叫最低的帶寬要求，但隨著近二十年來通信技術(shù)、微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，通信系統(tǒng)信號(hào)處理能力、通信帶寬不斷提升，從目前仍在運(yùn)行的銥星二代、全球星等低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)使用情況來看，困擾早期銥星系統(tǒng)的掉線率高等技術(shù)問題已經(jīng)得到有效解決，為低軌衛(wèi)星通信的普及應(yīng)用掃清了障礙。

    二、我國(guó)低軌通信衛(wèi)星發(fā)展進(jìn)入戰(zhàn)略機(jī)遇期

    （一）世界各國(guó)軌道頻譜資源競(jìng)爭(zhēng)激烈

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國(guó)低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示：軌道和頻譜是通信衛(wèi)星能夠正常運(yùn)行的先決條件，單顆低軌衛(wèi)星覆蓋范圍小，必須增加數(shù)量以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，因此，面對(duì)有限的軌道、頻譜資源，Oneweb、SpaceX、亞馬遜等行業(yè)巨頭，以及Google、Facebook等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)均加入了低軌通信衛(wèi)星競(jìng)爭(zhēng)陣營(yíng)，紛紛推出自己的低軌通信衛(wèi)星建造計(jì)劃，甚至SpaceX的Starlink計(jì)劃衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到驚人的12000顆，未免有“跑馬圈地”的意味，目前，國(guó)外已經(jīng)公布的低軌通信衛(wèi)星方案中，衛(wèi)星總數(shù)量約為23892顆，衛(wèi)星軌道高度主要集中在1000-1500km之間，頻段主要集中在Ka、Ku和V頻段，在軌道高度十分范圍有限、頻段高度集中的情況下，衛(wèi)星軌道和頻譜的競(jìng)爭(zhēng)將愈加激烈。由于軌道和頻譜在國(guó)際電信聯(lián)盟的有效占有時(shí)間有限，不如期發(fā)射衛(wèi)星，原有軌道和頻譜將失效，因此，預(yù)計(jì)下一階段各家公司將搶先發(fā)射衛(wèi)星，以實(shí)際占有軌道和頻譜，軌道和頻譜的爭(zhēng)奪將愈演愈烈。

國(guó)外主要低軌通信衛(wèi)星頻譜和數(shù)量統(tǒng)計(jì)

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    （二）中國(guó)力量加入低軌通信衛(wèi)星競(jìng)爭(zhēng)陣營(yíng)

    1、我國(guó)現(xiàn)有衛(wèi)星通信移動(dòng)寬帶服務(wù)能力亟待加強(qiáng)

    我國(guó)目前的衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有衛(wèi)星廣播通信、衛(wèi)星寬帶互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星移動(dòng)通信三種類型。在衛(wèi)星廣播通信領(lǐng)域，主要建設(shè)發(fā)展中星、亞太系列通信廣播衛(wèi)星系統(tǒng)，在軌運(yùn)行的民用通信衛(wèi)星約15顆，通信業(yè)務(wù)基本實(shí)現(xiàn)亞洲、歐洲、非洲、太平洋等區(qū)域覆蓋，在全球衛(wèi)星空間段運(yùn)營(yíng)服務(wù)商排名第六位。在衛(wèi)星寬帶互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，我國(guó)高通量寬帶衛(wèi)星發(fā)展剛剛起步，整體技術(shù)水平、系統(tǒng)容量和服務(wù)能力與國(guó)外先進(jìn)衛(wèi)星系統(tǒng)尚有差距。2017年發(fā)射的首顆高通量Ka寬帶衛(wèi)星“中星16號(hào)”，容量達(dá)到20Gbps，主要面向遠(yuǎn)程教育、醫(yī)療、機(jī)載和船舶通信、應(yīng)急通信等領(lǐng)域的互聯(lián)網(wǎng)接入，不能面向個(gè)人移動(dòng)用戶。在衛(wèi)星移動(dòng)通信領(lǐng)域，2016年我國(guó)發(fā)射的“天通一號(hào)”01星是我國(guó)自主建設(shè)的首顆移動(dòng)通信衛(wèi)星，支持最低1.2Kbps電路域話音、最高分組域384Kbps的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，移動(dòng)寬帶服務(wù)能力較為薄弱，與OneWeb約50Mbps的數(shù)據(jù)接入能力相比有明顯差距，難以滿足當(dāng)前地面移動(dòng)通信寬帶服務(wù)需求。

我國(guó)衛(wèi)星通信發(fā)展進(jìn)程

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    2、低軌通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提上日程

    我國(guó)疆域遼闊，自然地形復(fù)雜。在面對(duì)偏遠(yuǎn)山區(qū)的自然村落時(shí)，與地面光纜相比，“從天上”解決成本更低，并且能夠同時(shí)解決海上通信問題。2016年12月的《十三五國(guó)家信息化規(guī)劃》中也明確提及“通過移動(dòng)蜂窩、光纖、低軌衛(wèi)星等多種方式，完善邊遠(yuǎn)地區(qū)及貧困地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。”在此背景下，中國(guó)航天科技和中國(guó)航天科工兩大集團(tuán)都啟動(dòng)了各自的低軌通信項(xiàng)目“鴻雁”和“虹云”星座計(jì)劃，航天兩大集團(tuán)成為了我國(guó)低軌通信衛(wèi)星領(lǐng)域的“國(guó)家隊(duì)”。在民間投資方面，2018年底中國(guó)已有約80家太空技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)投入這一領(lǐng)域，太空已成中國(guó)商界的“新邊疆”。以銀河航天為代表的民間資本低軌衛(wèi)星公司，2018年連續(xù)完成A輪三次融資，投資方包括順為資本、晨興資本、IDG資本、高榕資本、源碼資本、君聯(lián)資本等，公司估值已達(dá)到35億元。按照銀河航天徐鳴的估算，如果要讓全球每一個(gè)角落都能聯(lián)網(wǎng)，投入低軌道通信衛(wèi)星的成本，有機(jī)會(huì)降到基站建設(shè)成本的1%。

國(guó)內(nèi)推出的低軌衛(wèi)星計(jì)劃

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    三、未來我國(guó)低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超千億

    （一）航天產(chǎn)業(yè)前景廣闊，我國(guó)通信衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)迅速

    1、世界航天產(chǎn)業(yè)穩(wěn)健發(fā)展

    2015年全球航天產(chǎn)業(yè)總規(guī)模約為3353億美元，衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)總規(guī)模約為2400億美元，其中衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的總體規(guī)模約為1485億美元，同比上一年增長(zhǎng)了3.6%，約占衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)收入的62%，占航天產(chǎn)業(yè)收入的44.3%，說明衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)是航天產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。其中通信衛(wèi)星制造收入56億美元，通信衛(wèi)星發(fā)射收入19億美元，通信衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)收入125億美元，衛(wèi)星通信服務(wù)收入1285億美元。

通信衛(wèi)星子行業(yè)份額

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全球未來30年航天業(yè)規(guī)模預(yù)測(cè)

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    航天業(yè)的規(guī)模將從2016年的3500億美元增長(zhǎng)至2046年的超過2.7萬億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率約為7%，其中相當(dāng)一部分增長(zhǎng)將源自新型低軌通信衛(wèi)星。

    2、通信衛(wèi)星是推動(dòng)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力

    傳統(tǒng)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)主要由政府驅(qū)動(dòng)，主要是政府出資、政府使用，各類衛(wèi)星通信系統(tǒng)屬于國(guó)有的天基基礎(chǔ)設(shè)施。然而，過去十年，商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)吸引了超過130億美元的投資，其中1/5來自于投資公司和私營(yíng)企業(yè)，其中半數(shù)以上都來自衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)。充滿活力的私營(yíng)企業(yè)期待的不僅僅是資本回報(bào)，更加看重充滿希望的發(fā)展前景。2011-2015年，各類應(yīng)用衛(wèi)星年均發(fā)射90余顆，其中通信衛(wèi)星年均發(fā)射45顆。2017-2022年，衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量將出現(xiàn)激增，年均發(fā)射數(shù)量高達(dá)219顆，其中通信衛(wèi)星年均發(fā)射146顆，比過去3年發(fā)射的總和還多。經(jīng)過2023-2025年3年的短暫調(diào)整之后，再次回到發(fā)射數(shù)量的高峰，與對(duì)地觀測(cè)和其它應(yīng)用衛(wèi)星相比，在未來15年當(dāng)中，推動(dòng)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力仍然來自通信衛(wèi)星。

2017－2029年衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量預(yù)測(cè)（單位：顆）

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    （三）低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超千億

    1、未來5年低軌通信衛(wèi)星組網(wǎng)建設(shè)規(guī)模將超百億

    采用低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全球通信，所需衛(wèi)星數(shù)量龐大，建設(shè)成本都在超百億人民幣規(guī)模。例如，銥星系統(tǒng)66顆衛(wèi)星，耗資約50億美元；Starlink系統(tǒng)至少投入約100億美元；日本LeoSat低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)共108顆衛(wèi)星，耗資約36億美元；我國(guó)“鴻雁”星座300顆衛(wèi)星，首期投資約200億元人民幣，“虹云”星座156顆衛(wèi)星，按此推斷投資也將超過100億人民幣。因此，如果按照現(xiàn)在的計(jì)劃開展建設(shè)，未來5年間我國(guó)在低軌通信衛(wèi)星組網(wǎng)建設(shè)上的投入將超過300億人民幣。

國(guó)內(nèi)外低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)造價(jià)比較

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    2、低軌衛(wèi)星通信全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌?chǎng)規(guī)模將超千億

    2017年全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)收入2690億美元，從衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)占比上來看，衛(wèi)星制造業(yè)收入為155億美元，占比約為6%；衛(wèi)星發(fā)射產(chǎn)業(yè)收入46億美元，占比約為2%；地面設(shè)備產(chǎn)業(yè)收入1198億美元，占比約為45%；衛(wèi)星服務(wù)產(chǎn)業(yè)收入1287億美元，占比約為48%。由此可見，衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射所占整個(gè)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值規(guī)模不足10%，前期投入衛(wèi)星組網(wǎng)建設(shè)的費(fèi)用，對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈將帶來超過10倍的產(chǎn)值規(guī)模。“鴻雁”和“虹云”低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)組網(wǎng)投費(fèi)用入估計(jì)將超過300億人民幣，對(duì)于衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈，組網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用約占產(chǎn)業(yè)鏈總產(chǎn)值的7.5%，由此測(cè)算，后期地面設(shè)備投入將約為1784億元，帶來的衛(wèi)星與地面服務(wù)產(chǎn)值將達(dá)到約1916億元，因此，低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)鏈總體產(chǎn)值將超過4000億元。

低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)鏈展望

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