1、通联天地， 创新求索 08.2020 上海 / 中国 罗兰贝格 洞见 高通量卫星发展趋势报告 1 1. 提速降费： 卫星通信应用迎来普及黄金期 高通量卫星带来了更大的带宽和更快的数据传输速度， 并且随着供给侧能量的释放， 卫星通信价格将得到大幅降低。 这将加速 卫星通信在海陆空等应用场景的普及。 2. 天地融合： 新一代网络有望实现全球覆盖， 缩小数字鸿沟 高通量卫星在未来立体化网络架构中的定位是实现全球覆盖。 新一代网络的目标不是简单的网络容量和传输速率的提升， 更 是为了缩小数字鸿沟， 实现 “数字普惠” 。 3.创新探索： 物联网与自动驾驶将极大发挥高通量卫星的价值 无线连接是物联网与自

2、动驾驶发展的关键技术。 卫星通信突破了无线连接对地面网络的依赖， 真正实现 “全连接” 。 而创新应用 的海量数据也将提高卫星使用率， 发挥更大价值。 4.成本优化： LEO卫星制造与发射成本下降， 天线或成为短期瓶颈 LEO卫星组网成本不断降低。 卫星制造与卫星发射成本已经有了实质性突破并持续优化， 但地面天线仍然成本高昂， 短期或成 为应用普及的瓶颈。 5.自主可控： 高通量卫星是未来空间网络基础设施， 软硬件及管理能力缺一不可 政治的不确定性将给高通量卫星发展带来挑战。 产业链上， 我国在电子元器件、 应用系统和运营服务等领域能力有待加强。 卫 星类型上， 我国GEO高通量卫星经验相对丰

3、富， 但LEO/MEO卫星星座需要进一步布局。 6.市场参与： 全球资本踊跃， 但国内市场化程度仍有提升空间 全球航天领域的投资近年来明显升温， 预计中短期内仍将持续增长。 类型上， 低轨卫星的投资将占据主流。 地区上， 美国占主导 地位， 中国资本比例小于10%， 仍有上升空间。 高通量卫星发展六大趋势 封面图片： cristimatei - Fotolia 2 目录 03 05 06 12 17 1/ 什么是高通量卫星 1.1 技术升级： 通过多点波束、 频率复用、 波束增益等关键技术提升卫星容量 1.2 频段拓展： 向更高工作频段发展， 获取更大带宽， 提升通讯速率 1.3 轨道开发：

4、GEO占主流， 但资源接近饱和， LEO卫星成为行业新热点 2/ 通信卫星发展历史 2.1 国际通信卫星发展历史 2.2 中国通信卫星发展历史 2.3 LEO发展概况 3/ 通信卫星行业现状 3.1 通信卫星的主要应用 3.2 通信卫星市场主要玩家 4/ 高通量卫星六大发展趋势 4.1 提速降费： 卫星通信应用迎来普及黄金期 4.2 天地融合： 新一代立体化通信网络有望实现全球覆盖， 缩小数字鸿沟 4.3 创新探索： 物联网与自动驾驶将极大发挥高通量卫星的价值 4.4 成本优化： LEO爆发得益于各环节成本下降， 地面天线或成为短期瓶颈 4.5 自主可控： 高通量卫星是未来空间网络基础设施，

5、软硬件及管理能力缺一不可 4.6 市场参与： 全球资本踊跃， 但国内市场化程度仍有提升空间 5/ 中国在高通量卫星领域的主要玩家 5.1 GEO 5.2 LEO 3 高通量卫星 （HTS， High Throughput Satellite） ， 也称高吞吐量 通信卫星。 通俗地来形容， 从传统通信卫星到高通量卫星的转 变， 相当于把家庭上网从电话拨号升级到了百兆宽带。 而为了 实现吞吐量的提升， 高通量卫星有3大特征： 1） 技术升级； 2） 频段拓展； 3） 轨道开发。 1） 技术升级： 高通量卫星是相对于使用相同频率资源的传统 通信卫星而言的， 主要技术特征包括多点波束、 频率复用、 高

6、 波束增益等； 2） 频段拓展： 传统使用的C、 Ku频段逐渐饱和， 高通量卫星逐 渐向更高频段发展， 如使用Ka频段的中国首颗高通量卫星中 星16号， 又例如银河航天的使用Q/V频段的5G通信卫星； 3） 轨道开发： 与频段资源类似， 轨道资源是稀缺资源， 特别是 资料来源： Telenor, 国际太空， 罗兰贝格 01 / 高通量卫星对比传统通信卫星 3 第一部分 什么是高通量卫星 在高通量卫星时代， 卫星使用场 景不再局限于手持一台笨重设 备， 到处搜索卫星信号， 只为了 打一通电话， 而很可能是你用自 己的手机连上了Wi-Fi， 享受着 与日常无异的上网体验， 而远程 的信号传输则是由

7、卫星来完成。 大量点波束广域覆盖 高频段：Ku、Ka为主 在GEO轨道基础上， 拓展MEO/LEO轨道 宽波束覆盖 低频段：L、S、C为主 以GEO轨道为主 传统通信卫星传统通信卫星高通量通信卫星高通量通信卫星高通量通信卫星高通量通信卫星3大大特征特征 技术技术 升级升级 频段频段 拓展拓展 轨道轨道 开发开发 多点波束多点波束：使用大量点波束实现广域范围覆盖 频率复用频率复用：点波束之间可以实现子波段的复用， 增加频谱利用率和卫星通信容量 波束增益波束增益：波束宽度窄提高天线增益，降低终 端天线口径，提高频谱利用率，提高数据传输速率 高速频段高速频段：使用雨衰较大，但适合高数据传输的 Ku、

8、Ka波段，提升通讯速率 资源丰富资源丰富：Ka频段可用频带宽高达3.5GHz，超过现 有有L、S、C、Ku频段总和 主流主流GEO：地球同步轨道（GEO）单星覆盖区域广， 组网简单运维成本低，但是资源接近饱和 热点热点MEO/LEO：中低轨资源丰富，且可实现多种 高度、多种轨道面的三维立体布局 4 赤道同步轨道仅此一条， 为了提供更高容量， 也为了满足更高 的通信需求， 高通量卫星从以GEO （地球同步轨道） 为主导向 LEO （低地球轨道） 延伸， 因此， 不论是使用同步轨道的实践十 三号以及今年7月发射的亚太6D卫星 （深圳星） ， 还是SpaceX 的星链 （Starlink） 低轨卫星

9、星座， 都属于高通量卫星的范畴。 01 1.1 技术升级： 通过多点波束、 频率复用、 波束增益等关 键技术提升卫星容量 多点波束： 使用大量的点波束实现广域范围覆盖， 替代传统卫 星的宽波束覆盖， 是实现频率复用与波束增益的关键基础性 技术。 卫星采用多点波束的好处在于提高天线的发送/接收增 益， 并能实现频率复用； 采用多点波束的劣势在于覆盖， 点波 束覆盖范围较小， 要想实现大范围的区域覆盖， 则需要大量点 波束。 频率复用： 与点波束技术相辅相成， 在空间独立的点波束之间 可以实现每个子波段的复用。 这与地面蜂窝通信网络相似， 显 著地增加了频谱利用率和卫星通信容量。 如果要保障波束间

10、 无干扰， 则需要使用窄波束且波束间隔较远， 但实际中为保证 覆盖的连续性， 波束间会出现重叠， 通常使用极化复用和地区 隔离相结合的方式重复使用频率， 来扩展通信容量。 波束增益： 采用点波束和频率复用技术相结合， 能够有效提高 天线增益。 天线的增益与波束宽度有关， 波束宽度越窄， 天线 增益越高。 较高的卫星天线增益可以使得用户采用更小口径 的终端， 并使用高阶调制编码方案， 从而提高频谱利用效率， 提高数据传输速率。 1.2 频段拓展： 向更高工作频段发展， 获取更大带宽， 提 升通讯速率 高通量卫星目前一般选用C、 Ku和Ka频段， 三者的频段依次 提高。 根据国际电联规定， 卫星通

11、信一般使用L、 S、 C、 X、 Ku和 Ka频段。 一般来说， 频段越低， 如L、 S波段的电波进入雨层中 引起的衰减越小， 适合低速率通信和移动通信； 而频段越高， 如Ka频段电波， 雨衰相对较大， 但适合高速数据传输。 但频段资源始终是稀缺资源， C频段和Ku频段的资源也逐渐 趋于紧张， 而Ka频率资源丰富， 可用频带宽， 因此也成为当前 高通量卫星的首选。 Ka频段可用于同步卫星通信的带宽达到 3.5GHz， 超过了现有的L、 S、 C、 Ku频段的总和。 此外， Ka高通 量卫星还具有频率高、 抗干扰性强、 天线灵活易控等优势。 在未来， 高通量卫星将向着更高频段发展。 如Q/V频段

12、的高通 量卫星将应用于5G基站信号回传等领域。 1.3 轨道开发： GEO占主流， 但资源接近饱和， LEO卫星 成为行业新热点 目前成熟的高通量卫星多是地球同步轨道 （GEO） 。 主要原因 有如下几方面： 覆盖区域的优势： 单颗星覆盖区域广， 可覆盖地球表面超过 40%的区域， 有利于为固定区域提供服务。 在覆盖区域内， 任何地球站之间可以实现24小时不间断通信， 服务十分稳 定。 卫星组网的优势： 卫星系统构建简单， 3颗同步地球卫星就 可覆盖除两极外绝大多数区域， 系统卫星数少， 运营和在轨 维护性价比高。 卫星寿命的优势： 不受大气阻力影响， 寿命在15年以上， 摊 薄单位带宽成本。

13、 地球同步轨道轨位属于战略资源， 由国家向国际电信联盟 （ITU） 申请， 遵循 “先申报先使用” 的原则。 但赤道同步轨道仅 此一条， 资源相当紧张。 据学者测算， 地球同步轨道可容纳卫 星1800颗。 根据国际电联 （ITU） 统计， 目前在轨运行的同步轨 道卫星共计522颗， 另有登记在册未发射的卫星超过800颗， 考虑很多轨位处在太平洋、 大西洋等广域海洋上空， 可利用性 较小， 而人口密集的亚洲、 欧美地区可用轨位十分有限。 中低轨 （MEO, LEO） 方案为高通量卫星的跨越式发展提供了 新的空间。 中低轨资源丰富， 可实现三维立体布局： 多种高 度， 多种轨道面。 除了资源的扩充

14、， 中低轨道高通量卫星两大 优点： 1） 通信时延远小于同步轨道卫星， 可拓展新的应用领 域； 2） 单颗星的研制及发射成本远低于同步轨道的大卫星， 这降低了参与商业应用的门槛。 但中低轨道多星组网的方案 在设计难度以及在轨运营管理的复杂程度方面要远高于同 步轨道卫星， 后期的运营维护的费用也更高。 因此， 虽然LEO 是目前行业热点， 未来成长前景广阔， 但中短期依然无法替 代同步轨道高通量卫星。 5 2.1 国际通信卫星发展历史 国际通信卫星发展起步早， 美国处于领先水平， 欧洲紧随其 后。 1958年， 美国发射了世界上第一颗通信卫星 “斯科尔 号” 。 1965年， 美国主导Intel

15、sat发射了通信卫星Intelsat 1， 标志 着通信卫星进入实用阶段。 2011年， 美国Viasat发射ViaSat-1高 通量卫星， 容量达到140Gbps； 2017年发射的ViaSat-2容量则 达到了300Gbps， 为世界上容量最大的卫星； 正在研制中的 ViaSat-3星座每颗卫星则有望提供1000Gbps的容量。 欧洲方 面， 全球固定通信卫星运营按业务收入规模排名， SES与 Eutelsat分列第一和第三。 目前SES已拥有超过66颗通信卫 星。 Eutelsat 2010年发射了欧洲第一颗高通量卫星KA-SAT， 总 容量达90Gbps。 2.2 中国通信卫星发展历史

16、 中国通信卫星发展起步较晚， 虽然发展速度快， 但仍任重道 远。 中国第一颗通信卫星 “东方红二号” 于1984年发射升 空。 1997年发射的 “东方红三号” 通信卫星， 则标志着我国卫 星通信进入商业运营时代。 2016年发射了我国第一颗移动通 信卫星 “天通一号” 。 而我国第一颗Ka频段的高通量卫星 “实 践十三号” 于2017年发射。 中国用33年的时间完成了西方国 家约50年的工作。 然而， 中国的高通量卫星与国外仍有明显 差距。 目前在轨的 “实践十三号” 总容量为20Gbps， 远低于欧 美当前100Gbps的主流水平。 亚太星通7月发射的 “亚太6D” 卫星容量达50Gbps

17、， 已是中国目前在轨的高通量卫星 “实践 十三号” 带宽的2.5倍， 但仍与西方卫星容量相差数倍， 即将发 射的ViaSat-3提供的容量将与 “亚太6D” 拉开数量级的差距。 中国高通量卫星与国外的差距主要在于平台性能差距。 亚太 6D所使用的东方红四号增强型平台载荷功率为13.5kW， 而 国外主流高通量卫星平台已达到20kW。 随着2020年 “实践二 十号” 卫星的发射，“东方红五号” 可提供有效载荷功率22kW， 达到世界主流水平。 2.3 LEO发展概况 低轨卫星经历了90年代末的挫折后， 近年再迎新一轮发展高 潮。 20世纪90年代初， 低轨星座系统就开始研发部署。 摩托罗 拉设

18、计的 “铱” 卫星于1997年首次发射， 1998年正式提供移动 第二部分 通信卫星发展历史 通信业务， 成为世界上第一个投入实用的大型低轨移动卫星 系统。 然而由于过高的造星、 发射和运营成本以及不充足的市 场需求， 铱星于2000年破产， 但随后被美国政府收购并持续 运营。 2014年以来， 随着航天技术的进步和商业航天公司的 崛起， 低轨星座的成本大大降低； 加之互联网时代对数据的大 量需求， OneWeb、 SpaceX等新一代航天企业涌入低轨卫星 市场， 瞄准卫星互联网的搭建， 低轨星座市场强势复苏。 铱星 也已于2019年完成二代系统的部署， 估值已达25亿美元。 目 前， 全球已

19、完成登记的新一代低轨星座总发射量将达到一万 颗以上， 低轨卫星迎来第二次产业发展浪潮。 6 3.1 通信卫星的主要应用 卫星通信行业2018年收入约1,270亿美元， 应用主要分为卫 星消费通信、 卫星固定通信、 卫星移动通信。 其中， 主要收入来 源于卫星消费通信， 2018年消费通信占行业收入的81%， 而 固定通信仅占14%， 移动通信占比3%。 卫星消费通信主要分为电视直播 （DBS/DTH） 、 音频广播 （DARS） 、 卫星宽带。 其中卫星电视直播收入占比约92%， 而 音频广播和卫星宽带的占比相对较小。 卫星电视直播主要指 利用卫星接收地面站发射的卫星信号， 再转发至地面上指定

20、 的区域， 由接收设备接受供用户收看。 相比于地面有线电视， 卫星电视覆盖面积更广， 且不受复杂地形影响， 可以为边远地 区直接到户解决收视问题。 同时， 卫星电视直播也可以用于体 第三部分 通信卫星行业现状 育赛事、 新闻现场的视频内容传输。 02 2014年卫星电视直播收入为950亿美元。 而由于OTT业务的 发展， 用户放弃传统电视转而投向网络流媒体服务， 导致电视 直播收入略有下降， 2018年约为940亿美元。 其中， 北美区域 规模较大， 约40%的收入来自美国。 而中国电视直播业务主要 由中国卫通子公司中国直播卫星有限公司等国有企业经营， 用于解决我国有线电视覆盖率盲区问题。 0

21、3 04 高通量卫星由于其高容量、 低带宽成本的特点， 为通信卫星行 业带来了更多的应用可能， 未来将飞速发展。 2018年高通量 卫星收入约为67亿， 未来保持约30%的年复合增长率发展， 在2024年达到约320亿美元的市场规模。 其中， 最主要的收入 来源于公众宽带接入和移动通信。 05 资料来源： SIA， 罗兰贝格 02 / 通信卫星收入组成亿美元 80.9% 14.2% 3.2% 1.7% 2018 1,265 卫星消费通信 其他 卫星固定通信 卫星移动通信 92% 6% 2% 电视直播 音频广播 卫星宽带 7 03 / 2014-2018电视直播收入亿美元 04 / 全球OTT产

22、品总订购数及用户数亿 资料来源： SIA， Digital TV Research， 罗兰贝格 资料来源： Digital TV Research， 罗兰贝格 950 978 977 970 942 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 200152016 CAGR = -0.2% 17.6% 北美 12.9% 8.0% 42.9% 拉丁美洲 亚太 18.7%欧洲 其他 2.72.7 3.63.6 4.24.2 4.64.6 5.35.3 3.73.7 5.15.1 6.36.3 7.27.2 9.59.5 1.35 1.43 1

23、.48 1.55 1.78 201820172024E2020E2019 净用户数产品订购比总订阅数 8 资料来源： NSR， 罗兰贝格 05 / 全球高通量卫星行业收入亿美元 公众宽带收入约占24%。 根据ITU统计， 全球宽带接入用户在 2019年超过50%， 仍有约50%的人口由于费用、 使用习惯等 原因而未接入宽带， 市场潜力巨大。 根据NSR预测， 卫星宽带 可以为全球4亿余户家庭提供接入服务， 而目前的渗透率仅为 0.63%。 高通量卫星更低的网络建设成本与不受地域限制的 特点， 将成为提高宽带接入渗透率的重要推力。 移动通信收入约占23%， 是高通量卫星收入另一重要板块。 由 于

24、高通量卫星比传统通信卫星容量更大、 带宽成本更低、 可以 为更多的车辆、 轮船、 飞机等移动载体提供高速联网服务， 极 大地改善当前网速慢或者完全无网络的用户体验。 由于海上无法建立通信基站， 对于远洋航行的船舶而言， 卫星 通信是唯一解决方案。 高通量卫星不仅可以满足船员娱乐、 视 频通话等基本生活需求； 随着物联网、 智能船舶解决方案的发 展， 高通量卫星还可以联通行驶中的船舶与岸端数据中心， 实 现能效优化、 工况监测等提升运营效率、 降低运营成本的应 用。 机载通信方面， NSR预测机载后舱通信2025年收入可达到约 45亿美元， 其中北美后舱上网最为成熟， 2017年渗透率已达 约8

25、0%， 而其他地区均低于30%， 有极大的市场潜力。 机载后 舱通信的解决方案有传统卫星、 高通量卫星和地面基站 （ATG） 三种。 由于高通量卫星大带宽、 低成本、 无地面建设费 用的优势， 将成为未来机载通信的重要发展方向， 预测于 2028年占据市场收入的50%。 06 07 未来， 高通量卫星将进一步推动通信卫星行业发展， 预计在 2024年达到约1,400亿美元规模。 同时高通量卫星占比将进 一步提升， 从2018年5%的占比上升为23%。 08 3.2 通信卫星市场主要玩家 高通量时代下， 卫星服务领域中的传统玩家， 纷纷启动了自己 的高通量卫星计划。 传统玩家技术为驱动， 以提供

26、更大容量、 降低成本为核心思路， 在GEO、 MEO进行高通量升级； 而行业 中的新进入者则以需求为导向， 瞄准各领域的新应用， 并借低 轨星座市场强势复苏之潮， 大力布局LEO星座。 3.2.1 传统玩家 传统卫星服务领域中， SES、 Intelsat、 Eutelsat是主要玩家， 2022E 164 2018 123 2019E2020E2023E2021E 91 2024E 67 209 266 322 CAGR = +29.7% 15.0% 17.0% 18.6% 22.3% 23.6% 3.0% 2024E 公众宽带 公务通信 移动通信 企业商用 中继通信 广播通信 100% 9

27、 1.9% 2.9% 4.9% 4.6% 3.9% 22% 5300 69% 北美中东非洲亚太 84% 欧洲 88% 86% 拉美 6100 2250 7100 1450 2018-2038年增长率已连接未连接 06 / 各地区飞机后舱上网连接渗透率与机队增长架, 2017 07 / 机载连接销售收入占比 2018-2028E 资料来源： 欧洲咨询， 波音， 罗兰贝格 资料来源： NSR， 民航资源网， 案头研究， 罗兰贝格 19% 15% 24% 49% 56% 36% 2028E2018 传统卫星 HTS ATG 100100 10 资料来源： NSR， AMR， 罗兰贝格 08 / 通信

28、卫星行业发展趋势亿美元 三家卫星运营商共同控制着34%的卫星固定服务市场。 其中 SES 2018年销售额约24亿美元， Intelsat 22亿美元， Eutelsat 16.2亿美元。 目前，“三巨头” 都已启动了自己的高通量卫星计 划， 为市场提供更大容量、 更快的速率， 提升原有网络服务质 量。 09 Eutelsat于2010年发射了第一颗Ka频段高通量卫星， 拥有 90Gbps容量， 并可提供50Mbps下行速率与6Mbps上行速率。 公司计划于2021年发射下一代VHTS高通量卫星， 为欧洲区 域的固定宽带连接和机载连接提供500Gbps容量的Ka频段 服务。 Intelsat自

29、2016年起启动 “Intelsat EpicNG” 计划， 已于2018年 10月完成了由6颗GEO卫星组成的高通量卫星星座， 实现全 球覆盖， 单颗卫星可提供25-60Gbps容量。 在设计上， Intelsat EpicNG主要面向运营商， 提供固定流量速率服务， 而非面向 消费者级的宽带应用。 SES于2016年8月收购O3b， 将其12颗MEO高通量卫星并入 网内， 未来计划用27颗MEO高通量卫星组成星座群。 同时 SES自2017年起发射GEO高通量卫星， 目前已有3颗在轨。 通 过MEO与GEO高通量卫星的复合组网， SES可以提供低延 时、 广覆盖的卫星通信。 系统覆盖全球9

30、9.9%的区域， 单波束 可以达到1Gbps容量与150ms以下的延时。 3.2.2 新进玩家 随着低轨星座的成本大大降低， 高科技企业纷纷通过LEO高通 量卫星进入市场， 在实现全球互联网覆盖的同时， 服务于各领 域的创新应用。 典型的新进入者包括： SpaceX， OneWeb， Ama- zon。 SpaceX的2015年提出的的Starlink星链项目计划于2025年 完成12,000颗低轨卫星的部署， 其中第二阶段发射7,518颗 VLEO卫星运行在不超过346km的超低轨道， 时延比LEO卫 星更低。 星链项目被视作为未来特斯拉等车企实现高级自动 驾驶大规模落地的铺路。 目前， 特

31、斯拉已为旗下车型配备了必 须的硬件， 仅需通过软件升级即可在未来实现完全自动驾驶。 据测算， 自动驾驶的数据传输量约为40TB/小时。 未来特斯拉 可以通过SpaceX的宽带网络安全传输、 管理自动驾驶的海量 数据。 93% 1,308 2018 95%91% 15% 7% 2019E 9% 1,352 2020E 12% 88% 19% 2021E 85% 2022E2023E 81% 23% 77% 2024E 高通量卫星 1,375 非高通量卫星 5% 1,265 1,286 1,330 1,398 CAGR = +1.7% 29.7% -3.4% CAGR 18-24E 11 12%

32、51% 13% 13% 11% 47% 24% 29% 50% 26% 21% 26% 2% 销售额：销售额：16.216.2亿美元亿美元1) 1) 市场份额市场份额3) 3): 9% : 9% 销售额：销售额：2 22 2亿美元亿美元 市场份额市场份额3) 3): 12% : 12% 按业务分：按业务分： 销售额：销售额：2424亿美元亿美元1) 1) 市场份额市场份额3) 3): 13% : 13% 按业务分：按业务分：按业务分：按业务分： 37%43%18% 2% 其他政府媒体和广播网络服务 15%13%12% 连接政府固定数据 60% 动态影像 35% 固定数据 0%65% 其他动态影

33、像 亚太 欧洲 中东和非洲 北美 拉美和加勒比地区 欧洲2) 其他 美国 亚洲 欧洲2) 美洲 其他 中东和非洲 按按区域分区域分：按按区域分区域分：按按区域分区域分： 1) 2018年底1欧元=1.17美元 ；2) 此处欧洲份额包括德、英、法，其余欧洲归类在其他国家； 3) 根据2018年全球卫星固定服务市场规模(179亿美元)估计 资料来源： 公司官网， 年报， 罗兰贝格 09 / “三巨头” 业务概况 OneWeb获得了空客、 高通、 维珍集团等公司的投资， 计划发 射约650颗LEO卫星与1,280颗MEO卫星， 在2022年初步建 成低轨卫星系统， 并在2027年实现全球覆盖。 其卫

34、星服务的 应用场景包括应急救援、 空中与海上移动通信、 车载蜂窝网 络， 并且可以用低成本的用户终端普及网络接入， 实现农村及 偏远地区覆盖。 同时， OneWeb与空客合作， 共同开发飞行中 的5G应用， 未来的第二代星座有望将速率进一步提升至 2.5Gb/s。 科技巨头亚马逊Kuiper项目计划在未来发射3,236颗LEO卫 星， 此项目旨在为数千万缺乏基本宽带互联网接入的人提供 高速、 低时延的互联网服务。 同时， LEO星座可以为亚马逊 AWS云服务垂直整合产业链。 目前亚马逊AWS已提供地面基 站服务， 为客户提供卫星通信、 AWS云服务接入、 数据处理、 运营优化等服务。 未来随着

35、Kuiper卫星组网的建成， 亚马逊可 以拥有自主可控的卫星资源， 为各行各业的通信卫星应用提 供一站式解决方案。 12 4.1 提速降费： 卫星通信应用迎来普及黄金期 高通量卫星带来了更大的带宽和更快的数据传输速度， 这将极 大提升卫星通信的应用空间。 传统通信卫星受限于频段资源限 制， 多提供广播应用、 电视信号传输， 在数据传输业务上少有建 树， 传输速度往往在Kbps级别， 与地面4G网络100Mbps的水平 相差甚远。 但高通量卫星采用点波束、 频率复用技术以及更高 频宽， 可以提供媲美于地面通信的数据服务。 以中国卫通的Ka 机载应用为例， 测试速度达到了130Mbps， 达到了地

36、面4G网络 的水平。 速度提高， 不仅使得原有应用的体验得到了极大提升， 更有可能解锁一批新的应用。 对于一些特殊场景， 如海洋及机 载领域， 其带来的改变可能类似于地面从2G到4G通信时代的 跨越。 除了速度， 影响卫星通信普及的重要因素之一是昂贵的价格。 以卫星电话为例， 由固定电话或普通移动电话拨打卫星电话 的价格十分昂贵， 其中拨给Inmarsat和铱星价格最高， 每分钟 的费率为3至14美元。 而不同网络之间的卫星电话通话价格 更为惊人， 每分钟的花费最高可达15美元。 而在数据传输业务领域， 随着高通量卫星不断扩容， 在短期已 经产生了供给过剩的情况， 价格处于下降通道。 目前的供

37、给过 剩主要与卫星发射的特性有关， 一颗卫星入轨后需要服役约 13年左右， 而卫星容量则是固定的， 因此， 在高通量卫星服役 早期， 卫星资源的使用率必定偏低， 目前行业整体利用率不足 50%。 这种短期的供大于求的情况使得卫星通信的价格在近 年来经历了明显的下降。 从2016年到2019年， 高通量卫星通 信价格的降幅普遍在30%-60%。 而对于未来五年的情况， 根 据NSR的预测， 从2019到2024年高通量卫星的容量将以29% 的年复合增长率向上攀升， 达到16,000Gbps （包含了GEO与 非GEO高通量卫星） 。 这样的供给增长将使得卫星通讯的费 用得到进一步的下降。 对于卫

38、星供应商来说， 这意味着更加激 烈的竞争， 而对于下游用户来说， 更便宜的价格将增加卫星方 案的使用。 4.2 天地融合： 新一代立体化通信网络有望实现全球覆 盖， 缩小数字鸿沟 目前国际上对于高通量卫星在未来网络架构中的定位， 主要 第四部分 高通量卫星六大发展趋势 关注点在是实现全球覆盖。“6G=5G+卫星” 的提法早在2017年 就已出现。 英国电信集团首席网络架构师Neil McRae认为， 5G 的发展是基于异构多层的方案， 将经历早期的 “基本5G” （2020年左右） 到中期的 “云计算+5G” ， 再到末期的 “边缘计 算+5G” ； 而6G将是 “5G+卫星网络 （通信、 遥

39、测、 导航） ” ， 即在 5G的基础上集成卫星网络来实现全球覆盖。 2018年11月， 国 际电信联盟 （ITU） 正式成立Network 2030研究组， 旨在探索面 向2030年及以后的网络技术发展。 该研究组主席Richard Li在 分享2030年之后的新互联网愿景时表示， 利用卫星实现空天 一体化、 全球覆盖是其中重要一项。 未来在空间段， 卫星之间 的光通讯技术虽然可以在远距离传输中提供高于海底光缆的 速度， 但在地面段， 特别是人口密集地区， 地面网络依然是高 速网络覆盖的首选。 因此， 对于卫星的作用在于同地面网络配 合， 使高速网络的覆盖范围扩大， 而不是取代地面网络。 我

40、国也早在2018年就提出了高通量卫星与地面网结合的发 展思路。 2018年11月， 科技部发布 国家重点研发计划 “宽带 通信和新型网络” 重点专项2019年度项目申报指南建议 征 求意见， 提出的 “专项总体目标” 之一是 “开展新型网络与高效 传输全技术链研发， 使我国成为B5G/6G无线移动通信技术 和标准研发的全球引领者， 在未来无线移动通信方面取得一 批突破性成果” ， 其中 “与5G/6G融合的卫星通信技术研究与 原理验证” 是重点项目之一， 卫星类型包括了当前主流的 GEO卫星和未来的发展潜力方向LEO卫星。 6G通信技术不是简单的网络容量和传输速率的突破， 更是为 了缩小数字鸿

41、沟， 实现 “数字普惠” 的目标。 数字鸿沟是指在全 球数字化进程中， 不同国家、 地区、 行业之间， 由于对信息网络 技术(ICT技术)的拥有程度、 应用程度以及创新能力的差别而 造成的信息落差， 以及进一步造成的贫富分化的趋势。 据 Hootsuite统计， 到2019年全球互联网渗透率约60%， 仍然有 约33亿人口处于 “离线” 状态。 低渗透率地区主要集中在经济 相对落后的北非、 中东、 西亚等部分地区。 信息技术的落后成 为了当地经济发展的关键瓶颈。 而当5G以及未来通信技术在 地面铺设的成本越来越高， 偏远地区的信息化基础设施将显 得更加滞后。 卫星赋能的6G网络将承担着缩小数字

42、鸿沟的使命。 通过将卫 星通信整合到6G移动通信， 实现全球无缝覆盖， 网络信号能 13 够抵达任何一个偏远的乡村， 让深处山区的病人能接受远程 医疗， 让孩子们能接受远程教育。 此外， 在全球卫星定位系统、 电信卫星系统、 地球图像卫星系统和6G地面网络的联动支持 下， 地空全覆盖网络还能帮助人类预测天气、 快速应对自然灾 害等。 4.3 创新探索： 物联网与自动驾驶将极大发挥高通量卫 星的价值 物联网的 “全连接” 将依靠高通量卫星得以实现 物联网保持着强劲的增长势头， 无线连接技术是其发展关键。 对于许多应用场景， 包括互联汽车、 机器、 仪表、 可穿戴设备和 其他消费电子产品， 可靠的

43、无线数据通信已成为物联网发展 的关键推动力。 包括Wi-Fi， 蓝牙和Zigbee在内的短程无线技 术简化了楼宇内应用程序的安装， 并避免了昂贵且灵活的电 缆铺设成本。 对于需要更长距离连接的应用程序， 3GPP为使 蜂窝物联网技术标准化已经做了很多工作， 从而推动了5G以 及低功耗广域 （LPWA） 协议 （如NB-IoT和LTE-M） 的发展。 卫星通信突破了无线连接技术依赖地面网络的瓶颈， 真正实 现 “全连接” 。 绝大部分连接技术只有在地面网络支持下才能 实施， 不少情况下地面网络本身难以覆盖， 例如， 在偏远的山 顶气象站， 沙漠输油管道和货运集装箱跟踪中。 对于这些应用 场景，

44、卫星通信是唯一可行的选择， 在过去， 只有高价值数据 或关键型任务应用才能承受卫星通信高昂的使用成本。 但是， 近年来卫星通信的成本持续下降， SpaceX， OneWeb等公司 大降低了发射与卫星成本， 刺激了小型卫星的发射数量。 小卫 星的日益普及为物联网应用开发者提供了新的机会， 使他们 可以快速、 廉价地实施卫星项目， 例如遥感、 测量和科学实验。 卫星通信可成为L5级别自动驾驶的最后一块拼图 卫星通信将补足自动驾驶更高形态对网络连接的需求。 自动 驾驶可以分为5个级别。 L4级别被定义为高度自动驾驶， 也是 目前国内外主流厂商为之奋斗的目标。 但是L5级别完全 自动驾驶却缺少有人提及

45、， 甚至认为L5只是理论上存在。 其 中一个重要原因在于L5级别要求自动驾驶车辆可以开往任 意地点， 而目前主流的自动驾驶方案无不依赖于网络连接， 如 果不能做到任意地点的网络连接， L5级别的自动驾驶自然不 可能达成。 因此， 能够实现全球覆盖的卫星网络将极有可能成 为完全自动驾驶方案的重要一环。 自动驾驶数据量庞大， 可极大提高卫星通信容量使用率。 自动 驾驶的数据量到2035年预计将达到300tbps,而OneWeb卫星 计划的第一阶段旨在提供700颗卫星总共7 tbps容量。 当然， 卫 星通信受制于时延及经济性， 并不会成为自动驾驶信息传输 的主要手段。 在地面网络可以较为轻易覆盖的

46、地区， 地面网络 依旧是自动驾驶网络通信的首选方案。 卫星通信的机会存在 于偏远、 地面覆盖成本高的地区， 并且卫星也可以承担地面网 络基站信号回传的角色。 只要在庞大的数据总量中分得一小 部分， 对于卫星容量利用率的提升都有极大帮助。 马斯克手中 的两张牌： SpaceX与特斯拉， 就构成了这样的互补关系卫 星可补足自动驾驶的网络需求； 自动驾驶促进卫星通信的使 用与发展。 4.4 成本优化： LEO爆发得益于各环节成本下降， 地面天 线或成为短期瓶颈 LEO无疑是当下高通量卫星领域的热门话题。 当SpaceX完成 了一箭六十星的壮举， 人们对低轨卫星星座的态度也逐渐从 质疑变成了期待。 而

47、SpaceX能够在卫星发射领域名声大噪， 根本原因在于其极大地降低了低轨卫星的组网成本。 但我们 如果全面审视低轨卫星的关键成本构成， 可以发现3大块的主 要成本： 1） 卫星制造2） 卫星发射3） 地面天线。 前两块成本随着 OneWeb、 SpaceX等头部玩家的创新突破， 已经有了质的下 降， 但地面天线仍然成本高昂， 短期或成为应用普及的瓶颈。 OneWeb卫星工厂采用模块化生产方式， 使单颗卫星制造成 本低至1百万美元。 传统的通信卫星制造， 特别是GEO卫星， 采用定制的模式， 生产周期长达数年， 并且制造经费可达上亿 美元。 为了降低大规模星座的成本， OneWeb 引入了汽车制

48、造 的概念， 将卫星系统模组化， 分成4个模组， 并在生产线大量使 用自动化设备。 在此模式下， OneWeb的卫星工厂在2条生产 线的情况下可以达到每天2颗卫星的产能， 进而将卫星成本控 制在1百万元美元左右。 虽然这已经是卫星制造领域的重大突 破， 但距离公司早期设定的50万美元的目标仍有不小提升空 间。 SpaceX采用批量式卫星发射， 每公斤发射成本是传统发射方 式的五分之一。 当SpaceX宣称要建造12000颗卫星组成的星 座时， 人们觉得马斯克一定是疯了。 迄今为止， 人类发射在轨 运行的卫星一共也才400余颗。 即便是一期组网需要不到1000 颗卫星， 考虑到卫星寿命只有5到8

49、年， SpaceX需要每年发射 200颗左右的卫星才能保持网络的基本运作。 这样的发射密度 用过去的发射方式是不可想象的。 但在2019年5月， SpaceX使 用了批量式的发射方式， 一次性将60颗卫星送上太空， 并且在 2019年12月用二手火箭再一次完成了一箭六十星。 这不仅是 部署的速度突飞猛进， 而且意味着建设成本的大幅下降。 以19 年12月的发射为例， 单次发射成本3500多万美元， 每个重达 260公斤的卫星发射成本还不到60万美元， 平均一公斤发射成 本2300美元。 而在SpaceX之前， 发射成本通常是其10倍， 即便 14 是最便宜的商业卫星发射， 也需要约10000美元/公斤。 未来制约低轨卫星发展的因素可能不在天上，而在地 上。 OneWeb的创始人Greg Wyler称：“用户端的天线是最关 键且最困难的零部件” 。 卫星天线不仅要满足通信质量要求， 实现快速、 平稳的卫星连接切换， 还要做到轻薄、 低功耗、 低成 本、 可量产。 只有做到了以上几点， 低轨卫星的天线才能被大 规模普及。 而目前， 低轨卫星使用的相控阵天线， 一方面尺寸 过大， 一方面