2020年中國低軌衛(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)無線電波而進行的兩個或多個終端之間的通信。自20世紀90年代以來，電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展推動了衛(wèi)星移動通信的進步。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、便于實現(xiàn)全球無縫鏈接等眾多優(yōu)點，被認為是建立全球個人通信必不可少的一種重要手段。

衛(wèi)星通信特點

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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(fù)用更有效；另一方面蜂窩通信、多址、點波束、頻率復(fù)用等技術(shù)也為低軌道衛(wèi)星移動通信提供了技術(shù)保障。因此，LEO系統(tǒng)被認為是最有應(yīng)用前景的衛(wèi)星移動通信技術(shù)之一。

通信衛(wèi)星軌道示意圖

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    目前，國內(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。在若干個軌道平面上布置多顆衛(wèi)星，由通信鏈路將多個軌道平面上的衛(wèi)星聯(lián)結(jié)起來。整個星座如同結(jié)構(gòu)上連成一體的大型平臺，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)用時機已經(jīng)成熟

    1、低軌通信衛(wèi)星固有特點決定其更適合現(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，它的缺點越來越明顯，如體積大、重量大，需要大型助推火箭，發(fā)射準備時間長，只有一個軌道面，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，通信延遲長，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，對用戶而言，通信時延縮短，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。對運營商而言，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)的進步和市場需求的逐漸旺盛，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，如需要衛(wèi)星數(shù)量較多，由此帶來地面控制、維護系統(tǒng)比較復(fù)雜，對通信而言，影響較大的問題是波束切換和星間切換。低軌衛(wèi)星相對地球高速運動，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，其最小切換時間間隔10.3秒，平均切換時間間隔277.7秒。實現(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)的信令負荷。切換越頻繁，切換失敗的概率越大，銥星系統(tǒng)在運行初期的切換成功率只有85%，后來經(jīng)過改進達到92-98%，與陸地移動通信系統(tǒng)的切換掉話率不高于5×10-4的指標相比相差甚遠。切換產(chǎn)生掉線的主要原因是切換發(fā)生時，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)信號處理能力、通信帶寬不斷提升，從目前仍在運行的銥星二代、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、我國低軌通信衛(wèi)星發(fā)展進入戰(zhàn)略機遇期

    （一）世界各國軌道頻譜資源競爭激烈

    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國低軌衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)運營現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析報告》數(shù)據(jù)顯示：軌道和頻譜是通信衛(wèi)星能夠正常運行的先決條件，單顆低軌衛(wèi)星覆蓋范圍小，必須增加數(shù)量以實現(xiàn)全球覆蓋，因此，面對有限的軌道、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)星競爭陣營，紛紛推出自己的低軌通信衛(wèi)星建造計劃，甚至SpaceX的Starlink計劃衛(wèi)星數(shù)量達到驚人的12000顆，未免有“跑馬圈地”的意味，目前，國外已經(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)星軌道和頻譜的競爭將愈加激烈。由于軌道和頻譜在國際電信聯(lián)盟的有效占有時間有限，不如期發(fā)射衛(wèi)星，原有軌道和頻譜將失效，因此，預(yù)計下一階段各家公司將搶先發(fā)射衛(wèi)星，以實際占有軌道和頻譜，軌道和頻譜的爭奪將愈演愈烈。

國外主要低軌通信衛(wèi)星頻譜和數(shù)量統(tǒng)計

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    （二）中國力量加入低軌通信衛(wèi)星競爭陣營

    1、我國現(xiàn)有衛(wèi)星通信移動寬帶服務(wù)能力亟待加強

    我國目前的衛(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)，在軌運行的民用通信衛(wèi)星約15顆，通信業(yè)務(wù)基本實現(xiàn)亞洲、歐洲、非洲、太平洋等區(qū)域覆蓋，在全球衛(wèi)星空間段運營服務(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)能力與國外先進衛(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”，容量達到20Gbps，主要面向遠程教育、醫(yī)療、機載和船舶通信、應(yīng)急通信等領(lǐng)域的互聯(lián)網(wǎng)接入，不能面向個人移動用戶。在衛(wèi)星移動通信領(lǐng)域，2016年我國發(fā)射的“天通一號”01星是我國自主建設(shè)的首顆移動通信衛(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，難以滿足當前地面移動通信寬帶服務(wù)需求。

我國衛(wèi)星通信發(fā)展進程

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

    我國疆域遼闊，自然地形復(fù)雜。在面對偏遠山區(qū)的自然村落時，與地面光纜相比，“從天上”解決成本更低，并且能夠同時解決海上通信問題。2016年12月的《十三五國家信息化規(guī)劃》中也明確提及“通過移動蜂窩、光纖、低軌衛(wèi)星等多種方式，完善邊遠地區(qū)及貧困地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。”在此背景下，中國航天科技和中國航天科工兩大集團都啟動了各自的低軌通信項目“鴻雁”和“虹云”星座計劃，航天兩大集團成為了我國低軌通信衛(wèi)星領(lǐng)域的“國家隊”。在民間投資方面，2018年底中國已有約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，公司估值已達到35億元。按照銀河航天徐鳴的估算，如果要讓全球每一個角落都能聯(lián)網(wǎng)，投入低軌道通信衛(wèi)星的成本，有機會降到基站建設(shè)成本的1%。

國內(nèi)推出的低軌衛(wèi)星計劃

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    三、未來我國低軌衛(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，我國通信衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)增長迅速

    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)星運營收入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

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    航天業(yè)的規(guī)模將從2016年的3500億美元增長至2046年的超過2.7萬億美元，年復(fù)合增長率約為7%，其中相當一部分增長將源自新型低軌通信衛(wèi)星。

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

    傳統(tǒng)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)主要由政府驅(qū)動，主要是政府出資、政府使用，各類衛(wèi)星通信系統(tǒng)屬于國有的天基基礎(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)。充滿活力的私營企業(yè)期待的不僅僅是資本回報，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，與對地觀測和其它應(yīng)用衛(wèi)星相比，在未來15年當中，推動衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵動力仍然來自通信衛(wèi)星。

2017－2029年衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量預(yù)測（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“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)在的計劃開展建設(shè)，未來5年間我國在低軌通信衛(wèi)星組網(wǎng)建設(shè)上的投入將超過300億人民幣。

國內(nèi)外低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)造價比較

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    2、低軌衛(wèi)星通信全產(chǎn)業(yè)鏈市場規(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)的費用，對整個產(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)投費用入估計將超過300億人民幣，對于衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈，組網(wǎng)建設(shè)費用約占產(chǎn)業(yè)鏈總產(chǎn)值的7.5%，由此測算，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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