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2018年中國衛星通信系統發展趨勢:低軌衛星通信系統將帶動產業鏈,有望打開新的應用市場[圖]

2020年02月19日 13:53:07字號:T|T

国产三级农村妇女在线    衛星通信系統是指利用人造地球衛星作為中繼站轉發或發射無線電波,實現兩個或多個地球站之間或地球站與航天器之間通信的一種通信系統。衛星通信的概念最早 由阿瑟〃 克拉克在 1945 年提出,1965 年美國“晨鳥”通信衛星成功發射,衛星通 信技術正式進入實用階段。早期的衛星通信系統基本實現數據通信、廣播業務、電 話業務等基本通信需求,在航海通信、應急通信、軍事通信、偏遠地區網絡覆蓋等 應用領域發揮不可替代的作用。隨著以高頻段(Ku、Ka 等)、大容量、高通量為特 點的寬帶通信技術的成熟,通過通信衛星實現互聯網接入已經成為可能。

    衛星在空間中通常繞地球做無動力飛行,衛星運動所在的平面稱為軌道面,運動的軌跡稱為軌道。根據衛星軌道形狀、傾角、周期、高度等不同特征,衛星軌道可以有不同的分類。對于衛星通信系統來說,通常是根據衛星軌道高度進行分類,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。

衛星軌道高度分類

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常見衛星通信系統軌道分布

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衛星通信系統

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衛星通信系統的系統組成

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    一、低軌衛星通信系統的特點與優勢

    衛星工作軌道高度和系統復雜程度的不同,從而帶來單星技術、規模、成本上的差異,最終影響系統建設與運營成本以及系統可靠性。低軌衛星通信星座的技術特點, 也將影響系統的通信質量,對地面終端設備也提出了不同的技術和性能要求。此外, 低軌衛星通信系統可以采用蜂窩通信、點波束、多址、頻率復用等技術,且通信具 有全球覆蓋、低延時等方面的優點,可以支持在線游戲、視頻通話等實時或近實時數據傳輸,在與地面通信骨干網融合后可能將催生出新的應用場景。

低軌衛星通信系統與高軌衛星通信系統之間的區別

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低軌系統和高軌系統技術特點的比較

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    衛星通信系統建設成本包括衛星研制成本、火箭和發射費用、地面站建設成本和用 戶終端價格等主要部分。

低軌衛星通信系統與傳統高軌衛星通信系統成本

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    對于低軌衛星通信系統而言,空間段和地面站建設可以在現有的技術框架內找到成本控制方案;考慮廣闊的應用前景,運營商也可以接受稍高的一次性資本開支。而用戶終端的成本是決定衛星系統能否取得商業成功的關鍵,目前高軌通信衛星的固定終端價格約為 3000 美元,便攜式終端價格約為 28000 美元。低軌衛星通信系統 地面終端的天線需對衛星信號進行跟蹤,并保證在衛星切換時信號不中斷,增加了終端天線的技術難度,用戶很難接受數萬甚至數十萬美元的終端產品,這對低成本雙拋物面天線或相控陣天線技術提出了更高的要求。

国产三级农村妇女在线    二、衛星通信市場發展現狀與趨勢

    目前全球共有 627 顆通信衛星在軌運行,其中美國衛星數量最多,中國在軌通信衛 星數量全球第 5。據美國憂思科學家聯盟(UCS)全球在軌衛星數據庫數據顯示,全 球共有 769 顆遙感衛星在軌運行,包括各類軍用通信衛星以及政府部門和企業所有 的民用通信衛星。在軌運行的 627 顆遙感衛星由全球 36 個國家和地區所有,美國、 俄羅斯、法國、英國、中國、日本 6 個國家通信衛星數量超過 20 顆,其中美國是 全球擁有通信衛星數量最多的國家,目前共有 274 顆遙感衛星在軌運行,中國共有 35 顆衛星在軌運行。

全球主要國家在軌通信衛星數量

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    高通量、小型化、星座化是未來通信衛星發展的主要趨勢,全球衛星通信運營商采購的 GEO 通信衛星的數量正逐漸減少。在 2008-2018 年間,GEO 衛星采購量的最高峰為 2009 年的 30 顆,最后采購數量逐漸減少,2018 年運營商采購的數量 僅為 7 顆。伴隨著第二代“銥星系統”的組網建設,以及 OneWeb、O3b、SpaceX 等 公司的低軌通信星座開始試驗或發射組網,LEO 通信衛星的發射量則顯著上升。未來低軌衛星通信星座的大規模組網,上游通信衛星制造市場衛星數量上的差異將會表現的更加明顯。

2008-2018 年間通信衛星采購

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2008-2018 年間通信衛星發射數量

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    2018 年間全球衛星產業市場規模為 2774 億美元,較上年同期增加 3.28%。從近 5 年的數據看,若不考慮統計口徑的變化,全球衛星產業的市場規模 保持在 3%左右緩慢增長的趨勢。從市場的構成情況看,衛星服務業和地面設備是衛星產業中最大的兩塊細分市場,二者規模占比均在 45%左右,2018 年的市場規模均超過 1250 億美元。

    衛星制造和衛星發射服務是其中發展速度最快的細分市場,增速分別達到 25.81%和 34.78%。

全球衛星產業市場規模的變化

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2018 年衛星服務業市場結構占比

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    衛星電視直播、無線電廣播、衛星寬帶等衛星通信業務是衛星服務業 收入的最主要來源,占到全年收入的 98%以上。網絡設備在地面設備中的占比僅為 11%左右,但自 2015 年以來進入了加速增長的階段,其中 2018 年收入較上一年增 長 16.90%,收入的增速也比上年同期高出了 2.3 個百分點。地面網絡設備以及衛星 制造、發射服務市場規模的變化表明,全球通信衛星行業正在進行大規模的基礎設 施建設,并且空間段的建設要略領先于地面段。

2014-2018全球衛星服務產業市場規模級增速

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2014-2018年全球地面衛星網絡設備市場規模增速

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    三、國內中外低軌衛星通信系統發展現狀

    以美國、加拿大為代表的西方科技強國意識到近地軌道和頻譜資源的戰略價值,以及低軌衛星通信系統的巨大商業價值,近年來積極支持私營商業航天企業在近地軌 道開展商業活動:2018 年美國副總統邁克彭斯先后表示,“美國 2019 財年預算將支 持私營航天企業增加在近地軌道上的活動,美國政府將作為私營企業的合作伙伴或 消費者,而非競爭者”,“美國政府將改革過時和瑣碎的法規,以鼓勵開創性的太空 ,在近地軌道上開展業務”。加拿大政府在 2018 年財政預算中為戰略創新基金提 1 億美元,以支持近地軌道(LEO)衛星項目。加拿大衛星運營商 Telesat 還將 獲得安大略省 2000 萬美元的投資,力爭成為首批面世的 LEO 互聯網服務提供商。中低軌通信星座的巨大商業價值也吸引了科技企業和資本市場的關注。

    2018 年美國北方天空研究所 (NSR)對全球寬帶通信星座進行了首次盤點,中國電子科技集團公司第五十四研究 所劉全對 NSR 的研究結果進行了補充和更新,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、低軌衛星通信星座數量 共計達到 37 個,共涉及至少 12 個國家 30 家企業,計劃發射衛星總數已超過 34235 顆。

    四、國內主要中低軌衛星通信系統

    智研咨詢發布的《2020-2026年中國衛星通信系統行業競爭格局分析及投資潛力研究報告国产三级农村妇女在线》數據顯示:在空間基礎設施、天地一體化信息網絡等重點項目建設,以及國內商業航天產業蓬勃發展等因素的共同推動下,國內低軌衛星通信系統正處于快速發展階段。目前由各類企業、高校提出的星座建設計劃超過 10 個,“虹云”星座、“鴻雁”星座成功 完成試驗星的空中試驗,電科集團“天象”試驗 1 星、2 星在 2019 年完成發射。在民營企業主導的組網計劃中,“天啟”星座已完成 5 顆組網星發射,其天啟衛星物聯網系統正式上線,銀河航天低軌寬帶通信衛星星座首發星于 2020 年 1 月 16 日成功發射。

低軌衛星通信產業鏈主要參與者

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    五、軌衛星通信產業發展政策

    政策的松綁促進了國內航天產業的商業化發展,為衛星通信行業的發展注入了新的 力量。2016 年 12 月,中國國務院新聞辦發布的《2016 中國的航天》白皮書中,進 一步提出“鼓勵引導民間資本和社會力量有序參與航天科研生產、空間基礎設施建 設、空間信息產品服務、衛星運營等航天活動,大力發展商業航天”。目前在火箭 和衛星配套及總體制造,測控、導航和遙感應用等環節涌現出了大量的民營企業, 截至 2018 年年底,國內已注冊的商業航天領域公司有 141 家,其中民營航天企業 123 家,成為參與航天活動的新勢力。

国产三级农村妇女在线    小衛星研制與發射、網絡融合、終端天線等方面技術的進步,使實現低軌衛星通信 系統建設和商業化應用的成為了可能。通過引入 3D 打印、模塊化設計、COTS 元件、 智能裝配等先進技術,降低了衛星的研制成本,并可以通過流水線組裝的方式批量 生產小衛星,一箭多星、火箭回收等技術的應用大幅降低了衛星發射的成本。在天 基互聯網和地面 5G 網融合方面,ITU、3GPP、SaT5G、CBA 等標準化組織牽頭研究天 地網絡融合問題,為低軌衛星通信系統的商業應用奠定了基礎。此外電調平板天線 等天線技術逐步成熟,也將大幅降低地面用戶終端的成本。

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