前言:衛(wèi)星通信技術是一種利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉發(fā)無線電波而進行的兩個或多個地球站之間的通信。近年來,在LEO衛(wèi)星、5G技術、政策等多重因素驅動,衛(wèi)星通信行業(yè)迎來快速發(fā)展,產業(yè)鏈逐漸成熟,吸引多家企業(yè)布局,一場圍繞衛(wèi)星通信的全面“競賽”已經拉開帷幕。同時,隨著衛(wèi)星短報文和衛(wèi)星通訊的推出、技術不斷取得新突破,手機直連衛(wèi)星的高潮即將到來。
1、地面段是衛(wèi)星系統核心環(huán)節(jié)
地面段主要由地面站(或稱地球站)、任務控制中心(或稱運營中心)和地面網絡構成,是航天系統的地面組成部分,用于管理航天器,接收、存儲、處理和分發(fā)衛(wèi)星有效載荷數據。地面站為空間段和地面段之間提供無線接口,用于傳輸與接收遙測、跟蹤和指揮(TT&C)數據和有效載荷數據。任務控制中心處理、分析和分發(fā)航天器遙測數據、發(fā)布指令,向航天器上注數據和升級軟件,控制中心也可負責配置管理(CM)和數據歸檔。地面網絡用于地面段各部分之間轉發(fā)數據和進行語音通信。
地面段基本構成
組件 |
功能 |
示例 |
衛(wèi)星控制中心 |
監(jiān)控和控制衛(wèi)星運行(如軌道調整、姿態(tài)控制) |
任務控制中心負責指揮衛(wèi)星完成軌道調整 |
地面站 |
提供與衛(wèi)星的上下行通信(接收遙測數據、發(fā)送控制指令) |
地面站用于接收遙測數據并將其傳輸到控制中心 |
數據處理中心 |
對衛(wèi)星傳回的數據進行處理和分析,用于各類應用場景 |
遙感衛(wèi)星的影像數據處理 |
地面網絡 |
連接地面設施和用戶,支持數據高效傳輸 |
光纖網絡和微波通信用于傳輸數據 |
資料來源:觀研天下整理
根據觀研報告網發(fā)布的《中國衛(wèi)星通信行業(yè)發(fā)展趨勢研究與未來投資預測報告(2024-2031年)》顯示,衛(wèi)星通信地面系統一般采用包括信關站、用戶站等構成的星形結構。其中,信關站是衛(wèi)星通信系統中的中樞節(jié)點,是衛(wèi)星網絡與地面網絡的橋梁,一般配置大口徑天線;用戶站是最終用戶與衛(wèi)星通信系統交互的入口,面向個人或小型用戶群,設備便攜且易于使用。此外,衛(wèi)星通信地面系統還包括網絡運營中心,用于管理衛(wèi)星網絡和用戶服務。
信關站和用戶站對比
類別 |
信關站 |
用戶站 |
功能 |
衛(wèi)星網絡與地面網絡的橋梁,處理高容量數據流 |
用戶接入衛(wèi)星網絡,提供語音、數據或寬帶服務 |
面向用戶 |
網絡運營商、政府機構、大型企業(yè) |
個人用戶、家庭、小型企業(yè) |
設備規(guī)模 |
大型地面設施,通常集中部署 |
小型、便攜式設備,分散在最終用戶手中 |
復雜度 |
高技術復雜度,涉及鏈路管理、頻率分配、協議適配 |
簡單易用,注重用戶體驗和便攜性 |
成本 |
高投入,設備昂貴,通常由服務提供商或政府機構建設 |
價格相對低廉,適合個人或中小型用戶購買 |
應用場景 |
衛(wèi)星寬帶運營的核心節(jié)點,電視廣播信號傳輸 |
衛(wèi)星電話、遠程寬帶接入、野外工作站 |
資料來源:觀研天下整理
2、LEO衛(wèi)星、5G技術、政策等多重因素驅動,衛(wèi)星通信行業(yè)迎來快速發(fā)展
衛(wèi)星通信技術是一種利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉發(fā)無線電波而進行的兩個或多個地球站之間的通信,具有覆蓋范圍廣、通信容量大、傳輸質量好、組網方便迅速、便于實現全球無縫鏈接等眾多優(yōu)點。
近年來,我國衛(wèi)星通信技術取得顯著進步,尤其是低地球軌道(LEO)衛(wèi)星技術快速發(fā)展。以SpaceX的Starlink為代表的LEO星座計劃已經展示其在提供高速、低延遲全球互聯網服務中的巨大潛力。我國已宣布三大低軌星座計劃,共計劃發(fā)射3.8萬顆星,如今已有千帆星座(G60)、GW星座、鴻鵠星座三大計劃,其中千帆星座預計2024年完成108顆衛(wèi)星發(fā)射,2025年底完成648顆發(fā)射,提供區(qū)域網絡覆蓋,到2030年底,完成超1.5萬顆低軌衛(wèi)星的互聯網組網。此外,OneWeb、亞馬遜的Kuiper項目和Telesat等其他公司也正在大力投資LEO衛(wèi)星網絡的建設。隨著更多衛(wèi)星發(fā)射和部署,全球衛(wèi)星互聯網服務將變得更加可行,并且成本將大幅下降。
各國低軌衛(wèi)星規(guī)劃及布局進度
國家 |
星座名稱 |
運營公司 |
計劃數量 |
軌道高度 |
頻段 |
提供服務 |
當前進展 |
美國 |
Iridium |
Iridium |
75顆(包括6顆備用星) |
780km |
L |
移動通信 |
二代衛(wèi)星發(fā)射完成 |
Orbcomm |
Orbcomm |
36顆 |
/ |
/ |
/ |
/ |
|
Globalstar |
Globalstar |
48顆 |
1414km |
L/S |
雙向數據 |
一二代共在軌36顆 |
|
starlink |
SpaceX |
第一階段1584顆;第二階段2825顆;第三階段7518顆 |
550km |
Ku/Ka/v |
移動通信 |
在軌5011顆 |
|
Kuiper |
亞馬遜 |
3236顆 |
590km/610km/630km |
Ka |
高速寬帶服務 |
當前已發(fā)射2顆試驗星 |
|
英國 |
Oneweb |
Oneweb |
一期為648顆 |
1200km |
Ku/Ka |
寬帶通信 |
截至2023年3月,實際組網衛(wèi)星數量達618顆 |
德國 |
KLEOConnect |
KLEO |
300顆 |
1100km |
Ka |
物聯網 |
/ |
俄國 |
Yaliny |
Yaliny |
135顆 |
|
|
|
|
Sfera |
俄航天集團 |
600顆 |
/ |
/ |
通信/遙感 |
|
|
加拿大 |
Telesat Lightspeed |
telesat |
初始為120顆 |
/ |
Ka |
寬帶服務 |
已發(fā)射一顆試驗星 |
Kepler |
亞馬遜 |
140顆 |
物聯網 |
/ |
/ |
/ |
|
印度 |
SpaceNet |
Astrome |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
韓國 |
Samsung |
三星 |
4600顆 |
1496km |
/ |
高速互聯網 |
方案設計 |
中國 |
星網工程 |
中國星網 |
12992顆 |
508km-1145km |
/ |
移動通信、寬帶通信 |
試驗星成功發(fā)射 |
行云工程 |
航天科工 |
80顆 |
/ |
/ |
物聯網 |
實現小規(guī)模組網 |
|
鴻雁星座 |
航天科技 |
一期為54顆;后期超300顆 |
>1000km |
/ |
移動通信 |
已發(fā)射首顆試驗星 |
|
虹云工程 |
航天科工 |
156顆 |
1000km |
/ |
寬帶通信 |
已發(fā)射首顆試驗星 |
|
天象星座 |
中電科 |
120顆 |
/ |
/ |
天地一體化 |
試驗1、2星成功進入軌道 |
|
吉林一號 |
長光衛(wèi)星 |
138顆 |
500km- 700km |
/ |
遙感 |
在軌衛(wèi)星108顆 |
|
G60星鏈 |
上海市松花江區(qū);聯和投資;臨港集團 |
一期1296顆,未來12000顆 |
/ |
/ |
|
|
|
銀河Galaxy |
銀河航天 |
/ |
/ |
Q/V |
寬帶通信 |
已發(fā)射通信衛(wèi)星8顆,InSAR衛(wèi)星4顆 |
|
天啟 |
國電高科 |
38顆 |
800km |
/ |
窄帶物聯網 |
已發(fā)射21星 |
|
翔云 |
歐克微 |
28顆 |
/ |
/ |
窄帶物聯網 |
已發(fā)射首顆試驗星 |
資料來源:觀研天下整理
同時,5G技術的商用加速人們對高速率、低延遲通信的需求,衛(wèi)星通信能有效補充地面5G網絡的覆蓋不足,尤其是偏遠地區(qū)和海上。當前,衛(wèi)星通信在無人機、自動駕駛、智慧城市、手機等新興應用場景中發(fā)揮著越來越重要的作用。
地面物聯網與低軌衛(wèi)星物聯網的簡要對比
類別 |
地面物聯網 |
低軌衛(wèi)星物聯網 |
覆蓋范圍/基站 |
數千米級 |
數千千米 |
服務終端/基站 |
<5萬 |
海量,>100萬 |
傳輸體制 |
NB-IoT、LoRa |
星地融合、5G |
技術方案 |
成熟 |
國外有成熟案例,國內正從技術驗證走向工程實踐 |
系統穩(wěn)定性 |
受天氣、地理條件制約,自然災害影響比較大 |
幾乎不受天氣、地理條件影響,可全天時全天候工作 |
應用場景 |
共享單車、智能家居、智慧城市 |
物流監(jiān)控、環(huán)境保護、水文監(jiān)測、“一帶一路”等 |
資料來源:觀研天下整理
在手機領域,自華為、蘋果發(fā)布衛(wèi)星直連手機后,vivo、小米、榮耀等廠商都推出自家支持衛(wèi)星功能的旗艦手機。2022年9月,華為Mate50系列發(fā)布,作為業(yè)界首款支持北斗衛(wèi)星消息的大眾智能手機,無地面網絡信號時,Mate50仍能通過暢連發(fā)送文字和位置信息;2024年11月華為Mate70系列全球首發(fā),搭載第二代靈犀通信,首發(fā)背部智能多天線,是華為首款Wi-Fi7手機,業(yè)界首發(fā)衛(wèi)星尋呼,關鍵時刻無懼失聯;2024年1月榮耀宣布榮耀Magic6 Pro支持手機直連衛(wèi)星服務;2024年3月OPPO Find X7 Ultra衛(wèi)星通信版正式上市,可提供聽筒/免提雙模雙向衛(wèi)星通話模式,讓智能手機的衛(wèi)星通話體驗從“衛(wèi)星對講機模式”進化到符合用戶使用直覺的“衛(wèi)星電話模式”,幫助用戶在極端環(huán)境中獲得更高效的溝通效率。
政策也是衛(wèi)星通信行業(yè)發(fā)展助推力,為其提供了良好的發(fā)展環(huán)境。例如,《國家民用空間基礎設施中長期發(fā)展規(guī)劃(2015—2025年)》制定的發(fā)展目標,“十四五”時期要構建衛(wèi)星遙感、通信廣播和導航定位三大系統;在《擴大內需戰(zhàn)略規(guī)劃綱要(2022-2035年)》中提出推進衛(wèi)星及應用基礎設施建設。
我國衛(wèi)星通信產業(yè)相關政策
時間 |
政策 |
發(fā)布部門 |
主要內容 |
2024.01 |
《工業(yè)和信息化部等七部門關于推動未來產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》 |
工業(yè)和信息化等七部門 |
強化新型基礎設施。深入推進5G、算力基礎設施、工業(yè)互聯網、物聯網、車聯網、千兆光網等建設,前瞻布局6G、衛(wèi)星互聯網、手機直連衛(wèi)星等關鍵技術研究,構建高速泛在、集成互聯、智能綠色、安全高效的新型數字基礎設施。 |
2023.04 |
《計量發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》 |
國務院 |
開展海上衛(wèi)星導航設備、海洋裝備測量測試技術研究,提升海洋裝備數字化測量能力。健全海洋立體觀測、生態(tài)預警、深海氣候變化、生物多樣性監(jiān)測等領域計量保障體系。 |
2022.12 |
《擴大內需戰(zhàn)略規(guī)劃綱要(2022-2035年)》 |
國務院 |
推進衛(wèi)星及應用基礎設施建設。加快物聯網、工業(yè)互聯網、衛(wèi)星互聯網、千兆光網建設,構建全國一體化大數據中心體系,布局建設大數據中心國家樞紐節(jié)點,推動人工智能、云計算等廣泛、深度應用,促進“云、網、端”資源要素相互融合、智能配置。 |
2022.06 |
《“十四五”國家綜合防災減災規(guī)劃》 |
國家減災委員會 |
應急衛(wèi)星星座建設。依托國家綜合部門、國家航天部門與商業(yè)衛(wèi)星協同。針對災害監(jiān)測預警,應急搶險等決策需求,推動形成區(qū)城凝視衛(wèi)星、連續(xù)監(jiān)測衛(wèi)星、動態(tài)普查衛(wèi)星序列,構建全災種、全要素、全過程應急衛(wèi)星立體觀測體系。 |
2022.05 |
《關于加強科技創(chuàng)新促進新時代西部大開發(fā)形成新格局的實施意見》 |
科技部 |
支持“智慧邊防”關鍵技術研發(fā)與示范,加強大數據、遙感、北斗導航等技術推廣應用。 |
2022.02 |
《“十四五”國家應急體系規(guī)劃》 |
國務院 |
充分利用物聯網、工業(yè)互聯網、遙感、視頻識別、第五代移動通信(5G)等技術提高災害事故監(jiān)測感知能力,優(yōu)化自然災害監(jiān)測站網布局,完善應急衛(wèi)星觀測星座,構建空、天、地。海一體化全城覆蓋的災害事故監(jiān)測預警網絡。 |
2022.01 |
《“十四五”現代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃》 |
國務院 |
構建設施設備信息交互網絡,打造新一代軌道交通移動通信和航空通信系統,研究推動多層次軌道交通信號系統兼容互通。 |
資料來源:觀研天下整理
3、衛(wèi)星通信產業(yè)鏈逐漸布局,各企業(yè)加碼押注
因此,在上述因素驅動以及相關技術的不斷挖掘,衛(wèi)星通信產業(yè)鏈逐漸成熟。按照衛(wèi)星軌道高度,可大致分為低軌、中軌和高軌衛(wèi)星。同步軌道方面,當前天通一號同步衛(wèi)星可實現移動通信“天地一體”手機直連36000公里外衛(wèi)星,現階段用戶規(guī)模已經超過18萬戶。中軌星座方面,主要是O3b星座系統,在軌衛(wèi)星16顆,該星座的軌道高度為8063km,相較于同步軌道衛(wèi)星,時延較小、信噪比較低,但是帶寬是有限、對地面終端的跟蹤性能要求較高。低軌星座方面,主要特點是需要衛(wèi)星組網且數量龐大,如星鏈計劃,截至2024年6月12日,星鏈發(fā)射衛(wèi)星已達6611顆,單星研制成本低于100萬美元,單星發(fā)射成本約50萬美元,成本高昂。
衛(wèi)星通信種類(按高度)
種類 |
簡介 |
高軌衛(wèi)星 |
一般高軌衛(wèi)星距離地球36000公里左右,理論上1顆衛(wèi)星可覆蓋接近1/3個地球表面,3顆衛(wèi)星即可覆蓋全球除兩極以外的地區(qū),但由于距離太遠,信號損耗太大,一般來說,需要地面設備有較大的天線和用較高的功率發(fā)射信號。 |
中軌道地球衛(wèi)星 |
主要是指衛(wèi)星軌道距離地球表面2000~20000km的地球衛(wèi)星。它屬于地球非同步衛(wèi)星,主要是作為陸地移動通信系統的補充和擴展,與地面公眾網有機結合,實現全球個人移動通信。 |
低軌衛(wèi)星 |
一般距離地表在幾百公里到兩千公里左右距離。近年來,低軌互聯網衛(wèi)星開始流行,并大規(guī)模組網。低軌上運行的互聯網衛(wèi)星信號損耗小,但低軌衛(wèi)星運行速度相對地面運行速度高,超過7公里每秒,所以需要大量衛(wèi)星組成星座來進行連續(xù)覆蓋。 |
資料來源:觀研天下整理
隨著衛(wèi)星通訊基礎設施的逐漸完善,各企業(yè)也加碼產業(yè)鏈。例如,鋮昌科技在衛(wèi)星通信領域方面,推出星載和地面用衛(wèi)星通信相控陣T/R芯片全套解決方案。
我國部分企業(yè)布局衛(wèi)星通信產業(yè)概況
企業(yè)名稱 |
衛(wèi)星通信布局 |
鋮昌科技 |
在衛(wèi)星通信領域方面,推出星載和地面用衛(wèi)星通信相控陣T/R芯片全套解決方案。 |
通宇通訊 |
目前已有衛(wèi)星通信產品包括船載衛(wèi)星天線、地面站天線、有源相控陣天線、T/R組件,相關產品均有小批量出貨。衛(wèi)星通信業(yè)務收入情況公司將在半年報做相關披露。目前開發(fā)的衛(wèi)星通訊產品可應用于中高軌及低軌衛(wèi)星,但應用于低軌衛(wèi)星為主。針對低軌衛(wèi)星地面端,公司可提供地面站天線。此外,公司也開發(fā)了衛(wèi)星通訊特殊領域場景應用的衛(wèi)星通信終端、雷達、毫米波、有源相控陣天線、T/R組件及數據鏈終端產品。 |
東華至高 |
有研發(fā)生產衛(wèi)星通信設備,其中包括天通衛(wèi)星手持機及北斗三代短報文手持機還在持續(xù)開發(fā)衛(wèi)星通信的其他設備,也包括具備衛(wèi)星通信功能的對講機,為應急通信提供專業(yè)設備。 |
海格通信 |
成為多款支持“手機直連衛(wèi)星”功能的手機終端關鍵零部件供應商之一,與多家主流手機廠商建立了良好合作關系,是國內擁有全系列天通衛(wèi)星終端及芯片的主流廠家。 |
移遠通信 |
可提供多款高性能天線產品,其中包括衛(wèi)星天線YETN001L1A。公司數百款自主研發(fā)的天線產品可與公司廣泛的模組產品有效兼容,形成“模組+天線”的配套服務。 |
啟明星辰 |
在衛(wèi)星互聯網安全方面,圍繞加密認證、網絡攻擊彈性測試、供應鏈風險管理等內容,依托密碼技術積累,從衛(wèi)星鏈路密鑰分發(fā)管理、衛(wèi)星鏈路組播通信加密技術、衛(wèi)星通信節(jié)點機動分組管理等方面,開展衛(wèi)星互聯網網絡通信鏈路安全關鍵技術研究及原型開發(fā)。 |
優(yōu)咔科技 |
在積極布局衛(wèi)星與地面融合通信技術,目前已參與行業(yè)規(guī)范制定,在技術側進行預研。 |
華安鑫創(chuàng) |
當前已規(guī)劃顯示系統終端和衛(wèi)星通信終端產品。 |
資料來源:觀研天下整理
4、衛(wèi)星通信行業(yè)將進入產業(yè)化階段,手機消費市場潛力大
綜上所述,隨著技術持續(xù)進步、各大企業(yè)布局以及商業(yè)衛(wèi)星的頻繁發(fā)射,一場圍繞衛(wèi)星通信的全面“競賽”已經拉開帷幕,尤其是在消費級市場發(fā)展?jié)摿⒉粩噌尫?。這是由于在很多偏遠區(qū)域,與拉光纖、建基站的地面部署成本相比,衛(wèi)星互聯網經濟性較高。同時,隨著衛(wèi)星短報文和衛(wèi)星通訊的推出、技術不斷取得新突破,手機直連衛(wèi)星的高潮即將到來。(WYD)
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