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低轨道卫星通信是未来卫星通信的发展方向

2019-08-23 10:42 次阅读
静止轨道通信卫星早在几十年前就开始商业化运营,商业通信卫星也是航天领域唯一真正商业化的市场,长期占有卫星服务业收入90%以上的份额。然而随着地面通信技术(4G、5G通信等)与互联网技术的快速发展,传统静止轨道通信正面临越来越尴尬的局面。

卫星通信系统构成分析

卫星通信是一种微波通信,利用卫星上的转发器作为中继站,转发无线电波,实现地球上的两个或多个卫星通信站之间的通信。卫星通信可实现远距离的话音、数据、图像、视频传输等业务功能,是远程通信的重要手段之一。卫星通信系统由卫星端、地面端、用户端三部分组成。
目前,国内卫星通信主要以C频段(4-8GHz)和Ku频段(12-18GHz)为主,少部分卫星采用Ka频段(27-40GHz)。频率的高低,决定了通信传输带宽的大小,频率越高,单位时间传输的数据量上限也越高。所以高通量卫星采用Ka频段为主。但在发射功率给定的情况下,频率越高,传输距离则越小。因此,高通量卫星运行轨道主要以低轨道为主。
 

 
图1:卫星通信业务示意图分析情况
 

 
图2:卫星通信系统构成分析情况

传统广播卫星向卫星宽带互联网转变,高通量卫星成为行业新增长点

卫星通信具有覆盖范围广、通信距离远。通信频带宽、不受地形和地域限制等特点,可以实现移动通信网络无法实现的广域覆盖。未来,互联网需要融合两个基本网络:由地面蜂窝网组成的局域网部分和由卫星网络组成的全局网部分。
卫星组网将会激发高通量卫星需求市场。高通量卫星主要使用Ka频段,具有更大的通信容量、低单位宽带成本以及更加灵活的终端设备等。
2017年4月,中国实践十三号卫星在西昌发射心由长征乙运载火箭成功,并被纳入“中星”卫星系列,命名为“中星十六号”。2018年1月23日,“中星十六号”正式交付使用。“中星十六”是我国首颗高通量卫星。按照计划,2019年下半年,中国将发射18号高通量卫星,届时将实现卫星互联网对中国全疆域覆盖,2021年,将发射2颗静止轨道高通量卫星,在增强对国内覆盖同时,实现一带一路覆盖。
 

 
图3:中星16号与中星18号高通量卫星参数分析情况

静止轨道通信卫星市场退化

静止轨道通信卫星早在几十年前就开始商业化运营,商业通信卫星也是航天领域唯一真正商业化的市场,长期占有卫星服务业收入90%以上的份额。然而随着地面通信技术(4G、5G通信等)与互联网技术的快速发展,传统静止轨道通信市场规模却越来越小。
近10年来,全球商业静止轨道通信卫星采购量正在逐渐下滑。据前瞻产业研究院发布的《中国卫星通信设备行业市场需求与投资战略规划分析报告》统计数据显示,2009和2010年,全球商业静止轨道通信卫星采购量均达到了30颗,当时工业界还乐观估计此后每年会有20-25颗的采购量。然而在2015年行业市场出现了转折,2015到2017年,全球静止轨道通信卫星分别卖出出了16颗、15颗、10颗,仅为2010年销量的一半左右。
2018年,全球商业通信卫星市场颓势依旧,全年仅签订了12颗商业通信卫星合同,其中包括中国自造的3颗、俄罗斯自造的2颗以及以色列自造的1颗,可以说,静止通信卫星领域退化到了自给自足的小农经济时代。
 

 
图4:2008-2018年全球商业静止轨道通信卫星采购量统计情况

发展低轨卫星通信大势所趋

2019年5月24日,首批60颗“星链”Starlink星座卫星被成功送入太空,马斯克的“星链计划”正式迈出了成功的第一步。根据SpaceX递交的“12000颗卫星星座”计划,卫星分别分布在340公里、550公里和1150公里三个低轨道。未来星链组网将为全球互联网服务欠缺地区提供互联网接入服务,并为城市地区提供“有价格优势”的宽带服务。
目前全球绝大多数通信卫星主要以GEO卫星为主,由于轨道资源有限,地球同步静止卫星只能在一个拥挤的环境下工作。此外,地球同步卫星数据传输延迟大,为500ms左右,而低轨卫星则能极大缩短时延,实现50ms以内时延,与地面光纤网络相当。这也使其可以支持在线游戏或视频聊天等基于实时数据传输类应用。
目前真正组网并进行运营的中低轨道通信卫星系统只有三个,分别为:即铱(Iridium)、全球星(Globalstar)和轨道通信(Orbcomm)系统。未来即将发射的低轨卫星组网计划包括了:铱星、O3b、LeoSat、OneWeb、Starlink、三星等,低轨卫星通信发展是大势所趋。



转自: 前瞻产业研究院
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