衛星通信作為地面通信的重要補充,將會有廣闊的市場前景。借用一位老人的話,不管黑貓白貓,能捉老鼠的就是好貓,同樣,能給我們帶來安全有效的通信體驗就是好的通信方式。
在電影中我們經常看到使用衛星電話的場景——在沙漠、深山、沒有手機信號的地方,人們只能依靠衛星。當然,通信衛星的能力遠不止打電話這么簡單。
由于頻段不同,衛星通信適合的場景也有很大差異,一般來說,低頻段適合低速率通信和移動通信,而高頻段則適合高速數據傳輸的需求。對物聯網的多樣性應用場景而言,低速通信和高速數據傳輸同樣重要。
此外,正在積極推動的5G,衛星通信也是不可缺少的一環。覆蓋面大、部署快、不受地面情況影響,衛星通信一直是特殊地理位置、特殊場合的唯一通信手段。而“一發多收”的廣播功能優勢,是地面通信無法替代。衛星通信的這些特殊優勢,使其在5G時代還會繼續發揮作用。
總之,衛星通信作為地面通信的重要補充,將會有廣闊的市場前景。借用一位老人的話,不管黑貓白貓,能捉老鼠的就是好貓,同樣,能給我們帶來安全有效的通信體驗就是好的通信方式。
頻譜資源爭奪戰從有氧模式上升到了無氧模式
2018年2月,馬斯克將SpaceX原型衛星Microsat-2a和Microsat-2b送上了天,意味著12000顆衛星的互聯網計劃(Starlink)邁出了第一步。
當我們還在地面上爭奪有限的頻譜資源之時,馬斯克們已經將眼光放在了太空。不管地面通信還是衛星通信,能用的頻譜資源都是一樣的,地面通信和衛星通信的競爭會越來越激烈。頻譜資源爭奪戰已經從有氧模式上升到了無氧模式。不過無氧模式的環境更加激烈,不僅來自于頻譜資源的競爭,軌道資源的稀缺也是一方面原因。
當然,馬斯克不是第一個喝牛奶的人,銥星計劃的劃時代構想為讓我們找到了另一種全球通信的可能,奈何銥星人面臨的是跨時代的阻礙。但是20年過去了,正如人類已經有了足夠強的乳糖耐受力一樣,衛星通信技術也發生了翻天覆地的變化。
銥星計劃依然是一個可以參考的方向,通過數量龐大的的衛星將地球“包圍”,進而實現寬帶地球的目標。除了在衛星數量上做文章,提高單顆衛星的容量則另一條通向羅馬的道路。基于傳統通信衛星的銥星計劃正在向著新一代衛星星座和高通量通信衛星(HTS)方向發展。
下文將會對高通量衛星及市場做一些簡單的介紹。
高通量通信衛星
定義
高通量通信衛星(HTS,High Throughput Satellite),也稱高吞吐量通信衛 星,是相對于使用相同頻率資源的傳統通信衛星而言的,可提供比常規通信衛星高出數十倍甚至上百倍的容量,主要技術特征包括多點波束、頻率復用、高波束增益等,多點波束的效果類似于地面通信的蜂窩網絡。
HTS的核心參數體現在有效載荷上,而有效載荷則與天線陣列設計和轉發器數量有直接關系,我國已經出口的通信衛星上,大多數是國產轉發器和法國轉發器各占一半。
技術
與傳統通信衛星相比,HTS的工作頻段主要集中于C、Ku和Ka,并且從近期最近部署HTS來看,由于頻段資源競爭和軌道資源的稀缺,HTS正在向Ka、甚至Q/V頻段發展。Ka頻段可用于同步衛星通信的寬帶達到了3.5GHz,超過了現有的L、S、C、Ku頻段的總和,更能適應高清視頻等應用的傳輸要求,傳輸速度更快,對物聯網、無人駕駛等有著可觀的應用前景。而對于衛星本身而言,高頻段的通信衛星具有抗干擾性強、天線靈活易控等優勢。
產品
目前,HTS已經發展到了第三代產品,第一代HTS是2005年發射的Thaicom 衛星,使用C、Ku、Ka頻段,容量僅為10-70Gbps,第二代以ViaSat-1為代表,使用頻段與Thaicom一樣,但容量已經提升到了100-200Gbps,第三代同樣是來自ViaSat的ViaSat-2,使用C、Ku、Ka、Q/V頻段,容量也達到了300Gbps以上。而計劃2020年發射的ViaSat-3容量將會達到1T Gbps。
與國外頂尖高通量衛星相比,2017年4月發射,2018年1月投入使用的“中星十六號”高通量衛星的容量接近20 Gbps,差距極大。不過與之前發射的通信衛星相比,“中星十六”的突破不僅體現在頻段上,更體現在通信容量上,如果說之前Ku頻段和C頻段的通信衛星是30座的大巴,那么Ka頻段的“中星十六”就是8節的高鐵列車。
市場
北美在高通量衛星應用方面占據這絕對的優勢,除了衛星通信的資費能夠為消費者所承受之外,地廣人稀的國土情況也是主要原因。根據NSR的統計數據顯示,2014年,全球高通量衛星容量總需求為110Gbps,而北美的需求為73Gbps,占比66%,同時預計2023年,這一數字將上升到550Gbps(北美地區),并且高通量衛星寬帶終端用戶數有望達到880萬人,約為2014年的3.5倍。
隨著技術的發展和產品的迭代,HTS的容量快速增長的同時,其單位成本也在急速下降,為市場拓展提供了可能。以ViaSat系列高通量衛星為例,隨著產品的迭代,容量提高的同時,單位成本也在快速下降,ViaSat-1的單位帶寬成本已經到達了350萬美元,ViaSat-2的成本則為175萬美元。
除了單位寬帶成本之外,在遠離城市的偏遠地區,高通量衛星寬帶的建設費用比地面寬帶要低很多。來自Avanti的數據顯示,隨著距離的增加,地面寬帶的建設成本大幅上升,畢竟沒有哪個運營商會在隔壁沙漠建造同樣密度的基站,但高通量衛星寬帶的建設成本則保持不變,這也是北美地區衛星通信市場份額最高的原因之一。
既然衛星通信有這樣的技術優勢和成本優勢,以及未來廣泛的應用前景,那么都有哪些公司參與到這其中?
由于衛星產業是一個高技術含量、高資金投入、高風險的三高行業,因此這背后不乏政府、財團、老牌公司的身影。衛星產業鏈大體可以劃分為衛星制造、衛星發射、衛星運營以及衛星地面四個環節。
衛星制造
衛星制造又可以分為平臺制造和有效載荷,平臺就是支持有效載荷的組合,而在通信衛星中,有效載荷指的就是轉發器和天線。美國的勞拉公司(SSL)、波音、洛克希德?馬丁公司,歐洲的空客,法國的泰雷茲等等都是知名的衛星制造商,而中國最強的衛星制造公司當屬航天五院。
其他核心零部件的國外企業包括SatixFy、AdvantechWireless、Satcom Technologies 、CSR等,國內公司包括杰賽科技、南京熊貓、海格通信、北斗星通等。
衛星發射
我們熟悉的衛星發射公司應該就是SpaceX,由特斯拉汽車CEO伊隆·馬斯克(Elon Musk)于2002年創辦。5月13日,獵鷹 9 號終極版本“Block 5”完成首次發射,將孟加拉國一枚 3.5 噸重的通信衛星送入預定軌道,并且一級火箭海上回收成功。獵鷹 9已經在世界航天發射市場占據統治地位。其他的衛星發射公司包括聯合發射聯盟公司(波音、洛馬合資)、空客、赫魯尼契夫國家航天研制中心、三菱重工和航天一院,主要集中在美歐中俄日等強國手中。
衛星運營
衛星運營商通過自建網絡向客戶直接提供服務,或者將帶寬出租給地面運營商,間接為客戶提供服務。國外的高通量衛星運營商包括Echostar 、ViaSat、Intelsat、Inmarsat、Avanti、Thaicom、Spacecom,國內的公司主要包括中國衛通、亞太星通、中信衛星、亞太衛星、中國電信、中國衛星等。
衛星地面
地面設備既包括測控站、關口站等地面站,也包括移動衛星通信終端(即衛星電話或衛星手機)和固定接收終端。地面設備制造商主要分布在歐美和以色列,移動終端的公司主要包括Hughes、COMSYS華力創通、振芯科技、中國衛星、中電科 54 所、星網衛通、 海萊特、中郵世紀等,固定終端的公司主要有iDirect、ViaSat、Hughes、Gilat、中國衛星、海格通信、北斗星通、中電科 54 所、航天五院西 安分院、南京熊貓等,而隨著高通量衛星的迭代,地面設備也在呈現更加靈活的配置方式。
阻礙衛星通信拓展的原因有很多,比如技術難度、市場需求、商業模式、行業競爭等等,但如果能夠打破單位成本的桎梏,很多問題都迎刃而解,這也是目前很多參與者都在尋求的突破點。
一直以來,不斷有行業內外的巨頭試圖嘗試覆蓋全球的衛星通信計劃。90年的銥星公司迫于成本和價格太高的原因,最終放棄了這一項目;2016年,由于獵鷹9火箭的突然爆炸讓扎克伯格價值2億美元的Amos-6衛星意外炸毀。但是,沒有嘗試就沒有成功,隨著技術的發展和成本的大幅降低,尋求到新的商業模式之后,全球衛星通信的設想也將成為可能。
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