寬帶衛星通信同樣需要星座

作者 | Rachel Villain（Euroconsult）

翻譯 | 沈永言（中國衛通）

衛星通信星座已登堂入室

非GEO（即LEO和MEO）長期被尋求GEO衛星更寬覆蓋、更長壽命、更簡單地面網絡的商業通信運營所忽視。直到上個世紀九十年代Iridium、Globalstar、Orbcomm，以及最近O3b的出現，這些軌道主要被政府衛星，尤其是軍事和科學衛星所使用。

O3b首個寬帶通信星座發射后，已有四個衛星通信星座、總共125顆衛星在軌運行。與此相對應的是，在軌運行的商業通信服務GEO衛星數達300顆。投資到這四個星座制造和發射上的資金總共達70億美元，其中大量資本分布于Orbcomm (少于3億美元)和Iridium Next (大約30億美元)。這反映出不同的商業模式要求不同的系統能力。

表1 四個運營中的衛星通信星座

截止到2017年初，已經有19個星座向美國FCC提出了頻率申請。其中，OneWeb是第一家，其衛星數差不多為1000顆。這些星座項目軌道位置有LEO，也有MEO，希望使用的頻率涉及C、Ku、Ka和V等頻段。至少有兩家（即SpaceX和Boeing）設計了大型星座，在軌衛星多達數千顆。根據用于資本開支的17億美元股權融資規模，OneWeb無疑是最先進的，其總投資規模達30億美元。2015年，SpaceX估計其工作于Ka頻段的4425顆衛星的資本投入將達150億美元。Boeing尚未透露工作于V頻段多達3000顆衛星星座的投資規模。

這些星座的衛星數量，以及它們帶給市場的帶寬容量都十分龐大。當2020年OneWeb運作之時，它能提供Tbps級別的帶寬容量，這將與同期的所有商業GEO衛星帶寬容量旗鼓相當。

然而，未來十年，Euroconsult估計GEO衛星仍在太空產業中保持最大市場份額。實際上，我們預計，下個十年，170顆GEO衛星的制造和發射將為太空產業創造450億美元的市場。假如O3b擴展2-3顆新衛星，非GEO衛星通信市場規模將在80-200億美元之間，這取決于星座的架構。

衛星通信星座市場彈性有待證明

巨型星座對太空產業范式的改變對衛星設計、測試和生產都產生了革命性的影響。由于最終用戶擁有成本變得更低，它們將如何刺激寬帶衛星的需求仍要拭目以待。星座無疑是衛星通信游戲規則的改變者，其低時延、低成本、大容量的價值主張清晰可見。

由于地球上各地通信基礎設施間競爭的強化（一方面，衛星之間有競爭；另一方面，衛星與地面網絡之間也有），空間產業中，衛星通信領域的市場不確定性最大：

? GEO衛星：兩件事情一如既往，即發射新衛星的巨大資本費用和針對新標準的市場慣性（如Ka或S頻段終端，Q/V頻段），新技術（如靈活性載荷，光學星間鏈路）；

?  LEO/MEO星座：這些項目之所以得到資助，不僅因為創造新市場的承諾，還有事實上它們是對GEO衛星的補充（如SES與O3b、Intelsat與OneWeb之間的商業和資本關系）。

GEO和非GEO衛星通信系統具有互補性

相對于GEO衛星系統，LEO系統，以及較少程度上的MEO系統，具有復雜的技術特性（如海洋上方的容量損失、復雜的終端），這給它們帶來了技術設計上的挑戰，維護成本的增加，以及獲利門檻的提高。因為，當帶寬生命周期打折時，相對于GEO系統的資本費用效率就變得更低。考慮到高額的前期投資成本，以及只有在整個星座發射完畢之后才能盡快回收投資的需求，這類系統商業計劃中服務部署和定價問題都會變得非常敏感。

LEO星座的商業成功取決于很多本地衛星通信服務提供商的能力，它們需要以合適的終端成本，在不同的地域，開發多個垂直市場。本地服務提供商的“轉售”能力取決于它自己的ROI（投資回報）預期，它們一直在考慮需要分期償還的地面段上的特定投資（如許多關口站、復合用戶天線、平板電操控天線的開發成本）。

在根據地域需求按比例投資方面，GEO衛星更具靈活性，假如它做到1）商業運營商擴大能力時有合適的頻譜，2）地面設備的高頻譜效率成本可行。過去十年，由于高通量和更加靈活性載荷的出現，GEO通信衛星生產率的提高非常驚人。具有多點波束和高頻率重用率的高通量衛星是西方衛星產業的一個主要創新。如今，它得到商業運營商們的支持。實際上，目前可以商業應用的GEO通信衛星的1.3 Tbp總容量，有三分之二來自于HTS系統。

圖1 對不同軌道衛星系統的支持與反對情況

雙贏策略驅動衛星產業資本運動

考慮到衛星架構互補性的好處，近期，兩個世界上最大的商業衛星運營商開始加快對非GEO系統的戰略性部署：

?  2016年年中期，基于7.3億美元的投資（不包括債務），SES全資控股了O3b。對于SES來講，O3b相對于GEO的高吞吐量和低時延使得它可以向用戶提供更好的服務（主要是海事和軍事）；

?  2015年，在第一輪5億美元的股權融資中，Intelsat投入了2500萬美元。兩家系統的互操作能力將允許用戶無縫切換。Intelsat將可以接入極地地區，而在赤道上空，OneWeb將關閉信號，因為GEO頻譜在那里具有優先權。

在Softbank決定兩家公司合并之上，Intelsat和OneWeb之間的協同操作就有了堅實的基礎。兩家公司的合并以及Softbank對新公司的17億美元的投資仍需要得到大部分Intelsat債券持有人的批準。

與SES、Intelsat一樣，其它五家GEO運營商主要從事批發和零售寬帶衛星業務。它們要么承諾投資于非GEO，要么在短期內打算獨自行動。其中，包括星座申請（Ka和V頻段）、與星座投資者合作、新技術開發（如基于LEO衛星的Inmarsat BGAN終端）。

圖2 不同衛星運營商的合作關系