卫星互联网应用元年天地万物互联时代到来.docx

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1、1.苹果入场，低轨卫星通讯将成为2022年电子业一大关键趋势Digital Trends预测iPhone 13的硬件规格可支持低轨卫星通讯。我们看好iPhone布局 的低轨卫星通讯将在2022年加速带动相关服务与零部件出货量成长。iPhone 13或支持低轨卫星通讯功能。如苹果实现卫星通讯软件功能，消费者则可在无 4G/5G覆盖范围内仍然可以通话+传讯。根据商务周刊报道，苹果或已研究与开发相关技 术与应用已有一段时间。1 . Digital Trends指出 iPhone 13采用高通X60基带芯片以支持卫星通讯功能。2 .高通与全球星合作紧密，2021年2月高通宣布其将在未来的X65基带芯片

2、支援全球的 n53频段，通过为n53提供全球5G频段支持。其他智能手机品牌若想提供支援卫星通 讯的机型，须等到2022年采用X65基带芯片。全球星认为其潜在的设备生态系统将显著 扩展。如果苹果将要在iphone 13上提供卫星通讯功能，预判其极有可能合作的厂商为全 球星。3 .总结以上两点可以得出，苹果与全球星在卫星通讯的合作存在潜在可能性，低轨卫星 通讯将成为2022年电子业一大关键趋势。我们预测消费者可直接在iPhone 13上通过运 营商的服务使用全球星的卫星通讯服务。4 .卫星互联网：千亿美元市场，实现天地融合，万物互联的突破 性技术图2 :钵星星座系统结构示意图网速可达352Kbps

3、资料来源：美国卫星互联网军事应用趋势及其影响研究、陈云雷，李向龙，王鑫鑫，IdlBKmiNNillTElMES博麟十大突破性技术 1 y SATELLITE MEGA-CONSTELLATlONS图1 ：卫星互联网荣获2020麻省理工十大突破性技术资料来源:MIK 199itv卫星互联网可使全地球都能通过宽带连上互联网终端，解决现有世界上超30亿人无法使 用互联网，超70%地理空间未实现互联网覆盖的问题。当前，全球通信市场已达到年均万 亿美元规模，而网络覆盖范围还不足地球面积的10%o由于地理因素限制，信号发射塔 数量已接近饱和。卫星互联网可使全地球都能通过宽带连上互联网终端，解决现有世界 上

4、超30亿人无法使用互联网，超7既 地理空间未实现互联网覆盖的问题。当前，全球通 信市场已达到年均万亿美元规模，而网络覆盖范围还不足地球面积的10%o由于地理因 素限制，信号发射塔数量已接近饱和，卫星互联网因其广覆盖、低时延、宽带化、低成 本优势成为未来发展焦点。同时，作为空间通信基础设施，卫星互联网的建设也将为后续 全球物联网提供条件保障。图4 ：全球网络覆盖情况，部分地区覆盖率不到2Q图3 :全球网络覆盖情况（超35亿人无法使用互联网，超90 H 地理空间未实现互联网覆盖）图23 ：基于FGPA平台的低轨卫星星载路由器资料来源：西安电子科技大学技术转移中心、基于FPGA的小卫星通信系统在轨可

5、重构技术，实现了小卫星在轨功能重构与更新。小 卫星体积功耗较小，且需要在复杂多变、环境恶劣的空间环境中连续稳定地工作数年， 为了适应复杂的太空环境，完成空间探测、通信等任务，小卫星电子设备的FPGA 平台 就要能够按照需求更新、修改其网表逻辑与软件内容。重构技术为小卫星精简电子系统 以及在轨功能维护更新提供了新的技术思路。小卫星重构平台数字基带模块主要由FPGA 和DSP组成，FPGA为信号处理主体，实现编码译码、调制解调等处理。可重构功能控制 模块通过管理控制FPGA完成，重构目标为信号处理FPGA、DSP以及射频前端部分。该 设计已经在某小卫星平台上得到应用，主要功能已经得到试验验证，通过

6、程序的在线注 入与加载可实现卫星平台多速率、多体制、多频段等多种通信模式不同功能的切换。它 在提高卫星通信系统的可靠性与灵活性的同时降低成本，正逐步成为小卫星通信技术的 一个重要发展方向。图24 :小卫星可重构系统平台组成图25 ：小卫星可重构系统硬件实现结构资料来源：香 博、郝鑫，存储频端块 射前模），史江ELASH 1I LASII2ILASH3资料来源：基于FPGA的小卫星通信系统在轨可重构技术研究，史江博、郝3.市场展望：海外市场受数字鸿沟驱动，我国受物联网需 求+有限轨道资源驱动3.1. 全球市场：近50亿的潜在用户数千亿美元的未来市场预计2019到2025年，全球卫星产业收入至少翻

7、倍。随着太空空间探索的逐步深入，国 内外就卫星互联网纷纷展开部署，2019年全球卫星产业总收入为2860亿美元，同比增 长3.20如 预计2025年前,卫星互联网产值可达5600亿8500亿美元。市场潜在用户或接近50亿。卫星互联网的市场规模研判卫星互联网的目标群体包括41 亿人次的航空员工和旅客、3000万人次的航海员工和旅客、约占偏远地区30亿人口（ 1.5亿3亿人）的富裕阶层、3亿人次左右户外旅行探险者等。图26 :全球卫星产业总收入（亿美元）60005000400030002000100002860201960042025E资料来源：新基建”之中国卫星互联网产业发展研究白皮书，创新卫星

8、互联网建设体制抢占未来技术优势，李朋德，赛迪顾问、美国发射卫星颗数未来占比超九成，中国厚积薄发。细分国家来看，预计到2029年全球将 在地球近地轨道部署总计约57000颗低轨卫星。其中美国将部署50 , 000颗占比87,7 ，冲 国将加快布局，预计至IJ 2019年部署1900颗占比3.3 o %87.7%图27 : 2029年全球近地轨道卫星布局及占比（颗,美国 中国 欧洲“其他资料来源赛迪顽间73.2. 国际市场：数字鸿沟”为主要驱动力，加速带动市场需求3.2.1. 移动宽带普及率未过半，卫星互联网是弥合数字鸿沟的最佳手段数字鸿沟指在信息时代工具拥有者和未曾拥有者之间存在的鸿沟。数字鸿沟

9、（Digital Divide ）的概念，最早由美国学者托夫勒在1990年出版的权力的转移书中提出。美 国国家电信和信息管理局（NTIA ）于1999年发布在网络中落伍：定义数字鸿沟报告 中明确。数字鸿沟所体现的差距现象，不仅存在于信息技术的开发领域，也广泛存在于信息技术 的应用领域，并且不着痕迹地渗透在人们的经济、政治、教育和社会生活的方方面面。 由于对信息和网络技术的拥有程度、应用程度以及创新能力的差别，处于鸿沟不幸的一 边成为“信息穷人:就意味着很少有机会参与到以信息化为基础的新经济当中，也很少 有条件体验到在线的教育、培训、购物、娱乐和交往，其与“信息富人”之间的信息落 差，将导致贫富

10、两极分化趋势的不断加大。全球平均移动宽带人口普及率4测，我国占比已达到9S ，除去中国后全球平均移动宽带 普及率更低，可见海外数字鸿沟凸显，而卫星互联网是弥合数字鸿沟的最佳手段。从世 界范围看，卫星通信和地面网络，是解决电信普遍服务问题的两种主要通达手段。下图 可见两种通达手段的“成本距离”规律存在明显差异。从统计学分布特点看，地面网络 建设成本与人口分布高度正相关，并且随着通信距离增加而呈现非线性式的增长，除了 适用于城市地区以外，也适用于网络建设总成本目标能够覆盖住的距离城市较近的农村 地区。而卫星网络建设成本不会随着地理距离的增长而增加，这种成本距离特点就决定了，在边远地区和光纤难以通达

11、区域，以卫星通信方式为主建设网络，是实现有限资源 择优分配、网络整体经济性最佳的解决办法。图28 ：卫星通信和地面网络两种通达手段的成本距离规律网络建设成本资料来源：新基建”时代卫星互联网普惠民生力可行、当有为、闫钊、3.2.2. 下游客户接受度极高，需求端未来增量可期过半美国民众接受并计划使用卫星互联网服务。Reviews.org最近进行的一项调查显示， 超过一半的美国人准备转向美国太空探索技术公司SpaceX的星链卫星互联网服务。调查 显示，在不使用卫星互联网的受访者中，55%的人表示，如果星链卫星互联网的连接速度 更快，他们会永久使用它，即使它的价格高于目前的互联网服务提供商。3.3.

12、国内市场：万物智联+地缘政治+轨道资源不可再生促进产业加速发 展2019年，我国卫星互联网市场规模接近700亿元，预计2020年我国卫星互联网市场规 模将超过800亿元。当前，中国在轨卫星数量位于世界前列，我国商业航天市场的逐步开 放，将带动通信小卫星研制、火箭发射、卫星通信系统终端设备与软件应用市场发展，中 国卫星互联网将迎来高速发展。数字鸿沟问题在我国已基本通过宽带中国战略解决。自2013年“宽带中国”战 略实施以来，我国的宽带普及程度快速提升。截至2019年6月，我国固定宽带用户达 4.35亿，家庭普及率86.1%，人口普及率31.宓，其中光纤宽带用户占比超过舞，远高于 OECD国家26

13、的平均水平。移动宽带人口普及率达到9渐,远高于全球平均水平的硼, 其中4G用户渗透率77.6%，远高于47有 的全球平均水平。3.3.1. 车联网+物联网需求迭起，卫星互联网低成本优势凸显随着5G网络的发展，地面物联网迎来了广阔的应用前景，但成本制约其进一步发展。 2025年全球物联网连接数量将达到甚至超过270亿。但受限于覆盖能力及建设成本，以 互联网、传统电信网、蜂窝网络等为信息承载体的地面物联网的发展受到一定制约。相对于地面物联网，卫星物联网在覆盖范围、通信容量以及网络建设等方面有明显的优势， 尤其是低轨卫星星座系统。由低轨卫星构成的星座系统能够实现对全球的无缝覆盖。新兴 的低轨星座容量

14、提升显著，如星链星座（4 425颗卫星）吞吐量可达到23.7 Tbit/So此外， 低轨卫星空间组网不受地面地形与规划的限制，且在自然灾害导致地面网络被损坏的情况 下仍可正常工作。拥有上述优势的同时，低轨卫星与终端之间的相对高速运动导致终端在 网络中的接入位置不断变化，严重影响服务的连续性和可靠性。为了保障网络服务质量， 移动性管理是面向6G卫星物联网的关键。图29 ：卫星物联网应用场景图30 :卫星物联网结构智遇城市 智能家居物流运输智悬交通资料来源：6G卫星物联网移动性管理：挑战与关键技术、白卫岗，盛敏， 杜盼盼、(a)间接接入(b)直接接入资料来源：6G卫星物联网移动性管理：挑战与关键技

15、术、白卫岗，盛敏，杜 盼盼、地面应用端我们认为低轨卫星互联网组网完成后将有力驱动以智能汽车产业为代表的大 规模车联网市场行业发展。据中国产业信息网披露2019年全球汽车产量达到9217 6万 辆2020年产业受疫情影响较大产业数据失真从中长期看汽车行业仍将保持稳定发展态势 预计至2024年全球汽车产量将达到11 470万。图31:全球汽车产量预测(万辆)15,00012,0009,0006,0003,00002019A2024E图32 :低轨卫星互联网地面应用增量空间(亿美元)7002019A2024E资料来源：中国产业信息网，CNBC ,资料来源：中国产业信息网，CNBC ,以此产量为基数在

16、全球汽车产量保持不变的情况下若汽车产业实现由传统汽车向智能汽 车的迭代替换则低轨卫星互联网地面应用端将会带来573.35亿美元增量市场空间。产品 单价按照starlink终端单价499美元台进行计算。国内的天通一号、北斗系统均可提供卫星物联网服务。鸿雁、虹云等低轨星座计划相继发 布，首个“天基物联网”被命名为行云工程K计划由80颗低轨卫星组成。此外，九天 微星的“瓢虫系列7颗卫星于2018年成功入轨，在野生动物保护、野外应急救援、车辆 船舶监测、物流追溯等领域开展星座物联网验证。2019年，北京国电高科科技有限公司研 制的天启沧州号卫星成功入轨，实现了天启物联网星座初步组网运行。3.3.2.

17、空间轨道和频段这些不可再生的战略资源将日益紧缺境外卫星互联网一旦完成频率与轨道占位，我国将可能面临被迫关闭部分或整个网络的 颠覆性风险当前。随着美国“星链”计划启动，全球低轨星座发展已全面进入竞争提速 期，空间轨道和频段这一不可再生的战略资源将日益紧缺。因此，各国政府力量加速加 力介入：美国军方多项目并行推进“星链”计划星座开发应用、英国政府收购卫星运营 商One Web、加拿大政府斥巨资扶持本国的电信卫星低轨公司(Telesat LEO)、俄罗斯利用 俄罗斯国家集团(R oscosmo s)统筹加快卫星星座建设。以上举动充分说明，各国已经 充分认识到轨道频率资源的重要战略地位，并加大力度争相

18、抢占。我国目前仅有3颗在 轨运行的低轨宽带通信卫星，卫星互联网建设已经较为滞后.图33 :我国卫星互联网现状短期：LEO/MEO卫星布局存在空 中期：导致LEO/GEO系统研发与 长期：导致在市场爆发式机遇出现白管理能力滞后后，竞争劣势维持时尚未做好充分的商业化准备资料来源：SpaceX, Oneweb,罗兰贝格、3.3.3. 政治的不确定性使实现自主可控成为我国发展卫星互联网重要战略实体名单限制引发政治不确定，自主可控是发展卫星互联网的重要策略。2019年以 来美国将多家中国机构与公司列入出口管制“实体名单:限制零部件的购买。当前国际 形势日益复杂，可能为通信卫星的发展带来风险，因此，我国高

19、通量卫星要坚持向自主 可控方向发展，包括产业链以及轨道的自主可控。高通量卫星是未来空间网络基础设施，软硬件及管理能力缺一不可，政治的不确定性将 给高通量卫星发展带来挑战。产业链上，我国在电子元器件、应用系统和运营服务等领 域能力有待加强。卫星类型上，我国GEO高通量卫星经验相对丰富，但LEO/MEO卫星 星座需要进一步布局。3.3.4. 中国投入比例小于10%，国内市场化程度有极大提升空间全球航天领域的投资近年来明显升温，预计中短期内仍将持续增长。类型上，低轨卫星 的投资将占据主流。地区上，美国占主导地位，中国资本比例小于10% ,仍有上升空间。图34 ：全球资本市场对航天产业的投资近五年来，

20、全球航天产业的投资额达到138 亿美金，是上一个五年的两倍有余美国公司占据了近期全球航天产业投资 70%-80%的份额新兴太空企业投资地区份额亿美元，%美国企业非美国企业33201620172018资料来源:Bryce Start-Up Space 2019 ,罗兰贝格、3.3.5. 扬帆起航，我国新基建等政策大力推动星地融合通信时代2020年4月20日，国家发改委首次将卫星互联网和5G、工业互联网等一起列入信息基 础设施，明确了建设卫星互联网在新一代信息技术演进上的重大战略意义。在3Gpp RAN主导的5G NR （新空口）网络标准中，非地面网络（NTN ）技术也将卫星和高空平台作 为重要的

21、研究方向，已经有众多参与方提交并形成了一系列重要的技术报告，并积极推 进相关的技术规范制定工作。图35 ：国内卫星通信相关政策及重大部署2国家民用空间基5出设施中长期发展规划（2015-2025年）国家创新驱动发展战略纲要国务院办公厅关于 推进国防科技工业军 民融合深度发展的意 见工业和信息化部关 于工业通信业标准化 工作服务于一带一 路”建设的实施意颂工业和信息化部关于 规范对地静止轨道卫星十三五”国家 战略性新兴产业发 展规划:信息通信行业发展规 划（2016-2020年）固定业务Ka频段设置使工 用动中通地球站相关事宜的通知工业和信息化部办公 厅、国家广播电视总局 办公厅关于进一步加强

22、广播电视卫星地球站干扰保护工作的通知201520162017201820192020资料来源：新基建”之中国卫星互联网产业发展研究白皮书，赛迪顾问、4.发展趋势：融合5G、开发AI、低轨高通量卫星技术及太赫兹 等频率资源助力6G1）卫星通信和5G基站两者在信号覆盖上形成良好互补。卫星通信最大的优点是能够以 较低的成本解决全球信号覆盖的问题，能确保网络信号在飞机上、海洋上乃至戈壁荒 漠也能随时随地的畅通，可以说卫星通信和5G基站两者在信号覆盖上互补，未来将 协同发展。2）太赫兹频段适用于卫星通信，将在未来6G通信和天地一体化信息网络中发挥关键作 用。卫星通信带宽需要的持续增长将需要开发EHF、太

23、赫兹、激光等频率资源。太赫 兹不仅可以用于高速传输，还可以用于检测、成像，将在未来6G通信和天地一体化 信息网络中发挥关键作用。3）传统到高通量卫星转变可实现吞吐量实现提升。高通量卫星（HTS , High Throughput Satellite ）,也称高吞吐量通信卫星。通俗地来形容，从传统通信卫星到 高通量卫星的转变，相当于把家庭上网从电话拨号升级到了百兆宽带。4）低轨卫星互联网星座可实现：高带宽、高性能全球覆盖、可便携式 嵌入式终端、低 成本、边际成本的全球互联服务。按照轨道高度，卫星主要分为低轨、中轨、高轨三 类，其中低轨卫星由于传输时延小、链路损耗低、发射灵活、应用场景丰富、整体制

24、 造成本低，非常适合卫星互联网业务的发展。现有中高轨道通信卫星仅解决全球基本 覆盖问题，技术特点无法满足全球互联接入需求。5）基于人工智能及云计算的卫星管理系统：降低了卫星任务管理成本，解决卫星数量呈 指数级增长所带来的数据量爆炸的问题。4.L低轨卫星与5G融合架构形成无缝衔接通信网络低轨卫星与5G互补应用场景分析：低轨卫星通信不可替代的优势在于全球无缝覆盖，特别是接入点分散时的低成本优势， 与5G互补，将覆盖5G因技术或经济因素无法建设和运行的偏远地区、空中、海洋、沙 漠、山区、森林等。在成本可接受的情况下，卫星通信具有其独特应用价值，但绝不是 替代5G。（1）增强型移动宽带（eMBB ）应

25、用场景“星链”等低轨卫星的优势是服务于偏远地区的住户、空中的飞机乘客、海洋与大湖中 船舶的船员和乘客、穿越荒漠的火车乘客、野外科考者等。大多数的卫星终端形态是机 载、船载、车载的客户端设备（CPE）,提供Wi-Fi接入；野外科考者利用便携卫星终端 直接通信。而对于城市普通用户而言，5G手机的小体积、大带宽和低资费仍具有绝对优 势。（2 ）万物互联（mMTC ）应用场景针对沙漠与海洋等油井和天然气井、采矿等野外作业、环境和气候监测、货运与交通长 距离监测跟踪、边境和边防的电子围栏等行业应用场景，低轨卫星具有全球覆盖和成本 比较优势。（3 ）低时延高可靠（uRLLC ）应用场景对于时延敏感业务卫星

26、通信处于绝对的劣势。5G的空口时延是毫秒级；而低轨卫星的 空口时延达数十毫秒，车联网、工业互联网等应用场景的低时延和高可靠性要求是其无 法满足的。陆地移动通信基站分布密度与人口密度的地理分布、经济发展状况是正相关 的，从1G到4G都是这样。人口稠密、经济发达，则基站密度高；反之，人口稀疏、经 济落后，则基站密度低。另外，基站优先建设在人口稠密和经济发达的城市和工业园区 等，再扩展到人口相对稀疏、经济欠发达的郊区和农村。而5G目标是服务于千行百业和万物互联，那么按道理说未来5G基站分布将取决于人口 分布或行业应用需求。矛盾点就在于人的活动空间是相对集中的，而行业应用中需要通 信与监控的物体在地理

27、与空间分布上是相对分散的。某些行业应用需求是5G由于技术或 经济因素很难实现的，特别是空中飞机及无人机、海上油井和船舶、森林防火及野生动 物的视频监控、天然气管道及电力线路和铁路沿线的巡检、边境线的防控等应用场景。 即使在陆地的物联网行业应用，采用5G覆盖，前期商业模式面临很大的挑战，收入规模 与5G建站和运维成本不相匹配。这就给低轨卫星通信带来了商机，全球覆盖，且成本敏 感性与行业应用的地理位置和通信接入点区域密度没有直接相关性，特别是对于低密度 用户接入场景下的宽带互联和通信更具优势。若通信对象在一定区域（如几平方千米到 几十平方千米）是密集的，则5G基站还是有优势的，回传（中继）则可以是

28、卫星通信， 如一个海洋孤岛、沙漠中的页岩油开发区等。图36 :低轨卫星与5G网络融合架构低轨卫星卫星信号塔通信链路固定终端乍载终端低轨R星星座天线及筑源0及馈源云处理平台信关站无星间链路低轨卫星管尸！、监测监控中心管理、监测融合协同资料来源：赛迪顾问、LEO与5G网络的融合旨在形成一张无缝衔接的通信网络，覆盖地球上除极地以外的绝大部分区域，实现空、天、地一体化通信，其融合网络架构如上图，系统包括：力 终端（UE ）:以手机、pad为代表的传统用户终端（UE ）和车载卫星、机载卫星等卫 星终端。b用户链路（Service Link ）: UE和卫星、基站之间的链路。）空间平台（Space Pla

29、tform ）:具备星上数据处理及数据透传能力的卫星。&星间链路（Inter-Satellite Links ）:具备星座内或星座间数据透传的激光或微波链路。e ）信关站（Gateway ）:负责地面网络与卫星网络通信的关口。f）馈电链路（Feeder links ）:卫星与地面控制站相互通信的链路。LEO网络与地面5G网络融合包括以下方面，从最低程度覆盖融合向最高程度系统融合递 进。a）覆盖融合：LEO网络作为地面移动网络的补充，用于覆盖地面移动网难以覆盖的高山、 荒漠、海洋等区域，仍是相互独立的网络。b）业务融合：独立组网为用户提供相似的服务内容及服务质量，能达到相当水平的服务 标准。c）

30、用户融合：用户使用同一ID可接入2种网络，依据网络场景及网络质量选择通信网 络，可自动完成网络切换。d）体制融合：二者之具有相同的网络架构、传输和交换协议，终端、地面基站、信关站、 卫星可使用相同的技术机制。e）系统融合：LEO通信网与5G网络完全融合，形成一张网络，实现空天地一体化无缝 衔接，采用相同的资源调度、计费、漫游方式。现阶段5G网络与LEO网络的融合大多是网络架构层面的融合，实现二者之间的网络互 通、架构互联，可完成多种不同类型的终端之间数据互通，通过云平台的调度完成融合终 端的无差别服务提供。在下一阶段的研究方向中，将重点实现5G网络与LEO网络之间在 物理层解决方案、接口架构、

31、核心网结构、鉴权管理解决方案、基于3Gpp标准的协议和 资源控制、通用地面无线接入体系结构和接口协议规范以及服务和系统方面的融合。4.2. EHF、太赫兹、激光等频率资源是6G天地一体化信息网的技术基石表2 :卫星通信使用无线电频率概况频段频率范围使用情况L”2GHz资源几乎殆尽；主要用于地面移动通信、卫星定位、卫星移动通信及卫星测控链路等S24GHz资源几乎殆尽；主要用于气象雷达、船用雷达、卫星定位、卫星移动通信及卫星测控 链路等C48GHz随着地面通信业务的发展，被侵占严重，已近饱和；主要用于雷达、地面通信、卫星 固定业务通信等X8 12GHz通常被政府和军方占用；主要用于雷达、地面通信、

32、卫星固定业务通信等Ku12 18GHz已近饱和；主要用于卫星通信，支持互联网接入Ka26.5 40GHz正在被大量使用；主要用于卫星通信，支持互联网接入QA/36 46GHz/46 75GHz开始进入商业卫星通信领域太赫兹O.l-lOTHz正在开发资料来源低轨卫星通信网络领域国际竞争态势、动因及参与策略、吴奇龙等，大力开发EHF、太赫兹、激光等频率资源以形成天地一体化信息网。频率是通信的基础 和带宽的源头。频段越高，频率资源越丰富，能够提供的带宽越大。经过多年的发展， 卫星通信中的L、S、C、Ku频段资源已几乎被使用殆尽，Ka频段正在被广泛应用。与此 同时，卫星通信的C、Ka频段也要面对5G网

33、络的激烈争夺。2018年底，由Intelsat、 SES、Eutelsats Telesat全球四大卫星通信运营商组成的C频段联盟同意让出200MHz供5G网络使用，这要求卫星通信行业必须大力开发EHF ( Q/V/W ).太赫兹、激光等更高 频段的频率资源。太赫兹适用于卫星通信，将在未来6G通信和天地一体化信息网络中发挥关键作用。卫星 通信带宽需要的持续增长将需要开发EHF、太赫兹、激光等频率资源。太赫兹不仅可以用 于高速传输，还可以用于检测、成像，将在未来6G通信和天地一体化信息网络中发挥关 键作用。太赫兹频率在O.l . lOTHz之间，兼有微波和光波的特性，具有频谱资源丰富、抗干扰能

34、力强等技术优势,其理论传输速度可达lTbps，是5G的50倍，4G的1000倍。2018年 5月，Tektronix/IEMN ( 一个法国研究试验室)在252-325GHZ频段实现了 lOOGbps无线 传输(最近IEEE 802.15.3d标准卜日本总务省规划将在2020年东京奥运会上采用太赫兹 通信系统实现100Gbit/s高速无线局域网服务。由于太空中没有水分吸收问题，太赫兹特 别适合用于卫星通信。4.3. 推动高通量系统技术发展实现吞吐量提升图37 :高通量卫星对比传统通信卫星传统通信卫星高通量通信卫星高通量通信卫星3大特征频段 拓展技术升级多点波束：使用大量点波束实现广域范围覆盖频

35、率复用：点波束之间可以实现子波段的复用, 增加频谱利用率和卫星通信容量波束增益: 波束宽度窄提高天线增益，降低终 端天线口径，提高频谱利用率，提高数据传输速率宽波束覆盖低频段：Lx S、C为主以GEO轨道为主大量点波束广域覆盖 高频段：Ku、Ka为主 在GEO轨道基础上， 拓展MEO/LE。轨道高速频段：使用雨衰较大，但适合高数据传输的 Ku、Ka波段，提升通讯速率资源丰富: Ka频段可用频带宽高达3.5GHz,超过现 有有L、S、C、Ku频段总和轨道 开发 (f)主流GEO：地球同步轨道(GEO)单星覆盖区域广, 组网简单运维成本低，但是资源接近饱和热点MEO/LEO:中低轨资源丰富，且可实

36、现多种 高度、多种轨道面的三维立体布局资料来源：Telenor,国际太空，罗兰贝格、传统到高通量卫星转变可实现吞吐量的提升。高通量卫星(HTS , High Throughput Satellite),也称高吞吐量通信卫星。通俗地来形容，从传统通信卫星到高通量卫星的转变, 相当于把家庭上网从电话拨号升级到了百兆宽带。高通量卫星呈现轨道多样化、高频拓展的发展特点，供应量预计将大幅增加，预计 2018-2024年CAGR 1.7%，从2018年的%提升到2024年的2笔。地球轨道通信卫星相 对于传统的高地球轨道卫星，具有轨道多样化、微型生产批量化、终端小型化、时延低、 频率复用率高、能够覆盖全球等

37、特点。从全球高通量卫星容量供应来看，2009年之前，全 球只有北美洲和亚洲地区部署高通量卫星。2010年以来，高通量卫星系统开始加速发展， 目前已经成为卫星容量供应量增量的主要推动因素。高通量卫星容量供应量在2018年达到 1.8Tbit/s ,预计至11 2021年可用容量达到3.8Tbit/so多个低轨宽带星座全面投入运营的时 间均设在2022年前后，因此预计2022年的可用供应量将大幅增加，达到10.8Tbit/s。图38 :通信卫星行业发展趋势(亿美元)CAGR,18-24E29.7%-3.4%资料来源：高通量卫星发展趋势报告，罗兰贝格、在高通量卫星时代，卫星使用场景不再局限于手持一台

38、笨重设备，到处搜索卫星信号， 只为了打一通电话，而很可能是你用自己的手机连上了 Wi-Fi，享受着与日常无异的上网 体验，而远程的信号传输则是由卫星来完成。高通量卫星有3大特征：1）技术升级；2 ）频段拓展；3 ）轨道开发。1）技术升级：高通量卫星是相对于使用相同频率资源的传统通信卫星而言的，主要技术 特征包括多点波束、频率复用、高波束增益等；2）频段拓展：高通量卫星逐渐向更高频段发展，因传统使用的C、Ku频段逐渐饱和，如 使用Ka频段的中国首颗高通量卫星中星16号，又例如银河航天的使用Q/V频段的5G 通信卫星。Ka频段可用于同步卫星通信的带宽达到3.5GHz ,超过了现有的L、S、C、Ku

39、 频段的总和。此外，Ka高通量卫星还具有频率高、抗干扰性强、天线灵活易控等优势；3）轨道开发：地球同步轨道轨位属于战略资源，由国家向国际电信联盟（ITU ）申请，遵 循“先申报先使用”的原则。但赤道同步轨道仅此一条，资源相当紧张。据学者测算，地 球同步轨道可容纳卫星1800颗。根据国际电联（ITU ）统计，目前在轨运行的同步轨 道卫星共计522颗，另有登记在册未发射的卫星超过800颗，考虑很多轨位处在太平洋、 大西洋等广域海洋上空，可利用性较小，而人口密集的亚洲、欧美地区可用轨位十分有 限。4.4. 低轨卫星互联网星座是实现全球互联的核心解决方案低轨卫星互联网星座可实现：高带宽、高性能全球覆盖

40、、可便携式 嵌入式终端、低成本、 边际成本的全球互联服务：五大特点：工）高稳定性：系统抗灾害能力强，局部的自然灾害和突发事件几乎不影响系统正常工作。2）低时延：卫星处在近地轨道运行，天地之间的通信距离较短，通常在350 1 000 km , 与高轨卫星相比，通信距离明显缩短，可提供更加实时的信息传输。3）低成本轻量化终端：低轨卫星在地面终端和卫星轻质量化、低功耗化方面具备明显优 势。由于低轨通信距离较短，无线通信信号的衰减明显减弱，与使用相同频率的高轨卫 星相比，设备和卫星所需要的发射功率、接收灵敏度都低，功耗下降明显，可应用嵌入 式技术打开广阔应用场景。4）不依赖地面基础设施：星座卫星数量庞

41、大，可实现天基中继传输，从而摆脱对地面基础4 3G wifiINTERNET PENETRATION BY REGIONREGIONAL PENETRATION FIGURES. COMPARING IM1ERN6T USERS TO IOTM POPULATIONNORTHERNTHECARMUNNOCHERNEUROPEEASTERN EUPOPtWtSTEfiN QW KRBEurope miSOUTHERNUROPNOPTKONAFMCAWESTERN ffWfB AFWCAwe socialSOUTHAMERICAGLOBAL AVERAGE: 63%MOOLI WESHRN0MB

42、EASTERNId AFRICASOUTYRNAFRICASOVTHEDNA$UCXX1MAJ Hootsuite*资料来源:Extremetech ,资料来源:digitalmarketingcommunityx全球互联网渗透率趋缓，传统通信骨干网络在人口与互联网渗透低区域难度大，卫星互 联网因其广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点成为关注焦点。互联网渗透低意味着 该区域缺乏基础设施配套如光纤骨干网、能源网络缺失等；人口密度低或意味着运营商 投资回报不成比例。剩余未连入互联网区域一定程度存在上述两类问题造成普及障碍。 基于卫星通信的互联网，通过一定数量的卫星形成规模组网，从而辐射全球，构建具

43、备 实时信息处理的大卫星系统，是一种能够完成向地面和空中终端提供宽带互联网接入等 通信服务的新型网络，具有广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点。图5 ：互联网用户增速逐渐趋缓，基站建设成本在偏远地区过高图6 :传统通信骨干网络在人口与互联网渗透低区域难度大，卫星互联网在乡村地区具备成本优势互联网用户增速逐渐趋缓网络建设成本FcreC资料来源:SeekingAlpha ,卫星通信因为其天基网络便于实现全球覆盖的优点，正成为通信行业对未来全球物联网及 6G技术演进的重要研究方向之一。6G网络将融合陆地无线移动通信、中高低轨卫星移动 通信及短距离直接通信等技术，将通信与计算、导航、感知、智能相融合，

44、通过空、天、 地、海泛在覆盖的网络连接实现全息泛在的智能高速宽带通信。图7 :物联网通信方式受制于通信基础设施的发展物联网通信方式图8：卫星物联网形成天地互连/y卫星物联网j卫星通信网络以其常态化、无隆覆盖的特点弥补地面网络盲区。作为地面网络的补充、延伸、中继和备份，与“地面物联网相结合物联网很大程度上受制于通信基5出设施的发展，目前的三种通信方式：地 面有线网、地面无线网和卫星通信网.地面通信网其覆盖能力受限；我国80% 以上的陆期口95%以上的海洋面积的无地面网络覆盖。黄科米冰：六遇一亏”上.星移动词恬系统发展与物联网电用，土杷石、所形成的“空天地”物联网，可以充分利用卫星的通信与数据传输

45、 功能，实现地面与太空无缝融合、天地一体的愿景。设施的依赖。5）可实现全球覆盖：通信不受地域限制，并能够将物联网扩展到远海和天空。表3:卫星轨道细分分类卫星轨道类型轨道高度卫星用途LEO （低地球轨道）3002000千米对地观测、测地、通信等MEO （中地球轨道）200035786千米导航GEO （地球静止轨道）35786千米通信、导航、气象观测等SSO （太阳同步轨道）高度小于6000千米观测等IGSO （倾斜地球同步轨道）35786千米导航资料来源：赛迪顾问、按照轨道高度，卫星主要分为低轨、中轨、高轨三类，其中低轨卫星由于传输时延小、 链路损耗低、发射灵活、应用场景丰富、整体制造成本低，非

46、常适合卫星互联网业务的 发展。现有中高轨道通信卫星仅解决全球基本覆盖问题，技术特点无法满足全球互联接入需求现有的中高轨道卫星解决了地球的覆盖问题，相当于移动通信的2/3G网络，仅提供基本 语音和低容量的数据业务。中高轨卫星设计要求穿透性强、信号覆盖面积大，一般采用的低频段波段。其组建一个 完整覆盖地球的卫星数量少（如中国天通一号高通量卫星单一一颗可覆盖全国b但存在两大问题：（1 ）地面终端要求严格无法脱离成熟通信基础设施向所有无基础设施区域用户提供性 价比高的数据业务。（2 ）带宽有限，导致可容纳用户数量有限，无法满足全球海量用户的互联容量需求。因 此传统中高轨道卫星通信主要用于特定用户的信息

47、互联或电视转播。4.5. 基于AI技术的卫星系统自主任务控制和切换将成重要趋势一星多用、多星协同、天基组网、智能自主为未来重要技术发展趋势。随着低轨通信 星座的大规模部署，星座运控成为运营商面临的现实问题。通过软件技术实现卫星的自主 任务控制和切换，打造太空云平台，可极大降低未来大规模星座地面运控的复杂度。同时， 随着未来太空中卫星数量的高速增长，卫星轨道逐渐拥挤，碰撞风险不断增加，自主运行 卫星可实现在轨自动避让等操作。目前来看，无论是洛马公司基于软件定义无线电技术 的“智能卫星”（Smartsat黑杰克“项目的赌台官（PitBoss ）,还是美国空军拟打造的“变色龙”（Chameleon ）星座计划，都属于这一范畴。特别是“黑杰克”项目所体现出