TC5-2018-021-卫星通信发展趋势-中国卫通

卫星通信发展趋势沈永言2018年4月报告内容一、卫星通信的发展状况二、卫星通信的发展趋势三、卫星通信的若干思考一、卫星通信的发展状况•1957年，前苏联发射了第1颗LEO卫星－Sputnic。•1973～1976年第一代45Mbit/s、0.85多模光光纤通信系统研制成功。•1978年，美国贝尔实验室发明先进移动电话系统(AMPS)。◇卫星产业是太空产业的主体。它利用空间资源，提供通信、遥感、导航定位之类信息产品和服务；◇2016年，全球在轨卫星1459颗，通信卫星710颗，比例达48.6%，其中商业通信卫星535颗，占比37%。在商业卫星中，GEO卫星为335颗，占比63%；LEO卫星为185颗，占比35%；O3bMEO16颗。◇2016年，全球太空产业总收入2605亿美元。其中，卫星服务1277亿美元，地面设备制造1134亿美元，卫星制造139亿美元，卫星发射55亿美元。卫星通信行业的地位◇卫星产业是电信产业的组成部分。光纤主要用于骨干传输和固定接入，地面无线主要用于移动接入，卫星通信可用于骨干传输、远程接入、移动通信、空天地海覆盖。◇2016年，在全球卫星服务1277亿美元产值中，商业消费类通信为1047亿美元，占82%。行业结构与运营商经营规模四家中低轨卫星运营商16四十四家卫星运营商业务结构我国在轨商用卫星中星16高通量卫星卫星名称中星16号轨道位置东经110.5度发射日期2017年4月卫星平台东方红三号B卫星平台设计寿命15年转发器配置26路Ka频段转发器波束配置26个用户波束3个馈电波束起飞重量4600公斤功率7800瓦卫星姿态精度滚动±0.06°俯仰±0.06°偏航±0.2°轨道精度东/西±0.05°南/北±0.05°覆盖范围覆盖我国大部分地区天通一号移动通信卫星网络流量剧增二、卫星通信的发展趋势之一——网络宽带化应用场景泛在三大带宽来源1相位1比特1相位2比特1相位3比特◇DVB-S：1994年推出；◇DVB-S2：2003年推出；◇DVB-S2X：2013年推出。三代调制技术HTS的技术演进与经济性能全球HTS的容量供求情况卫星通信的发展趋势之二——覆盖星座化◇三大低轨星座系统全部在向二代升级，宽带化、综合化是基本趋势。◇铱星二代增加KaIP接入、遥感、导航增强、ADS-B、AIS等功能；◇全球性二代推出基于卫星的WiFi热点、移动视频服务；◇轨道通信二代增加AIS等功能，单星容量是一代的六倍。代表性的中低轨星座系统◇2016年，SES花费10.3亿美元收购了O3B剩余的50.5%股份。◇2015年，Intelsat投资2500万美元于OneWeb。◇Telesat力图开发自己的LEO星座。◇JSAT最近在LeoSat中投入了一笔没有公开数目的资金。◇2018年3月8日，Eutelsat宣布建设针对物联网应用的LEO卫星星座，命名为ELO（EutelsatLEOforObjects）。五大卫星运营商对中低轨卫星的态度◇中国航天科技集团“鸿雁星座”初期将建设54颗卫星，最终超过300颗；◇“鸿雁星座”具有数据通信、导航增强等功能，为用户提供全球无缝覆盖的数据通信和综合信息服务。◇2018年3月，中国航天科工四院正式启动“行云工程”天基物联网卫星组建工作；◇该工程计划发射80颗行云小卫星，建设低轨窄带通信物联网卫星星座，实现全球覆盖，将分α、β、γ三个阶段分步建设。“虹云工程（福星系统）：卫星数量156颗小卫星卫星重量不超过500kg卫星寿命大于5年轨道面数13关口站数10轨道高度约1000km轨道倾角80单星点波束56个覆盖半径约1800km通信体制天星地网，透明转发覆盖范围支持全球覆盖，用户通信仰角不小于20°单星吞吐量4Gbps峰值通信速率40Mbps下行/40Mbps上行馈电链路频率20.2-21.2GHz(空对地)/28.5-29.5GHz（地对空）用户链路频率19.7-20.1GHz（空对地）/29.5-29.9GHz（地对空）热点形式2G、3G、4G、LAN、WiFi等◇中国电科集团牵头设计的空天地一体化信息网络：◇该系统由不同轨道上的卫星构成一体化的高速宽带大容量信息网络，即天基、空基和陆基一体化综合网络。；◇该系统的服务对象是地面、海上、空中和深空等各种用户。◇2015年世界无线电通信大会（WRC-15）之后，5G与卫星运营商对C频段使用权的争夺变得激烈；◇传统C、Ku轨位已经饱和，Ka频段也已充分使用。卫星通信的发展趋势之三——传输高频化1、Q/V频段◇Q频段指33-50GHz，V频段指50-75GHz，都属于EHF。◇该频段最具代表性的应用案例是美国Milstar系列卫星及其后续星AEHF卫星，它们星间链路工作于60GHz；◇2013年，TAS公司发射的Alphasat卫星搭载了Q/V频段通信载荷，上行频率48GHz，下行频率38GHz；◇2016年3月，Eutelsat率先在其Eutelsat65WestA卫星上进行Q/V波段通信；◇ViaSat、Inmarsat、OneWeb、O3b、Iridium等运营商也开始EHF方面的研发；◇采用Q/V频段作为关口站馈电链路，Ka频段可完全用于用户链路，可扩大通信容量，减少关口站数量。2、太赫兹（THz）◇THz频率在0.1-10THz之间，THz用于卫星通信可以获得10Gbps，这比当前的宽带技术快几百至一千多倍；◇由于缺乏高效的发射天线和信号源，THz目前还无法在通信领域商业化。3、激光◇激光可用频率资源要比微波高3-5数量级，激光通信可分为地面大气通信、宇宙空间通信和光学纤维通信；◇卫星激光通信具有容量、尺寸、安全、功耗等优势，有GEO-GEO、GEO-LEO、LEO-LEO、LEO-地面等形式；◇多年来，以美国、欧洲、日本制定了一系列卫星光通信研究计划，目前开始进入实用化阶段；◇2016年，我国成功进行了星地双向激光通信试验，传输速率达5.12Gbps。◇小卫星技术广泛应用于遥感、导航、通信、科研等各个领域；◇2014年，全球共成功发射500kg以下小卫星162颗，占全球同期入轨航天器总数的61.8%，同比增长22.7%；◇2014年Skybox发射的第二颗Skysat与第一颗质量一样，都是91kg，而PlanetLabs发射的71颗Flock-1遥感卫星质量只有5kg。◇小卫星质量都在几百kg，如Iridium二代星800kg，Globalstar二代星700kg，Orbcomm二代星157kg，O3b卫星低于700kg，OneWeb卫星约200kg；◇通信小卫星的发展动力来自于低轨星座卫星的批量生产、发射、运营需求，其产业基础是即插即用、商业现货（commercialofftheshelf，COTS）以及工业级产业的运用。卫星通信的发展趋势之四——卫星小型化◇传统通信卫星设计在发射前两三年就要冻结，技术状态在入轨后的十五年时间内无法更改；◇所谓灵活卫星，主要是指在卫星在轨服役期间，可以动态调整星上资源，以应对市场需求或企业商业模式的变化；◇灵活载荷主要形态有：连接灵活性带宽灵活性频率灵活性功率灵活性路由灵活性覆盖灵活性。卫星通信的发展趋势之五——载荷灵活化◇卫星发射主要有火箭直接发射入轨和在轨航天器二次释放两种方式，其中“一箭多星”是小卫星发射的主流方式；◇2014年，俄罗斯Dnepr火箭成功完成一箭37颗卫星发射，创造了“一箭多星”新纪录；◇2015年9月20日，我国新型运载火箭长征六号在成功将20颗微小卫星送入太空，创造了中国航天“一箭多星”发射的最高纪录；◇2017年2月15日，印度空间研究组织ISRO成功一箭发射104星；◇2018年3月30日，美国SpaceX使用二手“猎鹰9号”将第五批、总计10颗IridiumNEXT卫星送入轨道；卫星通信的发展趋势之六——发射多星化卫星通信的发展趋势之七——定轨电推化◇化学推进系统占静止轨道卫星总质量的40%，电推进可节省多达50%的质量；◇电推进可以降低发射质量、增加卫星有效载荷、延长工作寿命、提高性价比；◇2012年3月，波音公司702SP全电推平台赢得了包括4颗卫星在内的首个订单，开创了电推时代；◇由于全电推卫星需要花数月时间才能最终实现定点，目前，电推进主要用于位置保持；◇截至2016年底，全球共签订18颗全电推通信卫星，其中2014年至2016年签订13颗，呈现逐年稳步增长的势头。卫星通信的发展趋势之八——应用移动化卫星通信的发展趋势之九——天线平板化◇天线是卫星通信终端系统中的主要组成部分，它同样决定卫星通信系统的可用性；◇机载、船载、车载等移动应用的普及程度取决于终端天线的尺寸、性能和价格；◇低轮廓、小尺寸、平板化、电调控化是终端天线的主要发展趋势；◇Phasor（电调）、Kymeta（超材料）和C-COM（相控阵）等主流的天线先锋公司。1、集中与分散◇卫星通信具有规模经济性质，并购是主要成长方式，集中是重要发展趋势；◇2001年，SES收购GE公司；2003年，Intelsat收购劳拉天网卫星公司北美系列卫星；2005年，Intelsat并购泛美卫星公司；2005年底，SES并购荷兰NewSkies公司；2013年，Eutelsat收购墨西哥Satmex公司；2013年，Arabsat收购希腊卫星公司99.05的股权；◇卫星通信产业集中的同时，亚太、非洲地区国家性、区域性的卫星公司在不断涌现，如ABS等。产业集中和分散会同时增加卫星通信行业竞争的激烈程度。卫星通信的发展趋势之十——运营多元化2、高轨与中低轨◇Intelsat与OneWeb的联盟、SES对O3b的并购，以及其它固定卫星运营商对低轨星座投资表明，高中低轨道融合运营时代到来。融合能加强业务性能、服务能力3、单一与综合（移动与固定、通信与广播）◇Intelsat与OneWeb的联盟、SES对O3b的并购、AT&T对DirecTV的并购、DishNetwork与ViaSat的合作、SkyUK的跨界经营，表明卫星通信进入单一与综合业务经营并存时代。4、政府与民间◇国际上，现有卫星运营商既有政府控股，也有私人资本控股；OneWeb、SpaceX新兴卫星运营商大都是具有航天技术和互联网背景的私人企业；◇国内，军民融合、一带一路等战略正在激励明日宇航（自建卫星）、星空年代（轨位合作、卫星自建）、华讯方舟（自建卫星）、达华智能（海外并购）、九天微星（微小卫星设计）、航天驭星（商业航天测控）等民营企业进入卫星通信市场。卫星通信的发展趋势之十一——视频高清化三、卫星通信的若干思考1、宽带接入和电视直播是事关民生建设和文化发展，也是卫星体通信的两个主要应用领域，国家相关部门应该大力促进Ka宽带通信在这两个领域的应用；2、基于小卫星的低轨星座是高通量之外最重要的卫星通信发展方向，可以实现全球无缝覆盖，可以与5G相互补充，具有互联网和物联网通信、导航增强、视频遥感等多方面的商业和军用价值，我国应该统筹规划，综合利用；3、全球化、天地一体化运营要求卫星通信必须具有足够的灵活性和应变能力，我国要加强卫星灵活性技术的研究和应用；4、终端天线的性价比同样决定卫星通信的市场接受程度，我国应该大力发展平板天线；5、卫星轨位和频率是不可再生的战略性资源，通过常规途径获取轨位和频段将愈发困难，这需要国家相关方面和企业加强协作，通过兼并的商业途径获取轨位和频率资源。6、在天地一体化时代，卫星通信与地面通信需要协同发展，加强卫星通信标准化工作。谢谢！