卫星互联网产业市场趋势分析

卫星互联网产业市场趋势分析一、卫星互联网可实现全球覆盖，是星地融合网络的重要组成部分卫星通信一般使用L、S、C、X、Ku和Ka频段电磁波，最常用的是C和Ku频段，已经接近饱和，更高频段的Ka、Q、V频段开始进入商业卫星通信领域。低频率(如L、S、C频段)电磁波，增益低、雨衰小、需要天线口径较大，更适合对通信质量有严格要求的业务场景，目前该频段空间资源紧张；高频率(如Ku和Ka频段)电磁波，增益高、雨衰大、需要天线口径较小，带宽大，适合数据高速传输的业务场景。不同轨道的卫星通信各具优点。GEO：技术成熟，覆盖面广，但传输时延和链路损耗大，同步轨道资源紧张、卫星造价高、通信容量有限，高纬度地区不能覆盖，GEO卫星向高通量卫星（HTS）发展，单星容量有了极大的提升，从几Gbps提高到近1Tbps。LEO：大规模组网实现全球覆盖，传输时延小、链路损耗小，单星的质量轻、结构简单、发射灵活、制造成本较低，可以大规模灵活部署，是目前卫星互联网建设的重点。但系统容量利用率较低，且涉及多波束、波束捷变等技术，技术难度较大。（VLEO：极低轨道，轨道高度250-450km，传输时延更小，所需元器件功率更小，宇宙辐射更小，可以使用部分工业级元器件，因此成本更低，且发射成本更低，但大气阻力较大，会缩短卫星寿命。）MEO：轨道高度介于GEO和LEO之间，兼具GEO和LEO的优缺点。相比于地面互联网，卫星互联网具备覆盖范围广、跨洲际通信时延低、支持大规模灵活通信、建设成本低、可用于应急等特殊场景的优点。但卫星互联网的系统容量较小，无法满足高人口密度区域的并发通信需求，而且在频谱效率、峰值速率、网络时延方面也不如5G，尚无法达到5G通信的性能要求。卫星互联网与5G融合发展，星地融合网络是未来6G网络的关键支柱。国际电信联盟（ITU）已经提出了中继到站、小区回传、动中通、混合多播4种卫星互联网与5G融合应用场景，5G卫星主要面向eMBB-s（增强移动宽带）、mMTC-s（海量机器类通信）、HRC-s（高可靠通信）。根据IMT-2030（6G）推进组的《6G典型场景和关键能力》白皮书，6G将具备泛在互联、普惠智能、多维感知、全域覆盖、绿色低碳、内生安全等典型特征。星地融合是实现泛在互联和全域覆盖的关键。目前大多数卫星通信采用DVB体制，3GPP稳步推进星地融合的NTN标准化工作。卫星通信早期采用的是面向数字卫星广播系统的技术标准，DVB-S和DVB-S2是最常用的两种卫星通信技术，DVB-S2是DVB-S的升级，频谱利用率和数据传输速率更高，可以提供高速宽带接入和高清视频传输等服务。2014年欧洲DVB发布DVB-S2X（DVB-S2X用于前向链路，从卫星到地面；DVB-RCS用于反向链路，从地面到卫星），具有更高频谱效率、更大接入速率、更好移动性能、更强健的服务能力、更小成本，目前大多数卫星通信采用DVB体制。第三代合作伙伴计划（3GPP）从R15阶段开始启动非地面网络（NTN）的预研工作，重点研究卫星接入地面移动通信网络的应用场景和信道模型。R16-R17阶段，3GPP重点研究NRNTN增强方案，全面开展了卫星通信的系统架构和空口接入技术以及接口协议研究。R17阶段，3GPP重点研究了卫星透明转发模式下的关键技术，定义了NTN与地面5G移动网络的融合标准,将空间网络全面纳入全球无线标准体系。从R17至R19，再生卫星和透传卫星预计均将支持NR基本特性。R20开始会加入对6GNTN的支持。二、卫星互联网军民领域应用前景光明，市场空间广阔因其全球覆盖、建设成本低的特点，不同场景下的宽带服务是卫星互联网主要的应用方向之一。根据摩根士丹利2019年9月发布的报告《SpaceX,StarlinkandTesla:MovingintoOrbit》，预计2030年全球卫星互联网的市场规模结构中，个人宽带应用占比将达到近80%。（未计入军队、政府应用）卫星互联网还将被广泛应用于物联网。目前，物联网通信主要是通过蜂窝网络实现，无法满足偏远无人地区机械设备的远程维护管理需求，全球超70%的区域为物联网盲区，我国有80%陆地、99%海域和空域均为物联网盲区。全球覆盖的卫星物联网是对地面物联网的有效补充，也是突破地面物联网覆盖瓶颈的必要途径。卫星互联网应用前景光明，市场空间广阔。根据观知海内信息网，预计2023年我国卫星互联网市场规模将达到356.18亿元，2025年达到446.92亿元，2021-2025年CAGR达到11.18%。三、卫星互联网发展趋势在2023年6月召开的国际电信联盟无线电局卫星研究组第2工作组（ITU-RSG4WP4B）全会通过了由中国信息通信研究院牵头，联合中信科移动通信技术股份有限公司、上海微小卫星工程中心等单位立项的《卫星国际移动通信(IMT)未来技术趋势》，这是国际电信联盟无线电局(ITU-R)立项的首个面向6G卫星的研究项目。将于2026年上半年完成。该报告研究面向IMT-2030的卫星应用的驱动力以及关键技术，包括手机直连卫星通信、星上处理、星间链路、高低轨卫星协同、星地频谱共享技术等，同时也研究星地融合网络的部署/架构、终端、隐私和安全等内容。此外，低轨导航增强（通导一体化）也是国际上研究的重点。通过星间链路可实现层内、轨间卫星之间的信息传输和交换，降低卫星系统对地面网络的依赖。目前星间链路多采用激光链路，其相比于微波链路的优势在于频带宽，链路通信容量较大；设备功耗、质量、体积较小；波束发散角较小，具有良好的抗干扰和抗截获性能，系统安全性高；设备间无射频信号干扰，无需申请空间频率使用许可证。但涉及抗辐照高可靠元器件和空间对准精度的要求等问题。通信卫星的工作模式分为透明转发和星上处理/星上再生两种。透明转发不对信号、波形进行处理，仅进行无线电频率滤波、变频和放大，卫星成本较低，传输时延较小，容量更大，但需要部署大量地面站。星上处理/星上再生模式下，卫星需要射频滤波、变频和放大，以及解调/解码、开关和/或路由、编码/调制，具有部分或全部基站功能。星上处理和星间链路的使用可以使信关站布站的数量和难度大幅度降低，但技术难度大，成本较高，对电的需求较大。软件定义：软件定义卫星通过在轨软件更新和升级，提高星上高效处理能力，提升有效载荷特性，并且能够提高抗攻击抗干扰能力，满足不同用户需求，延长技术生命周期，软件定义卫星将成为未来智能通信星座发展的必经途径和必要基础。手机直连主要有三种技术路线：MSS、MNO和NTN。MSS：MobileSatelliteService，即卫星移动服务，采用卫星频段，透明转发模式，手机为多模终端，卫星通信模块与移动通信模块分开。无需改变卫星即可实现手机直连，成本更低，更易实现，典型案例如iPhone（GlobalStar）、Mate60pro（天通）。MNO：MobileNetworkOperator，即（地面）移动网络运营商，采用地面频段，可采用透明转发，也可在低轨卫星中布设3G/4G/5G基站,使得低轨卫星具有与地面手机终端直接通信的能力，需要重新建设卫星与相关硬件，成本更高，但也能简化通信复杂度，仅需卫星即可实现全部通信。NTN：NoneTerrestrialNetwork，即非地面网络，严格采用3GPP的NTN规范设计星座运行模式，未来将实现终端合一、空口合一以及卫星基站合一，因采用3GPP统一规定的NTN频段，是未来的发展方向。四、卫星频轨资源紧张，我国建设卫星互联网刻不容缓低轨卫星的频率和轨道资源日益稀缺，遵循“先登先占”原则。根据ITU的《无线电规则》，近地轨道和频率按“先登先占”的原则协调分配，所要建设的卫星系统相关轨道参数和所需无线电频率应至少提前2~7年向国际电联进行申报，原则上不同的卫星系统需采用不同频率以避免邻近频率造成信号干扰。地球GEO轨道只有一条，资源稀缺。近地轨道共可容纳约10万颗卫星，2029年预计地球近地轨道将部署约5.7万颗卫星。低轨卫星主要采用的Ku及Ka频段同样是GEO卫星的主用频段，逐渐趋于饱和状态，C和Ka频段面临地面5G网络的激烈争夺，未来卫星频率和轨道资源将更加稀缺，轨道和频谱成为各国加紧布局以期获得先发优势的重要战略资源。ITU对于非静止轨道（NGSO）卫星星座有明确的“里程碑式”部署要求，企业需在申报频率后14年内完成星座建设。ITU在2019年世界无线电通信大会（WRC-19）议题7中形成第35号最终决议，修订并明确了非静止轨道卫星系统投入使用的定义，即卫星发射后需连续在轨90天；并新增“里程碑”监管要求，即星座系统实际在轨运行的卫星数量必须保持在95%以上，在卫星网络7年寿命期限截止后继续部署的，要求2年内至少部署原始规模的10%，5年内部署50%，7年内部署完成。国外典型中轨星座——O3b（mPOWER）。O3b中轨星座最初由O3bNetworks公司运营,整个星座由20颗距离地面表面约8000公里的MEO卫星组成,时延小于150ms。2014年3月开始向客户提供服务，建立了为1500多万终端用户提供服务的移动网络，为全球4家超大油气企业提供服务，为全球4家邮轮公司提供服务，开创面向全球百万级别客户数量的云服务时代。2016年,O3bNetworks公司被欧洲卫星公司（SES，拥有数十颗GEO卫星）收购，为应对日益增长的用户需求,SES正致力于打造下一代中轨星座O3bmPOWER,离地8000km，该星座由波音公司制造的13颗软件定义卫星构成,系统容量达Tb量级，在北纬50°和南纬50°覆盖全球96%的人口）之间提供高带宽连接，目前6颗O3bmPOWER卫星已经成功发射升空。五、卫星互联网产业链卫星互联网产业链主要包括卫星制造、火箭发射、地面设备、卫星运营及服务四大环节。从全球来看，地面设备和卫星运营及服务的产业价值占比远高于卫星制造和火箭发射，地面设备产值主要由导航设备贡献，卫星运营及服务产值主要由电视贡献，宽带设备及服务价值占比较低，未来有很大提升空间。我国卫星互联网各产业环节已经相对完善，但相比美国，仍存在建设成本高、建设周期长等问题。卫星的低成本制造和高产能是组建海量巨型星座的两大前提。单颗starlink卫星制造成本50万美元左右，远低于我国卫星制造成本。oneweb的卫星制造能力达到2颗/天，而SpaceX2022年初产能已达到每周45颗卫星，2023年达到10颗/天；我国航天五院、上海微小卫星是卫星制造的主力，银河航天、长光卫星等为代表的民企也具备卫星制造能力，但产能与SpaceX差距较大。卫星平台通用化程度高，批产后降本空间大，大规模低轨星座的载荷标准化可进一步降低卫星成本。大规模相控阵是实现多点波束的重要手段，星上处理还需用到宇航级FPGA。一箭多星和火箭回收技术能够有效降低发射成本。“猎鹰”系列火箭实现了占火箭成本约84%的芯一