什么是卫星互联网？卫星互联网发展的较高确定性
通讯yjbzj220132023/8/21
一、卫星互联网基本定义
定义：卫星互联网是通过卫星进行全球联网的一套通信系统，通过一定数量的卫星，向地面、空中、海上用户提供宽带互联网接入服务。卫星互联网通常需要三大部件：卫星、地面站（通常作为网关）、用户终端。卫星上网通信可以分为双通道通信和单通道仅接收通信。
发展趋势：卫星通信从1960s开始发展，从模拟卫星发展到数字卫星，从窄带发展到宽带、高通量卫星。目前的卫星互联网主要是指利用地球低轨道卫星实现的低轨宽带卫星互联网。
二、卫星按轨道高度可分为3类
从卫星轨道高度来说有高轨同步卫星、中轨卫星、低轨卫星等。高轨卫星和低轨卫星存在互补关系和竞争关系。互补关系：地球静止轨道卫星和地球自转同步，只对某一固定区域服务，低轨卫星对地面的覆盖是移动的，是高轨卫星的补充。竞争关系：低轨卫星传输时间低、路径损耗少、卫星终端体积小、成本低、系统容量大，在卫星通信方面具有竞争优势。
三、卫星互联网发展的较高确定性
卫星互联网的发展对国家安全具有重要意义。卫星和频段是稀缺的不可再生资源，申请并发射卫星具有重要战略意义。从通信技术发展趋势来看，卫星互联网通信也是必经之路。
1.国家安全
国家外部安全：星盾计划、俄乌战争等凸显卫星通信对于国家外部安全的重要意义。Starlink在俄乌战争中成为了乌方重要的通信方式；SpaceX在22年提出“星盾计划”，为美国防务部服务。国家内部安全：《“十四五”国家应急体系规划》要求发展应急管理与指挥调度平台、应急通信产品等新型应急指挥通信和感知产品。卫星互联网的发展为应急通信提供保障，在发生地震、海啸等自然灾害时几乎是唯一的通信方式。
2.资源稀缺国际电联（ITU）无线电规则中规定，近地卫星轨道和频率均采取“先登先得”原则，并且后来者在轨道和频段上要规避已发射的卫星。低轨卫星轨道资源和频谱资源是不可再生资源，相较于高轨卫星轨道，近地轨道资源十分有限，且C、Ku、Ka等黄金频段资源日渐拥挤，因此我国向ITU申请卫星的频谱资源和轨道资源具有一定的紧迫性。
3.技术发展
2G-5G时代：卫星通信是蜂窝的补充
全球蜂窝移动网络仅覆盖了20%的陆地面积、6%的地表面积，航空、远洋、渔业、石油、环境监测、户外越野、军事等特殊区域的通信需求依靠卫星通信满足。农村：农村地区建设蜂窝移动网络的电力、塔架和土建工程等部署成本高出城市约三分之一，铺设用于回程的光纤回程成本翻了一番以上，并且由于距离远，微波传输也通常不可行。全球只有75%的农村人口接入4G网络，其中88%处于3G覆盖范围内，12%仍然使用30多年前推出的2G网络。岛屿：菲律宾群岛、印度尼西亚分别有约2000、6000个岛屿有人居住，在岛屿之间铺设海底光纤难以实现，并且容易因事故或自然事件造成损坏，卫星互联网可解决岛屿上通信问题。在2G-5G时期，卫星通信的首要需求是全球覆盖。因此，卫星通信以中窄带、中高轨道卫星为主，能够以较少数量的卫星完成全球覆盖，完成对蜂窝网络的补充。此时的卫星通信对于高速率、低时延基本没有需求，卫星通信主要为语言和文本信息服务。
6G时代：卫星通信是6G的重要组成成分
6G是一个全域覆盖的立体网络，将涵盖陆空天海的基础设施资源，集高/中/低轨卫星系统、平流层平台、陆地网络和海上船舶通信等于一体，构建星地融合网络，实现自然空间全覆盖和全球全域的“泛在连接”。6G网络把空天地一体化多接入能力作为关键能力，中国信通院发布的《6G白皮书》提出全球广域覆盖的星地一体化网络将是6G网络的关键技术，星地融合通信已是目前通信技术的重要发展方向。卫星通信也是未来通信的基本环节。3GPP（第三代伙伴关系项目）已开展对“非地面网络（Non Terrestrial Network，NTN）”的研究。NTNR14至R16的研究项目考虑在5G网络中集成卫星接入业务。NTNR20和6GNTN的相关研究，包括但不限于地面网络（Terrestrial Network，TN）与NTN的一体化，以及在5G和5G-AdvancedNTN基础上进一步实现频谱效率提升。因此，我们认为低轨卫星星座将会是未来通信的必要基建。
四、全球主要低轨星座发展时间轴
2000年左右低轨宽带卫星星座进入高潮。1988年，铱星星座计划在摩托罗拉的一个实验室成立，2014年OneWeb前身WorldVu卫星公司在英国成立，2014年Starlink商标注册。
在发射实验星后，铱星和OneWeb星座均在5年内完成了发射。铱星在1997年完成了实验星座的发射，并在1997-1999的3年时间内完成了卫星星座的发射建立（铱星NEXT在2017-2019的3年时间完成发射建立）。OneWeb则在2019年发射实验星后，在2020-2023的3年时间内，完成了632颗卫星的发射组网，并开启商业服务。
Starlink依托低成本和小卫星优势，实现OneWeb完成星座发射了年均900颗以上的发射节奏。Starlink在2018年发射了2颗实验星“TinTin”后，在2019-2023年6月发射了4595颗卫星进入太空，其中还包括86颗二代卫星。在2019-2022年间，Starlink年均发射次数达到16.8次，年均发射颗数达到916颗。
五、卫星设计制造对比：重量为功能服务
从卫星设计制造参数来看，卫星制造周期持续缩短、卫星功能逐步丰富、天线普遍采用相控阵阵面，由此带来了一定的重量提升：
受益于卫星小型化、标准化和生产技术的革新，卫星的生产效率得到了巨大的提升。摩托罗拉在1997-1998年铱星发射高峰期时，卫星生产周期能够达到每天4.3颗，到2023年，Starlink可以以每天6颗的速度生产V2mini卫星。由此来看，当卫星生产周期达到每天3-4颗时，便能够满足在4年左右建设千颗规模卫星星座的产能需求。
卫星能够满足的功能逐步丰富，铱星、Starlink均搭载了星间链路以满足天基通信。此外，铱星NEXT还提供了约50kg的托管载荷，以满足通信之外的其他附加功能需求，Starlink也计划在下一代卫星中搭载约25平方米的巨型天线，以满足和T-mobile提供的“手机直连卫星”服务。我们预计，我国GW巨型星座可能也将搭载激光星间链路以及相控阵天线，以满足“天网地网”的卫星组网需求。
卫星功能的增加也增加了需要搭载的硬件设备，OneWeb和StarlinkV1卫星不搭载星间链路，卫星重量在150-260kg之间，而铱星和StarlinkV2卫星分别搭载了微波和激光星间链路，重量来到了680-1250kg之间。由此，我们预计在搭载激光星间链路和相控阵天线后，我国GW卫星重量可能在800-1000kg左右。
如果想了解更多卫星互联网相关资讯和发展情况，请关注中研网《2022-2027年中国卫星互联网行业深度分析及发展前景预测报告》。
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