衛星通信產業概述

（一）概念定義

1.衛星的發展與衛星通信

衛星的發展過程可概括為“小衛星—大衛星—新小衛星”。在人類開展航空航天活動初期，受火箭運載能力和衛星制造技術水平限制，發射的衛星功能少、體積小、重量輕，可視為傳統小衛星。

衛星通信是指利用人造地球衛星作為中繼站來轉發無線電波，從而實現多個地球站、航天器、空間站之間的單向或雙向通信。典型的通信形式為音視頻廣播、數據廣播（導航、定位等）、音視頻通話、數據傳輸（遙感、遙測等）、互聯網連接等。衛星通信頻段一般劃分見表2-1，其中L、S頻段主要用于衛星移動通信，C、Ku頻段主要用于衛星固定業務通信，Ka頻段應用開始大量出現。為了滿足日益增加的頻率軌道資源需求，衛星通信領域正在布局Q/V等更高的頻段資源。

衛星通信系統由衛星端、地面站、用戶端三部分組成，典型示意圖（見圖2-1）。衛星端可包含一個或多個衛星，每個衛星由衛星母體和星載設備組成。地面站由跟蹤遙測和指令站、監控管理站以及通信關口站（包含控制中心和地球站）組成。地面站可以是衛星系統與地面其他通信網的關口，也可以是用戶端與衛星的地面通信樞紐。用戶端則是接受服務的各種用戶終端設備。

2.衛星通信的分類

根據不同的分類標準，衛星通信（系統）可以分為不同的類型，例如按照通信衛星運行的軌道不同，可分為：

低軌道（LEO）衛星通信：LEO衛星較小，運行于距地面500-2000km的軌道上，具有傳輸時延、覆蓋范圍、鏈路損耗、功耗較小等特征。

中軌道（MEO）衛星通信：MEO衛星運行于距地面2000-20000km的軌道上，其傳輸時延、覆蓋范圍、鏈路損耗、功耗大于LEO但小于GEO。

高軌道（GEO）同步衛星通信：GEO衛星運行于距地面35800km的地球同步靜止軌道上。傳統的GEO通信系統的技術最為成熟，但由于存在較長的傳播時延和較大的鏈路損耗，不適用于通信領域。

按照衛星重量大小，可分為大衛星（1000kg以上）、中衛星（500-1000kg）和小衛星（500kg以下）。然而，隨著小衛星技術和應用的不斷發展，業界對小衛星分類又進行了細化見表2-2。文后出現的小衛星仍指500kg以下的衛星。此外，其他常見的分類方式見表2-3。

3.傳統衛星通信的特點

傳統衛星通信具有不同于光纖、公眾移動通信等地面通信方式的特點：

覆蓋區域廣：較少數量的衛星即可提供廣域概念上的無縫覆蓋。

地面基礎設施少：由于衛星的廣覆蓋能力，與光纖、公眾移動通信等通信方式相比較，不需要大量的地面基礎設施支撐。

信息延時較大：無線電信號星地間傳輸普遍大于其他通信方式。

對用戶端要求高：由于星地鏈路損耗大，開放式鏈路易受干擾，對用戶端的發射功率和噪聲處理能力要求較高，將進一步增加終端體積和成本。

帶寬容量有限：受限于衛星通信的頻譜、載荷、能源問題，其總帶寬和總容量相對于光纖和公眾移動通信要小得多。近幾年高通量衛星的發展將改變這一狀況。

通信成本高：由于衛星的研制、發射、運營成本較高，而且存在發射失敗和在軌失效的風險，造成衛星通信的單位帶寬費用遠高于地面通信網絡。

組網部署靈活：衛星通信不受地形限制，通信終端可以在地面、海上、空中，在自然災害或突發事件情況下可以快速響應，但容易受到天氣狀況影響。

信息安全能力強：衛星通信系統構獨立于常見地面通信網絡，所傳輸的信息不易被截獲，且衛星移動終端難以監測定位，具有較高的信息安全水平。

4.小衛星獨有特性

近年來，小衛星技術應用發展迅猛，多用于通信和對地觀測領域。小衛星具有一些不同于傳統大衛星的特有性質，例如：

輕小型化：與重達幾噸的普通衛星相比，小衛星重量只有克至百千克的量級。輕型復合材料技術以及微型技術集成化應用是小衛星輕型化發展的重要前提。

成本降低：傳統大衛星的研制周期一般需要5年左右，而且項目投資大、發射費用高、項目風險大。小衛星研制過程主要采用先進成熟的技術以及科學、合理的管理手段，使得小衛星的研制周期一般為2年左右，研制成本大大降低。通過一箭多星技術大幅度降低了小衛星的平均發射成本。

靈活發射：小衛星可以作為大衛星的附屬物一起發射，也可以是幾十甚至上百個微小衛星搭載同一個火箭一齊發射。

冗余組網：小衛星網絡的快速部署能力和抗毀性能增強。通過利用大量小衛星組成冗余備份，當某顆衛星失效或摧毀時，能夠快速補充衛星。小衛星相對于傳統大衛星的優缺點總結見表2-4。

（二）衛星通信關鍵技術

當前，衛星通信的新技術加速發展，衛星系統實際部署效率進一步提高。在各國際衛星公司積極推進與競爭下，通信衛星在衛星制造、火箭發射、單星容量、頻譜效率、成本控制等方面均取得一系列進步。

1.設計和制造技術

衛星的設計和制造理念正在改變。模塊化設計、輕小型化、規模標準化、3D打印生產使得衛星研制成本逐漸降低，迭代周期不斷縮短。

小衛星具備重量輕、體積小、成本低、研制周期短、發射容易、風險小且技術含量高等特點，更適用于組建低軌星座，是目前全球發展熱點。小衛星有效載荷技術使衛星在不斷小型化的同時，也在不斷集成更多的功能。有效載荷關鍵技術包括一體化設計技術，結構輕型化、微型化、多功能化技術，微型系統綜合集成技術與軟件化技術等。輕型復合材料技術、微電子技術、微光電技術、微型計算機、微型機械及高精尖加工等高新技術的發展和集成化應用為衛星的輕小型化提供了技術基礎。

2.發射與回收技術

一箭多星技術指通過一次火箭發射多顆衛星。例如，長征十一號商用火箭以一箭多星的方式完成多次發射，大幅提高了衛星商業發射的效率。異軌多星技術在火箭快速靈活進入空間、空間機動和空間利用等方面具有廣闊應用前景。例如，遠征三號上面級通過與長征二號丁火箭配合使用，實現了21次自主快速軌道機動部署。

3.星座與編隊技術

衛星組網主要通過衛星星座技術與編隊飛行技術實現，即通過多顆衛星協同工作完成特定空間任務。其中衛星星座關注衛星與地面的幾何關系，多顆衛星組成星座可實現衛星業務的連續覆蓋或多重覆蓋，提高對目標觀測的訪問頻度和時間分辨率。而編隊飛行則關注多個衛星之間的相對幾何關系，用于實現多星協同任務，突破單顆衛星性能與功能的限制。

4.寬帶化與軟件化技術

高通量衛星通過采用高頻段、波束成形、多點波束、抗干擾等通信技術使得同樣尺寸天線的增益更高，衛星通信吞吐容量增大，進一步促進衛星接收終端的寬帶化。大容量、廣覆蓋、安全可靠等成為新一代衛星通信系統的重要能力指標。

星上通信計算載荷的軟件化也是新興技術之一。軟件化技術以微型計算機為核心，采用MMIC、ASIC、DSP超大規模集成電路，利用軟件工程技術和軟件無線電技術，把無線通信功能用軟件來實現，通過軟件編程來靈活實現多種寬帶數字濾波、直接數字頻率合成、數字下變頻等功能。軟件化減少了衛星對各類硬件的需求，可進一步降低衛星重量，提升衛星利用率。

（三）衛星通信產業鏈環節

衛星通信產業鏈涵蓋衛星制造、發射服務、地面設備制造、運營與服務等環節。

衛星通信產業鏈全景見圖2-2。

（四）衛星通信市場分析

1.全球衛星通信市場概述

2018年，全球航天產業規模達到4000億美元，其中衛星產業規模超過3000億美元。

未來，全球衛星通信系統商業化程度將不斷提高，衛星通信系統向微小化趨勢發展，衛星通信仍將是以衛星廣播和固定類業務為主，衛星移動和寬帶類業務將增長迅速。預計2020年，全球衛星轉發器出租容量將達到700GHz;且全球微小衛星市場規模將達到60億美元，2025年全球微小衛星數量市場規模可達200億美元。

2.我國衛星通信市場概述

2018年，我國在軌衛星總數約280顆，其中商業衛星達到30顆，絕大多數衛星為遙感、導航、科研等類型，通信衛星數量較少。2018年12月，我國首張國產衛星移動通信終端入網牌照發放，標志著我國衛星移動通信打破國外壟斷，完整產業鏈正式形成。

隨著我國商業航天市場的逐步開放，衛星國家隊和許多民營企業紛紛布局衛星互聯網星座產業，將帶動通信小衛星研制、火箭發射、衛星通信系統終端設備與軟件應用市場爆發式發展。2018年，我國衛星通信市場規模達到600億元。預計2020年我國衛星通信市場規模將超過800億元。