卫星宽带通信系统有哪些行业需求？

无论是在偏远地区还是在发展中的城市，卫星通信技术都能为我们提供稳定、高速、全球覆盖的通信服务，成为满足全球通信需求的核心技术。当前，国内卫星产业具备巨大发展潜力，卫星通信行业已步入高速建设期，未来有着广阔的发展空间。

卫星是环绕地球或其他行星在空间轨道运行的无人航天器，是人类太空活动的主要形式，具有广泛的功能和应用领域。除部分用于科学研究和技术试验外，卫星按照应用领域可分为通信卫星、遥感卫星、导航卫星。

卫星通信是以卫星为中继的通信手段，由空间段、地面段、用户段构成。卫星通信是指地球上(包括地面和低层大气中)的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星系统包括空间段、地面段、用户段，空间段由不同轨道、用途、频段的卫星构成;地面段指在地球表面的无线电通信站，包括地面站、机载站和船(舰)载站，负责卫星信号接收处理以及卫星姿态的控制等;用户段包括不同类型的用户设备。信号传输的流程是用户段发出基带信号经过发射地面段处理变为射频信号后发送到空间段，再由空间段对收到的射频信号进行低噪声、变频、功率放大等处理后发送到接收地面段，再对其处理变成基带信号后，发送到用户段。

2、分类

通信卫星按轨道划分可分为低轨卫星(LEO)、中轨卫星(MEO)、高轨卫星(GEO)。高轨卫星以与地球自转相同的速度绕地球运行，使得卫星始终保持在相同的位置上，可以提供稳定的覆盖范围，3颗卫星即可实现全球覆盖。虽然高轨卫星技术成熟、寿命长等特点，但是存在时延高、损耗大，轨道资源极其稀缺的特点。而相比之下，低轨卫星具有低延时、低成本、灵活组网等特点，正在成为卫星通信建设的焦点。

卫星通信按照带宽可分为宽带通信和窄带通信。根据国际电信联盟(ITU)的频段划分标准，卫星通信常使用 L(1-2GHz)、S(2-4GHz)、C(4-8GHz)、X(8-12GHz)、Ku(12-18GHz)、K(18-27GHz)、Ka(27-40GHz)等波段的电磁波。窄带通信以 L/S/C 频段为主，主要分布在 GEO 轨道，由于其传输速率低、雨衰小的特点，主要用于电视、广播和物联网应用;宽带通信以 Ku/Ka 频段为主，传输速率可达上百 Mbs，因此可以满足高速数据传输的互联网多媒体应用需求。为了满足日益增加的频率轨道资源需求，目前行业已着手开发 Q(36-46GHz)、V(46-56GHz)等更高的频段资源。

3、发展趋势

卫星通信本身具备覆盖广的特点，近年来正向低轨化，高通量，小型化方向发展。

(1)低轨卫星星座优势明显，成为卫星通信发展新趋势

低轨卫星星座优势明显，成为卫星通信发展新趋势。相比于地面通信，卫星星座通信可实现广域无缝隙覆盖，成本优势明显;相比于中高轨卫星，具备传输延时小、链路损耗低、发射灵活、应用场景丰富、制造成本低等优点;根据 UCS 提供的数据，截至 2022 年 5 月 1 日，低轨卫星数量达 4700 颗，占比86%。虽然低轨卫星需要通过组网实现全球覆盖，卫星数量需求多，组网和控制切换等相对复杂，但仍是最具有发展前景的卫星通信技术。

(2)提速降费，高通量卫星应用迎来普及黄金期

高通量卫星具有技术升级、频段拓展、轨道开发三大特征。高通量卫星(HTS)，也称高吞吐量通信卫星，为了实现吞吐量的提升，高通量卫星具有 3 大特征：1)技术升级，通过多点波束、频率复用、波束增益等关键技术提升卫星容量;2)频段拓展，传统使用的 C、Ku 频段逐渐饱和，高通量卫星逐渐向更高频段(Ka 频段、Q/V 频段)发展;3)轨道开发，GEO 占主流，但资源接近饱和，LEO 卫星成为行业新热点。

提速降费，高通量卫星通信应用迎来普及黄金期。传统通信卫星受限于频段资源限制，传输速度往往在Kbps 级别，与地面 4G 网络 100Mbps 的水平相差甚远。但高通量卫星采用多点波束、频率复用技术以及更高频宽，可以提供媲美于地面通信的数据服务。除了速度，影响卫星通信普及的重要因素之一是昂贵的价格，随着高通量卫星不断扩容，短期已经供给过剩，价格处于下降通道。根据罗兰贝格数据，2016-2019 年，高通量卫星通信价格的降幅普遍在 30%-60%，预计未来卫星通讯费用将进一步下降。对于下游用户来说，更便宜的价格将增加卫星方案的使用频率。

(3)小型化趋势明显，成为低轨卫星重要组成部分

我国将重量在 200kg 左右的卫星称为微小卫星。微小卫星主要特点是重量轻、体积小、成本低、研制周期短、功能密度高、性价比高、可进一步组网，以分布式星座形成“虚拟大卫星”，实现大范围、实时的通信和对地观测。

卫星小型化趋势愈发明显，成为低轨卫星的重要组成部分。目前微小卫星在通信、遥感、导航等领域迅速发展，已成为卫星技术的发展趋势之一。在非同步轨道卫星中，微小卫星占比最高，已成为低轨卫星星座的重要组成部分。根据《卫星及应用产业发展白皮书》数据，2019~2021 年全球微小卫星数量达1684 颗;预计 2025 年前，我国小卫星或微小卫星需求达 1664 颗。

二、行业发展阶段及现状

1、行业发展阶段

全球卫星通信行业发展大致经历三个阶段，发展迅速。

尝试阶段(1950-1970)：提出科学构想，进行卫星发射尝试。1957 年，苏联发射第一颗人造卫星，卫星通信实验正式进入人造卫星阶段。

起步阶段(1970-2000)：卫星通信进入国内通信阶段，中低轨道卫星迎来发展热潮，各种星座系统陆续提出。

产业发展阶段(2000-至今)：卫星宽带技术进步，成本降低，低轨星座迎来二次发展热潮，SpaceX 推出星链计划，计划实现全球高速互联网覆盖。

五十年厚积薄发，中国成为少数能自主设计、研发通信卫星的国家之一。

起步阶段(1970-2000)：经过东方红四代卫星的研发积累，多次发射试验性通信卫星，解决了中国通信卫星有与无的问题。

探索发展阶段(2000-至今)：中国民用航天进入国际市场，多家国企提出诸如鸿雁星座、虹云工程等低轨星座建设计划。

2、国内卫星通信市场规模稳步提升

卫星通信市场规模不断扩大。根据前瞻产业研究院数据显示，2015-2021 年，我国卫星通信产业总产值CAGR 为 8.7%，2021 年同比增速为 4.8%。若卫星通信产业增速维持 4.8%，预计 2023 年产业总产值达 832 亿元。

3、中美通信卫星规模差距较大，未来有望快速增加

中美通信卫星数量差距主要在于低轨卫星星座规模差距，我国组建星网集团加速卫星互联网规划落地。

截止 到 2023 年 7 月 30 日 Starlink 星链共有卫星 4784 颗，在轨 3885，392 颗 burned 降轨，2022 年全年发射卫星 1722 颗;中国在轨通信卫星则不足美国通信卫星数量的 1/40，差距主要在于低轨卫星星座发射，我国卫星未来发展空间巨大。近年来国内卫星发射数量增幅较快，通信卫星发射数量呈稳步增长趋势，随着互联网星座的规划落地，通信卫星数量有望快速增加。2021 年，为实现我国全球宽带卫星通信网络构建，国资委组建的中国卫星网络集团成立，根据集团官网披露，其向 ITU 申请计划发射的卫星总数量达到 12992 颗。

卫星互联网是基于卫星通信的互联网，通过发射一 定数量的卫星形成规模组网，从而辐射全球，构建具备实 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。

按照轨道高度，通信卫星主要包括LEO(低地球轨道)、 MEO(中地球轨道)、GEO(地球静止轨道)、SSO(太阳同步轨道) 以及IGSO(倾斜地球同步轨道)。基于不同轨道构建的卫星通信 系统，在覆盖范围、系统容量，传输延时、卫星寿命等方面， 具有不同特点。其中低轨卫星由于传输延时小、链路损耗低、 发射灵活、应用场景丰富、整体制造成本低，适合卫星互联网 业务的发展。

卫星互联网简介

按照频段分布，卫星的频段用于不同类型的通信和数据传输服务。根据ITU定义频段，其中用于卫星通信的有： UHF分米波频段：频率范围为300MHz-3GHz。该频段对应于IEEE的UHF(300MHz-1GHz)、L(1-2GHz)、以及S(2-4GHz)频段。 UHF频段无线电波已接近于视线传播，易被山体和建筑物等阻挡，室内的传输衰耗较大。 SHF厘米波频段：频率范围为3-30GHz。该频段对应于IEEE的S(2-4GHz)、C(4-8GHz)、Ku(12-18GHz)、K(18-27GHz)以及Ka (26.5-40GHz)频段。分米波，波长为1cm-1dm，其传播特性已接近于光波。 EHF毫米波频段：频率范围为30-300GHz。该频段对应于IEEE的Ka(26.5-40GHz)、Q/V(33-75GHz)等频段。发达国家已开始计划， 当Ka频段资源也趋于紧张后，高容量卫星固定业务(HDFSS)的关口站将使用50/40GHz的Q/V频段。

卫星互联网发展演进

近年来，卫星争夺战已悄然展开。根据目前国外已公布的低轨通信方案 中，卫星轨道高度主要集中在1,000-1,500km 之间，频段主要集中在 Ka、 Ku 和 V 频段。 近年来，中国多个近地轨道卫星星座计划也相继启动，虽然起步晚，但 发展后势强劲。

全球卫星互联网市场

从市场规模来看，根据SIA数据，2014年至2022年内，全球卫星互联网产业市场规模从2460亿美元增长到2810亿美元。 尽管在过去几年中由于新冠疫情的影响市场增速有所波动，但市场规模在2021年和2022年有了较为稳定的增长。2022年全 球商业航天市场规模达到约3840亿美元， 卫星互联网产业在其中就占据了73%，仍然处于主流优势地位。这表明全球卫星 互联网市场正在逐渐稳定，并迎来更加稳健的增长阶段。 从全球新发射卫星数量来看，根据UCS数据，2012年，全球新发射卫星数量仅132颗，2021年全球新发射卫星达到 1827颗，期间年复合增长率为33.9%，随着卫星互联网下游端的需求刺激，预计未来全球每年卫星发射数还将持续增长。

我国卫星互联网市场

根据SIA的测算，2021年中国卫星互联网产业规模约为 292.5亿元，预计2025年将升至446.92亿元，2021-2025年复 合增长率为11.2%，从整体规模来看，国内卫星互联网 体量较小，尚处于初期发展阶段，但受益于近年来国家 出台的多项鼓励推动卫星互联在各行业规模化应用的政 策措施，国内卫星互联网市场发展机遇良好。

卫星互联网产业链包含四大板块

卫星互联网产业链概况

目前，我国已经基本形成完整的通信卫星产业链，主要包含了卫星制造、卫星发射、地面设备、卫星运营及服务四大 环节。 产业链各环节不断开拓创新，处于产业成长期。 从产业链细分环节产业规模来看，根据SIA的数据，2022年卫星互联网产业链中卫星制造占比约为 5.62%，卫星发射 占比约为 2.49%，地面设备占比约为 51.59%，卫星运营及服务占比约为 40.30%，中下游部分的地面设备和卫星运营及 服务是产业链中最主要的两个部分，合计占据了约92.89%的市场份额。卫星制造和卫星发射虽然在总体产值中占比较小， 但仍然是整个产业链中不可或缺的关键环节。

卫星制造：有效载荷是价值核心

卫星制造环节主要包括卫星平台、卫星载荷。 在理想状态下，卫星平台的成本占比在20%-30%之间。卫星平台包括姿态与轨道控制系统、电源系统、结构系统、星 务系统、测控系统和热控系统。其中，姿态与轨道控制系统涉及的元件和技术最为复杂，因此其成本占比也最高，占据了全 卫星平台的40% 。

卫星载荷是卫星入轨后发挥核心功能的部分，成本占比在70%-80%。载荷会根 据卫星的功能进行调整，按卫星的各种用途主要分为：可见光相机载荷、相控阵雷 达载荷、通信载荷、红外相机载荷。价值量跟随载荷的功能和数量变化。单一用途 的卫星一般装有一种或两种有效载荷，而多用途卫星一般装有几种有效载荷。随着 有效载荷逐步向低功耗、小质量和小体积的方向发展，安装多种有效载荷实现不同 的功能是提高费效比的主要发展趋势。

卫星发射：火箭硬件成本占比最大

卫星发射环节包括火箭制造以及发射服务。 卫星发射的成本，主要由火箭硬件成本、直接操作成本 和间接操作成本组成。 火箭硬件成本占发射成本的 75%，发射操作、推进剂 等直接操作成本约占 15%、行政管理、发射场工程支持与 维护等间接操作成本占 10%。

地面设备：通信产品组成繁多

地面设备向卫星发射信号的同时接收卫星转发的信号，是地面与太空之间通信的特殊桥梁。固定地面站指固定在地面 的地面设备。而移动站是由舰船、飞机甚至汽车搭载的，它们由于载具的移动性而被称为移动站。用户终端则是指卫星电 视、广播、宽带以及移动通信设备等。 固定地面站中包括天线系统、发射系统、接收系统、运控中心、信号终端、电源系统、测控分系统、卫星测控站。

卫星运营及服务：6G融合加速，空天地、通导遥一体化

卫星运营及服务分为地面运营商和应用服务。 我国地面运营商有北斗导航运营商、遥感数据运营商、卫星通信运营商等。

卫星通信是 5G-Advanced 和 6G 的重要组成部分。大规模 5G网络部 署需要高昂的成本，密集的基站部署、回传网络建设等会产生昂贵的基建费 用以及光缆的安装租赁和维护费用。同时，地基网络也难以覆盖极偏远地区、 海洋、深地、天空甚至深空等地理范围。因此，5G 地基网络技术难以满足网 络空间极大扩展的泛在通信需求。而卫星通信可以将由地表范围 2D 式的 “人口覆盖”，演变为 3D 式的“全球空间覆盖”。非地面与地面通信系统 的一体化，将直接实现全球的 3D 式覆盖，不仅能在全球范围内提供宽带物 联网和广域物联网服务，还将支持精确增强定位导航、实时地球观测等新功 能，有助于弥合“数字鸿沟” 。

卫星互联网行业增长逻辑

需求：大国竞争新焦点，卫星市场进入爆发期

低轨卫星星座由于具有传输时延小、链路损耗低、发射灵活、应用场景丰富、整体制 造成本低的特点，已成为大国竞争和博弈的新领域。由于卫星轨道和频谱资源十分有限， 世界各国已充分意识到近地轨道和频谱资源的战略价值，以及低轨卫星通信系统的巨大商 业价值，近年来悄然开展卫星发射争夺战。根据目前国外已公布的低轨通信方案中，卫星 轨道高度主要集中在1,000-1,500km 之间，频段主要集中在 Ka、Ku 和 V 频段。 Space X 在 2015 年推出 StarLink 计划，计划发射约 1.2 万颗通信卫星，频段为 Ka、Ku 和 V。系统将用于为全球个人用户、商业用户、机构用户、政府和专业用户提供 各种宽带和通讯服务，建成后，星座总容量将达到 8-10Tb/s 。英国通信公司 Oneweb 推出 Oneweb 星座计划，初始星座将由 648 颗 Ku 波段卫星组成，第二、三阶段将发射 2,000 颗 V 波段卫星。

目前全球以卫星产业为主体的航天领域基本形成美国、中国、俄罗斯、欧盟“一超三 强”的格局。根据UCS数据，2021年全球在轨卫星数量4852颗，其中，中国在轨卫星数 量为499个，占所有在轨卫星比重的10.28%，为世界第二大在轨有效卫星的拥有国;而 美国在轨卫星数量为2944个，是中国的5.9倍。未来中国航天产业仍存在较大的提升空间。

供给：低轨化、小型化带动规模化部署

低轨化优势明显：低轨卫星相对于中高轨卫星具有传输时延低、覆盖广、系统容量高等优势。由于低轨卫星距离地面较近， 信号传输的时延较低，使得通信更加实时和高效。低轨卫星的覆盖范围更广，可以实现全球无死角的覆盖，从而满足更广泛 的用户需求。此外，低轨卫星的系统容量较高，可以支持更多的用户接入，使得卫星互联网的服务范围和规模得以扩大。 低轨道资源丰富：相较于中高轨道，低轨道资源相对较为丰富。当前中高轨道资源已较为稀缺，因为在过去的发展中，较多 的卫星已经部署在这些轨道上。而低轨道资源仍有较多可用的空间，使得低轨卫星组网的部署更为灵活和可行。

小型化效率提升：传统大型卫星的制造成本较高，造价昂贵，这使得大规模卫星星座的构建困难。而小型化卫星的制造成本 相对较低，制造过程更加简洁高效，研制周期也较短。这使得通过大量小型卫星组成卫星星座成为可能，为卫星互联网的规 模化部署提供了可行的方式。 大规模星座组网需求：卫星互联网的发展趋势是构建大规模星座组网，以实现全球无死角的覆盖和更高效的通信服务。为了 满足用户不断增长的需求，需要构建包含大量卫星的星座。而低成本、高效率的小型卫星恰好满足了这一需求，使得大规模 星座组网成为可能。