卫星互联网——遨游在天空中的基站

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当我们仰望星空时，我们在仰望什么？是那些点点闪光的星星还是漆黑深邃的夜空？也许，我们未来上网所依托的基站就点缀在这浩瀚星空之中。
卫星互联网正是这样一项技术，利用卫星当作基站，来为各类联网设备提供数据服务。可是为什么需要用卫星当作基站提供通信服务呢？我们已有的基站不行吗？答案是现有基站是可以的，只不过无法顾及到我们这个星球上的所有人。从移动用户覆盖面积来看，目前全球移动用户数已超过80亿，服务的人口覆盖率约为70%，但受制于技术和经济成本等因素，只覆盖了约20%的陆地面积，小于6%的地球表面积，空白区域较大；从人口宽带普及率来看，2019年中美人口宽带普及率分别为31%和40%，还有过半的人口未实现宽带普及，未来发展空间巨大。


1.卫星互联网是什么？

卫星互联网是基于卫星通信的互联网，通过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。卫星通信与移动通信、地面光通信一样作为现代通信的重要方式之一，具有低延时、低成本、广覆盖、宽带化等优点。
2020年4月，卫星互联网首次作为重要的信息基础设施被纳入国家“新基建”政策支持的重点方向。信息基础设施主要是指新一代技术演化生成的基础设施，比如，以5G、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施，以人工智能、云计算、区块链等为代表的新技术基础设施，以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施等。我们有理由认为，卫星互联网被纳入“新基建”范畴会为我国商业航天领域带来广阔的发展机遇，未来蓝海无限。

1. 1卫星互联网相对于地面基站通讯的优势？

低时延、低成本、广覆盖、网速快等特性被认为是卫星互联网的优点：

• 低时延: 与传统光缆传输对比，卫星通讯的速度非常接近光速的理论值，比现在主流的光缆连接的解决方案相差近1/3的光速，能够达到几十毫秒级别的较低延迟，这在对时延较为敏感的行业具有重要的现实意义。据专业的市场研究机构TABB评估，在金融交易中，交易处理时间比竞争对手慢5ms，将损失1%的利润，慢10ms则损失扩大到10%，每1ms的时延将造成4百万美元损失。同时据模拟分析，“伦敦-纽约”线路采用Starlink卫星可比地面光纤快15ms，而这毫厘之间的通信时延领先将会为金融行业带来非常可观的收益；
  
• 低成本: 光缆的铺设不仅仅是光缆本身的成本，还得考虑到海底和陆地的部署、维护、运营，尤其是考虑到一些偏远的国家和地区。而与地面5G基站和海底光纤光缆等通信基础设施相比，卫星的研发制造成本低而且可控，软件定义技术还可以进一步延长在轨卫星的使用寿命，整体建设成本低于地面通信设施。另外，现在部分偏远地区和特殊场景下的互联网接入用户仍依靠传统的卫星连接，资费非常昂贵，比如国泰航空中上网套餐资费为10美元/小时，地中海邮轮中最便宜的上网套餐价格为10欧元/60分钟。而如果想要享用星链（Starlink）提供的互联网信号，只需要购买一个带有小天线的Wi-Fi路由器终端499美元，然后每月支付99美元的月租费，这个价格分摊到多个用户后，将会使单个互联网接入用户所支付的资费大幅度降低；
  
• 广覆盖: 卫星互联网的最终目的在于接入更多没有接入互联网服务的用户，并非是要取代现有的基于陆地和海底光缆的网络基础架构。从移动用户覆盖面积来看，目前全球移动用户服务的人口覆盖率约为70%；从地理面积上看，全球的“海陆空”中依然存在大量的盲点区域未被覆盖移动服务；从人口宽带普及率来看，全球还有过半的人口未实现宽带的普及，因此与5G相比，卫星互联网在未来有非常大的发展空间和潜在用户。它不仅可以为身处偏远和落后地区的互联网用户提供服务，也能够在极端条件下向航空、航海等特殊用户提供移动通信服务，最终实现全球宽带无缝通信。
  

1.2 卫星互联网与移动通信的关系
5G技术的发展为未来太空信息产业带来更多可能。“从需求、应用、技术等多个维度判断，卫星互联网与5G是互补关系。而在6G时代，很多人认为移动通信走向天地一体，低轨星座将与地面移动通信系统有机融合，实现互联网对任何人、任何地点和任何时间的无缝覆盖。”



图源 ”空天地一体化网络技术：探索与展望“,沈学民,承楠,周海波,吕丰,权伟,时伟森,吴华清,周淙浩   

6G的应用场景基于5G，但未来更加广阔，包括空中高速上网、全息通讯、进阶智能工业、智能移动载人平台等，都是6G在未来可能实现的应用领域。受固有特性限制，5G/6G的基站铺设密度需求远高于传统3G/4G网络，全面铺设成本过高，短期范围内基本只能保障城市覆盖，卫星互联网则可实现对偏远、海洋等地区的网络补充覆盖，海洋、石油、电力、农林等产业可能会出现大量新的在线业务模式，野外探险、偏远直播等领域可能将获得进一步发展。

1.3 国内外卫星互联网发展现状
轨道和频段是不可再生的战略资源，各国竞争趋于白热化。国际电信联盟（ITU）规定在轨道和频段资源获取上遵循“先占永得”原则，先发国家具有显著优势；此外，目前全球低轨卫星发射数量逐渐增加，预计到2029年，总计约有57000颗卫星将部署于地球近地轨道，轨位空间十分紧缺。空间轨道和频段作为能够满足通信卫星正常运行的先决条件，已经成为各国卫星企业争相抢占的重点资源，行业竞争可能不仅仅是商业上的竞争，还有国防战略层面的竞争。
我们普遍认为，卫星互联网是一种5G中后期可能利用的技术，发展存在三个阶段（竞争-补充-融合）：



卫星互联网的部署阶段，资料来源"开源证券"

传统地面通信骨干网受限于铺设成本、技术攻克等因素，仅覆盖了约20%的陆地面积，在互联网渗透率低的区域进行延伸普及存在现实障碍。而卫星互联网突破了地面基站的固定连接方式，通过太空基站动态覆盖的连接方式，包括星地互联和星星互联，实现全球连接。卫星互联网的覆盖范围和成本优势明显，可以应用于偏远地区通信、海洋作业及科考宽带、航空宽带和灾难应急通道等行业，作为地面移动通信的有效补充。

变革者——铱星公司
997-1998这两年，摩托罗拉公司新任CEO克里斯·高尔文，正陶醉在一枚枚火箭升空的场景中，畅想着改造世界的美妙计划。
这两年间，摩托罗拉投资的美国铱星公司密集发射了数十颗卫星，与一年前发射的试验卫星一起，组成一张共计66颗卫星的低轨“星网”，计划使无线通信网络覆盖全世界的任意角落。
这项人类通信史上前所未有的创新构想，从1987年开始，便在克里斯·高尔文和他的父亲——摩托罗拉时任董事长罗伯特·高尔文的支持下开始筹划。经过11年的漫长技术通关，耗资50亿美元的铱星公司终于在1998年11月1日宣告组网完毕，正式投入商业运营。
然而，仅仅15个月之后，这家吸引全世界眼球的公司便陷入前所未有的危机中——高昂的终端使用成本、笨重的接收设备、无法在室内使用的致命硬伤，使得铱星公司在商业开拓的道路上几乎完全陷入泥泞。

O3b——接力者
要实现跨越大洋、覆盖全球各个角落的通信互联，必须寻找一种能替代地面光纤和电缆网络的新型连接方式。O3b全名叫做“Other 3 billion”，旨在建设一个工作在Ka波段的中地球轨道（MEO）卫星星座，服务地球上“其他30亿”无法与世界连通的人群。但是，由于O3b面向的主要客户是电信运营商，全球仍然有相当一部分人群是这些运营商也无法覆盖得到的。不满足于给大户打长工的维勒，将目光投向了低轨互联网星座，注册了一家名为WorldVu的公司——这家公司的早期投资者，包括谷歌和埃隆·马斯克。
WorldVu公司继承了上世纪90年代末互联网星座热潮留下的设计思想和资源遗产，其中包括从一家名叫“天桥”（SkyBridge）的公司手中买下的频率使用权。再后来，由于技术理念存在分歧，马斯克退出了WorldVu。但维勒继续坚守，并于2012年将公司名字改为OneWeb。退出OneWeb的马斯克，随后提出了自己的卫星互联网计划Starlink。
从某种意义上来说，OneWeb让上世纪末的卫星互联网构想从纸面走向现实，开启了中低轨卫星互联网星座建设的热潮。各国的科技巨头和商业航天初创企业纷纷提出了自己的“星座计划”，新一轮全球竞赛的大幕就此拉开。
2015年，埃隆·马斯克提出了更加宏伟的Starlink“星链”计划，宣称将向太空发射约1.2万颗通信卫星, 其中1584颗将部署在地球上空550公里处的近地轨道。后来，受到OneWeb一路高歌猛进刺激的马斯克再度将这一计划追加到4.2万颗卫星。如果这些卫星全部部署完成，将占据大多数的太空资源，其他国家的太空活动将难以正常进行，这些影响也包括军事领域。
目前全球宣布卫星互联网星座计划的公司超过30家，部署卫星计划达5万颗以上。然而，由于资金、技术、频段资源等各方面条件限制，绝大部分星座目前都处于规划阶段，据航天市场研究咨询公司Northern Sky Research（NSR）2020年预测，大约只有18%的星座能走到发射阶段。目前来看，以SpaceX为首的美国科技公司在新一轮太空通信系统建设上领先一步。Starlink已经在北美地区试运营一段时间，2021年内可能提供覆盖全球的互联网接入服务。
当马斯克的“星链”率先进入商业化试运营的时候，中国的互联网星座也已经完成了第一轮投入期。
中国科技公司的星座计划，提出时间仅比Starlink晚一年左右。2016——2018年间，航天科技、航天科工、中国电科、中国电信等国家队纷纷提出了各自的低轨互联网星座建设方案，并陆续发射了试验星。
2018年12月22日，长征十一号火箭在酒泉卫星发射中心将航天科工集团“虹云工程”的首发星送入轨道。仅仅一周后，搭载航天科技集团“鸿雁星座”首发星“重庆号”的长征二号丁运载火箭在酒泉卫星中心再次发射成功。
2021年4月28日，国务院国资委发布关于组建中国卫星网络集团有限公司的公告。新组建的“星网”公司总部落地雄安新区，注册资本100亿元，也是国资委公布的央企名单中仅次于电信、联通、移动之后的又一家通信运营商。至此，中国“星网”公司终于破茧而出。
尽管中国“星网”的神秘面纱尚未完全揭开，但可以确定的是，在国家有力推动下，中国卫星互联网建设正式进入“一盘棋”的全新阶段。

未来：

建设卫星互联网系统的意义是给现有的地面通信网络形成有效补充，而非取代传统通信网络。从这个角度来看，中国特色的卫星互联网星座，更应结合当前国情和实际需求，充分发挥现存优势，寻找一种更高效率和更稳健的建设方案。同时由于我国强大的基建能力，使得建设能覆盖全球的卫星互联网络需求并不如美国迫切。
其次，从带动经济生产的角度来讲，由于卫星互联网技术尚存缺陷，短期内只能作为地面网络的补充存在。例如，卫星互联网在对大型城市密集用户提供服务方面承载能力弱，或者在楼宇、树林等遮挡物比较多的区域容易出现信号丢失，不如光纤、5G等地面网络对当前智慧工业、智慧城市、智慧交通等场景的助力作用更为直接。
工欲善其事必先利其器，卫星互联网的建设固然战略意义重大，但对于当前中国来说更宜稳步推进，首先打破关键技术和建设成本的制约瓶颈，避免盲目和低效率的投入。仰望星空的底气，源自于我们向天突围的魄力，更离不开我们脚踏实地的努力。我们期待苍穹之上能早日闪耀中国星座的光芒，更期待这些来自太空的技术红利，能早日成为造福人类，推动社会不断向前发展的源源动力。

Stephens691

近地太空资源有限，一旦被资本抢了就是灾难。以后近地太空的珍贵超过石油，满天太空垃圾霸占近地太空，想要占用轨道必须给垃圾补偿“拆迁款”了