5G時代下衛星移動網絡升級，低軌衛星通訊星座該怎么發展

時間：2017-10-09　來源：中國集群通信網　作者：網絡　點擊：次

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人類太空探索的歷史上一共經歷了兩次低軌衛星星座的浪潮。而這一次正在如風如雨的席卷全球。這股衛星星座的浪潮的背景是什么？到底什么樣的衛星系統會成為解決人類通訊痛點的終極方案？

在說這一切事情之前，讓我們回憶一下上一次低軌衛星星座浪潮發生的背景。

全球各地大量提出低軌衛星星座的時代背景是蘇聯解體，世界兩極爭霸的格局徹底瓦解，歐洲建立了高度的一體化，此時美國正站在世界的巔峰。中國的改革開放進入到深水期。時代背景讓原來忙于發展戰略性核武器，確保互相摧毀的核大國之間把富裕的軌道運載能力用于改善民生，特別是建立起互聯互通的世界全球市場，經濟全球化和區域經濟一體化儼然成為主流。在這方面尤其是美國的公司提出的方案最多，這也正是美國跨國公司發展的黃金時代，正是這段時間我國經濟中也吸收了大量的外國資本，像上海貝爾這樣的通訊公司開始涉足中國市場，這其中還有一大批以華為為代表的靠代理銷售外國通訊設備發展起來的民族企業。

在全球低軌衛星發展的浪潮中第一次讓航天活動可以參與到全球行動中來。這其中就以火箭運載的全球化為代表。在這個過程中，俄羅斯先進的運載火箭發動機被倒手賣到了美國，發展起來的德爾塔等系列火箭，中國的長征系列火箭也開始提供商業服務，為美國發射移動通訊衛星-銥星系統。歐洲建立了以阿麗亞娜火箭為支撐的商業發射市場。大量原本在國防軍事領域高度機密的國家機器被應用到衛星發射事業中來，無疑為低成本的商業衛星星座的建立提供的可行的通道。

世界的通訊歷史中，無線電波的使用最早是從上個世紀20年代就有了，而航天領域對衛星通訊的使用還停留在廣播階段。直到1978年底，1976年美國摩托羅拉公司的工程師馬丁·庫珀于首先將無線電應用于移動電話。美國貝爾試驗室研制成功先進移動電話系統(AMPS)，建成了蜂窩狀移動通信網，大大提高了系統容量。原本的網絡傳輸靠的是通信線纜，完全不適合進行長距離的通訊，莫爾斯電碼這種通信電臺也難以在普通人當中普及，更不用提它的便攜性。直到上個世紀80年代，隨著歐美一些大國，從軍事領域誕生來的通訊衛星技術開始在個人通信領域得到應用，這其中就以發明了第一顆地球同步軌道衛星的休斯公司為代表。衛星開始不僅僅停留在廣播電視的階段，也不僅僅只是滿足給軍隊通訊使用。特別是以Inmarsat海事衛星組織以及后來成立的國際移動衛星公司為代表的衛星通訊運營商的參與，使得衛星通訊可以深入到普通的個人消費者手中。在此過程中，地面移動通信網絡正從1G模擬時代往數字時代過渡，以GSM為代表的移動通訊技術飛速發展，大量的地面運營商誕生，大量的地面通訊服務開始提供，市場前景非常的巨大。

正是在這個時間段，衛星移動通訊先天的優勢被極大的激發出來，伴隨著美蘇爭霸過程中形成的以舉國之力做大事的格局觀，很多企業都相信只要下決心去干，就一定可以占領世界通信市場，這點意義絲毫不亞于大航海運動以及新航路的開辟。那個時代衛星通訊運營商和地面運營上還處于水火不相容的狀態，有你沒我，都有互相取代對方的意思。正是因為這股巨大的商業價值帶來的沖動，無數的資本投入到衛星移動通訊的浪潮中。尤其是在這段時間以互聯網等輕資產發家的美國新貴，沒有傳統的經營壓力，像比爾蓋茨這樣的人也參與到Teledesic衛星公司的建設中。

早期的低軌衛星通訊星座還是以語音通訊為主要的服務，通訊覆蓋全球為數不多的衛星在通訊容量有限的情況下提供個人應用服務。那個時候地面的移動通訊網絡的需求還是以語音為主，人們似乎沒有意思到衛星居然可以進行數據傳輸，而向銥星這樣的公司發展低軌衛星的邏輯就是戰領全球移動通訊市場，徹底取代地面運營商。在這個過程中我們忽略了一點，那就是隨著半導體技術的日新月異，地面的傳統移動通訊網絡正在進行的天翻地覆的改變。當時看起來頗具先進的一些系統，高昂的語音通訊服務除了在少數的地區尚且有價值外，沒得辦法獲得更多的用戶。2G開始飛速發展。摩托羅拉自己既發射衛星同時自己也做手機，但是它發現衛星星座的建設總師遲遲的落后于手機終端的發展速度，地面上手機不僅價格便宜，款式優美，通訊便捷，甚至它還能通過網絡瀏覽服務。而衛星通訊還停留在高昂的語音時代，這在商業模式上是沒有價值的，除了在一些特定場合有需求的用戶，并不是太多人愿意為此買單。

在這個過程中一大批提出低軌衛星星座的企業和計劃，要么倒閉了，要么就直接沒有完成部署。第一次低軌衛星通訊浪潮開始退潮。這其中有兩家低軌衛星還能勉強維持活著，其實銥星系統要不是因為破產清算那么它估計現在也死了。而值得我們思考的是除了技術的飛速發展外，全球通訊行業出現了地區保護主義卻讓GEO地球同步軌道衛星這種提供專業化服務的衛星平臺得以喘息。

話回到今天，到底什么背景讓全球低軌衛星浪潮重新活躍起來。

首先我們從衛星同業競爭的角度來看，高軌衛星由于站得高看得遠，對于區域覆蓋優勢非常明顯，但是高軌衛星很少有提供終端消費服務的，主要模式要么就是數字廣播要么就是專網通訊服務。原因就是衛星的容量太小了，資費太貴了。而深挖其中的根源其實是整個衛星制造發射運營領域的問題。首先高軌衛星的體積太大，上來就是幾噸甚至十幾噸。不僅造成了制造成本的上升，發射成本也非常的高昂。加之地球同步軌道資源有限，不可能允許大量衛星的出現。而反觀這些年尤其是以手機制造技術發展帶來的集成電路系統的快速迭代，原來體積巨大的衛星功能卻可以通過更小的平臺來實現，麻雀雖小五臟俱全。火箭運載水平顯著提高，歐洲，日本，甚至印度這些國家都發射了自己的大推力火箭。更甚至于像以美國太空探索技術公司的獵鷹火箭為代表的商業企業，火箭發射成本極大的降低了。而傳統的俄羅斯和中國這樣的航天大國，紛紛適應形式，開啟了商業化的航天發展道路。大規模大批量的發射低軌衛星從商業模式上成為可能。

同通訊技術發展的角度來看，制約高軌衛星提供終端服務的根本原因就是衛星容量太小，像民航飛機，船舶很多都用不起衛星資費。而地面數字寬帶的技術正在日新月異，終端的應用軟件本身就升級成了高通量的數據使用者，沒有通訊容量上的支持是不符合衛星通信產業發展的趨勢的。這一代在90年代后期上馬的大量高通量GEO地球同步軌道衛星為例子就可見一斑。其次讓我們看看通訊頻率的使用趨勢。可以說國內外申請L波段去用作衛星通訊幾乎不可能，低頻段的容量有限，本身早已飽和，在競爭如此激烈的今天想讓國際電聯授權你使用這個頻段，沒有相當的本身是行不通的。所以下一代的低軌通訊衛星必然的趨勢就是往高頻走。高頻段的很多特點尤其適合低軌衛星這種平臺。首先以毫米波為技術的高頻通訊主要面對的還是一些追求大數據大帶寬對時延有要求的客戶，低軌衛星高度低先天延遲就很小。二個有了容量上的優勢，它可以直接提供給海量的終端消費者服務，這一點在容量有限的高軌衛星是不可能想象到的。

此輪全球低軌衛星浪潮很大一部分得益于中國的衛星參與者。除了有國家隊提出了類似于行云，虹云，鴻雁星座之外，還有一部分像信威，世域公司這種民營衛星通訊企業。信威通訊是我國最早涉足衛星通訊額民營企業，世域天基通訊是我們最早系統化的提出建設SAT5G毫米波低軌高通量衛星的企業，從世域公司同歐方的牽頭公司空客全球總裁的信息交換的通道看，該項目可以說跟歐美地區空客波音這種世界的衛星公司處于同樣的地位，據信息顯示世域公司也即將在2018年發射全球首顆以5G毫米波通訊為技術的通訊試驗衛星，并擇機發射入軌。而2017年6月，由衛星行業生產廠家、運營商、高校等16個單位（如BT、Avanti、SES、University of Surrey）聯合成立了SaT5G（Satellite and Terrestrial Network for 5G）聯盟，該聯盟旨在通過一系列的研究、開發和實驗等工作，在30個月內摸索出衛星通信和5G無縫集成的最佳方案，并在歐洲進行試用。該聯盟的工作成果將極大影響5G標準內容的制定。為什么中國的公司會越來越不遺余力的發展低軌衛星星座。這其實和我們國家經濟發展的必然趨勢緊密相關。中國即將進入以創新為驅動的新階段，經濟結構轉型要求我們必須發展以航空航天，智能制造等為基礎的高科技當中。同時隨著一帶一路概念的提出，中國的大量的優勢產能也亟待找到全球市場。而通信技術，云計算能力正是中國對外高科技輸出的未來龍頭。中國的民營企業正和國家企業之間優勢互補，共同譜寫新的神話。這其中還包括像海能達收購美國通訊設備制造上和達華智能這樣收購國家星軌運營公司的企業。這也是中國資本對外輸出的典型案例。

低軌衛星中這些年來國際上唯一新誕生的就是美國ONEWEB公司，其他的像銥星下一代星座，ORBCOMM星座，O3B都算是歷史的產物。而作為全球衛星通訊最為發達的美國發展出了oneweb低軌高通量衛星必然是有原因的。但是這并不意味著我們要完全的模仿別人，東施效顰往往會鬧出笑話。從歷史經歷上來看我國也從來沒有經歷過任何一次低軌衛星浪潮，到底哪一種模式會最終獲勝，預計也會像美國的經歷一樣，大浪淘沙。而衛星星座這種事物先天的只要戰略上選擇錯誤了，就意味著失敗的開始。這也是國外很多企業遲遲不敢下手的原因。很多人詢問今天發展低軌低頻物聯網星座有沒有機會，這是一個不太好回答的問題。ORBCOMM之所以能維持到今天，建立在它各方面的選擇都比較適合的情況下，比如它選擇了頻率授權不嚴格的VHF業余無線電水平，主要方向物流信息，這使得它的終端成本非常便宜，允許集裝箱每個裝一個每隔幾天通訊一次。從衛星的質量和造價來看，高頻和低頻衛星之間并沒有顯著的差距，也就是說同樣的空間內為什么要允許一個容量密度更低的項目在市場上存活。其次它本身沒有星間鏈路，意味著它不具備實時通訊能力，對現代通訊提倡的低時延高通量的需求看來滿足不了了，也不可能在未來的物聯網，智能汽車領域開展應用。更加令我們不能忽視的是今天整個移動通訊網絡比任何時候都發生了巨大的革命，以第五代通訊技術為基礎的通訊技術浪潮可以說將會是一個終結性的大一統。衛星通訊星座也必須瞄準最新的技術趨勢去實踐。試想一下，一個對終端要求很高，依賴星間鏈路，重量，成本很大的低頻星座如何去戰勝高頻高通量低軌衛星和地面NB-IOT,LORA基站融合建立的物聯網絡？僅僅在終端這一個方面，地面成熟的終端企業可以直接把5g的終端全部集成到手機中，并不需要增加用戶任何成本。