什么是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)？衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的組成

什么是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)？

自20世紀(jì)80年代算起，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)已有近40年的發(fā)展歷史。經(jīng)歷了與地面移動通信網(wǎng)絡(luò)展開正面競爭的第一階段，以及作為地面通信網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充和備份的第二階段之后，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)將進(jìn)入與地面通信網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展的新階段。相比傳統(tǒng)的地面互聯(lián)網(wǎng)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)具有覆蓋范圍廣、傳輸速率快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢。它可以為偏遠(yuǎn)地區(qū)、海洋、航空、鐵路等無法通過傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入的區(qū)域提供高速穩(wěn)定的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展對于推動數(shù)字經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)信息化建設(shè)具有重要意義。它可以為農(nóng)村地區(qū)提供電子商務(wù)、在線教育、醫(yī)療健康等服務(wù)，幫助農(nóng)民增加收入、改善生活質(zhì)量。同時，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)也可以為航空、航天、海洋作業(yè)等領(lǐng)域提供通信保障，提高其工作效率和安全性。此外，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有高帶寬、低時延、廣覆蓋的特點(diǎn)，可以為寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)的創(chuàng)新發(fā)展提供技術(shù)支撐。

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衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的組成

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是指基于衛(wèi)星通信技術(shù)接入互聯(lián)網(wǎng)，其業(yè)務(wù)可覆蓋全球。通過一定數(shù)量衛(wèi)星的規(guī)模組網(wǎng)，構(gòu)建具備實(shí)時信息傳輸能力的星座系統(tǒng)，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可向終端用戶提供以寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入為主的通信服務(wù)。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)一般由空間段、地面段和用戶段三部分組成?？臻g段主要是由若干顆通信衛(wèi)星構(gòu)成的星座系統(tǒng)，負(fù)責(zé)接收和轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星信號，為用戶提供衛(wèi)星信號覆蓋。地面段包括衛(wèi)星測控網(wǎng)絡(luò)、關(guān)口站等，主要起到連接衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和地面通信網(wǎng)絡(luò)的作用。用戶段則包括用戶使用的各類通信終端。

按照軌道高度，衛(wèi)星主要分為低、中、高軌三大類，詳見表1。其中，低軌衛(wèi)星擁有傳輸時延小、鏈路損耗低、發(fā)射靈活等優(yōu)勢，非常適合衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的開展。

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衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)主要有以下四類應(yīng)用場景。

盲點(diǎn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建成后，可以作為5G等地面通信網(wǎng)絡(luò)的有效補(bǔ)充，為地理環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域（如海洋、沙漠和偏遠(yuǎn)山區(qū)等）提供通信服務(wù)，以及對民航飛機(jī)的飛行空域進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)覆蓋。

軍事及外事通信領(lǐng)域

將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)用于外事保密通信，以及軍事指揮、戰(zhàn)場態(tài)勢感知、空間電磁對抗等軍事通信領(lǐng)域。

地廣人稀區(qū)域的低成本覆蓋

在地域范圍廣、應(yīng)用密度低的區(qū)域使用衛(wèi)星提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，相比由光纖、移動通信基站構(gòu)成的地面通信網(wǎng)絡(luò)，其成本更低、建設(shè)更便捷。

重大災(zāi)害應(yīng)急通信

在發(fā)生地震、海嘯、火災(zāi)等重大災(zāi)害致使地面通信網(wǎng)絡(luò)受損中斷的情況下，通過衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信。

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衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

國際發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)國際電信聯(lián)盟（ITU）制定的《無線電規(guī)則》，衛(wèi)星軌道和頻譜資源具有排他性和時效性，因此衛(wèi)星星座建設(shè)存在明顯的“先發(fā)優(yōu)勢”。

1.?衛(wèi)星軌道和頻譜資源的排他性原則

地球靜止軌道只有一條，各國之間需要公平協(xié)商分配；而其他軌道（低軌道、中軌道）則要按照各國“先登先占”的原則進(jìn)行分配。根據(jù)賽迪公布的數(shù)據(jù)，地球近地軌道可以容納的衛(wèi)星數(shù)量約為6萬顆，而僅考慮SpaceX的Starlink星鏈、亞馬遜的Kuiper、韓國三星的太空互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃以及英國O neWeb，其總計(jì)規(guī)劃的低軌道衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量就已超過6萬顆。此外，根據(jù)衛(wèi)星工業(yè)協(xié)會（Satellite Industry Association）估計(jì)，在軌的商業(yè)航天器數(shù)量將在2029年超過10萬個。無論是從經(jīng)濟(jì)還是從國家戰(zhàn)略角度考慮，發(fā)展低軌道衛(wèi)星已經(jīng)刻不容緩。

2.?衛(wèi)星組網(wǎng)的時效性原則

根據(jù)國際電信聯(lián)盟規(guī)定，衛(wèi)星運(yùn)營商須在第一顆衛(wèi)星投入使用的監(jiān)管期結(jié)束后2年內(nèi)發(fā)射10%的衛(wèi)星，5年內(nèi)發(fā)射50%的衛(wèi)星，7年內(nèi)全部部署完畢。若未按時達(dá)到要求，則被視為放棄相應(yīng)的資源所有權(quán)。

近年來，世界各國相繼發(fā)布衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)計(jì)劃，以美國為代表的商業(yè)航天發(fā)展迅猛。在Google、Facebook等互聯(lián)網(wǎng)巨頭的推動和支持下，美國SpaceX、英國OneWeb等創(chuàng)新型企業(yè)紛紛啟動建設(shè)由低軌小衛(wèi)星組成的星座系統(tǒng)，積極搶占太空互聯(lián)網(wǎng)接入新資源，引發(fā)全球性熱潮。

據(jù)國際電信聯(lián)盟網(wǎng)站公開信息，全球大約三分之一人口（約26億人）仍處于未接入互聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)。尤其是在最不發(fā)達(dá)國家，仍有三分之二的人口（約7.2億人）處于“離線”狀態(tài)。面對如此廣闊的市場，近年來國外空客、亞馬遜、Google、Facebook、SpaceX等高科技企業(yè)紛紛投資衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，提出了Starlink、OneWeb等多個衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃。截至2023年7月，Starlink已經(jīng)發(fā)射4800余顆衛(wèi)星。

國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

2017年以來，國內(nèi)也相繼啟動了多個衛(wèi)星星座計(jì)劃，包括航天科技的“鴻雁星座”、航天科工的“虹云工程”、國電高科的“天啟星座”等。我國于2021年4月成立中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)，整合衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、天地一體以及“虹云”“鴻雁”等系統(tǒng)，并牽頭組織開展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)營，目前正處于系統(tǒng)技術(shù)論證和測試驗(yàn)證階段。此外，民企銀河航天已成功發(fā)射7顆寬帶衛(wèi)星，平均單星容量為40Gbit/s，正開展通信技術(shù)體制測試驗(yàn)證工作。預(yù)計(jì)到2029年全球近地軌道將部署約5.7萬顆低軌衛(wèi)星，其中美國預(yù)計(jì)占據(jù)80%以上的衛(wèi)星數(shù)量，而我國低軌衛(wèi)星數(shù)量將位列全球第二。

近年來，國家相關(guān)部門出臺多項(xiàng)關(guān)于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的支持政策（見表2）。2020年4月，國家發(fā)展改革委首次明確新型基礎(chǔ)設(shè)施包括信息基礎(chǔ)設(shè)施、融合基礎(chǔ)設(shè)施和創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施，其中信息基礎(chǔ)設(shè)施又分為通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、新技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施和算力基礎(chǔ)設(shè)施等。而衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一同成為通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的代表。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)在我國雖然起步較晚，但2020年被納入“新基建”范疇并成為國家戰(zhàn)略性工程后，發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。多個衛(wèi)星星座計(jì)劃相繼啟動，“鴻雁”“虹云”“G60”等衛(wèi)星星座計(jì)劃將分別發(fā)射多顆低軌通信衛(wèi)星以組建衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，組網(wǎng)建設(shè)投資規(guī)模有望超過300億元。根據(jù)SIA發(fā)布的數(shù)據(jù)，衛(wèi)星組網(wǎng)費(fèi)用占整個衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值的8.1%左右，據(jù)此測算，預(yù)計(jì)我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到3600億元左右。

由于成本降低、網(wǎng)絡(luò)提速且穩(wěn)定性增強(qiáng)，目前衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電力、石油、采掘、運(yùn)輸、農(nóng)林等各個領(lǐng)域。

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衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢

衛(wèi)星通信是太空經(jīng)濟(jì)的核心，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將呈現(xiàn)以下趨勢。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)上升為國家戰(zhàn)略

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)以日益凸顯的國家戰(zhàn)略地位、潛在的市場經(jīng)濟(jì)價值、稀缺的空間頻軌資源成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)，世界各國紛紛將建設(shè)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)列為重大國家發(fā)展戰(zhàn)略，相繼發(fā)布衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃。

技術(shù)進(jìn)步推動衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)成本下降

在衛(wèi)星研制方面，由非標(biāo)準(zhǔn)化向標(biāo)準(zhǔn)化、由定制化向模塊化發(fā)展，研制成本得到有效降低；在衛(wèi)星發(fā)射方面，火箭發(fā)射和回收技術(shù)推陳出新，發(fā)射成本得到有效控制；在衛(wèi)星通信方面，隨著衛(wèi)星通信帶寬從百M(fèi)bit/s提升至Gbit/s，網(wǎng)絡(luò)承載能力大幅提升。

頻率和軌道等空中資源爭奪愈加激烈

當(dāng)前國際規(guī)則中對軌道和頻率資源的主要分配形式為“先登先占”和“公平規(guī)劃”兩種，面對有限的頻軌資源和動輒上千顆衛(wèi)星的星座部署，各國競相布局衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈，借衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的契機(jī)搶占空天資源高地。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與地面網(wǎng)絡(luò)融合是必然趨勢

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)相對于傳統(tǒng)地面通信網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋面積廣、遇自然災(zāi)害時系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此成為現(xiàn)階段發(fā)展熱點(diǎn)。但由于與地面通信網(wǎng)絡(luò)（如5G網(wǎng)絡(luò)）相比，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)存在通信時延高、服務(wù)費(fèi)用高等弊端，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)在短期內(nèi)難以取代地面通信網(wǎng)絡(luò)。從目前技術(shù)發(fā)展趨勢來看，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與地面通信網(wǎng)絡(luò)的融合是未來移動通信網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展方向之一。

作者：中國信息通信研究院?郝也 羅丹

審核編輯：黃飛