CEO論道|展望低軌星座寬帶衛星通信系統

2020-11-15 OFweek光電新聞網

2006年,以蘋果手機的誕生為標誌,人類進入了移動網際網路時代。現在,人們購買商品、出行打車、餐館排隊、購買機票乃至醫院掛號都可以通過手機行動網路來解決。很難想像,現代人離開移動網際網路將怎樣生活。然而,移動網際網路從誕生到現在全面滲透人類生活僅僅只用了十年的時間。

令人感慨的是,儘管衛星通信系統早在上世紀60年代就已誕生,然而,目前絕大多數人們的生活與衛星通信系統構建的衛星網絡並無關聯。其實,在光纖網絡以及移動網際網路出現之前的很長一段時間,遠距離的寬帶數據通信,主要是依靠衛星通信系統來完成的,在上世紀90年代初期,網際網路剛剛進入中國的時候,中國連接世界其他區域的網絡只能依靠衛星組網。

衛星通信再現發展空間

雖然,現代城市擁有完善的通信網絡,我們的手機可以隨時高速接入網際網路,但是,當今世界還有非常多的區域無法有效的接入寬帶網際網路:

絕大多數飛機、遠洋貨輪還無法連接網絡,沙漠、高山、偏遠地區由於經濟性的原因,地面運營商網絡覆蓋欠佳,使地球上依然有30億以上的人口無法輕易的接入網際網路。

衛星通信系統經過了半個多世紀的發展,已經從最初的模擬低帶寬通信發展到了高通量數字通信。現在同步軌道上的通信衛星最主要的用途是廣播電視覆蓋,也有一些同步軌道衛星資源被用於專網服務以及網際網路接入服務。但是,由於目前衛星通信領域很少出現類似地面運營商體量的超大型公司,衛星公司及運營商的規模相對地面運營商來說都非常小,資金規模與客戶數量也相對較小。由於無法產生足夠的規模效應,對於用戶來說,高昂的使用資費一直都是衛星通信大規模應用的主要障礙。

近年來,非常多的Ka頻段的HTS衛星陸續提供高速網際網路接入服務,在北美、歐洲等地區,由於地廣人稀的原因,許多的家庭採用了這種方式進行上網。

採用點波束覆蓋的HTS衛星能夠提供傳統衛星數百倍的通信容量,這使得衛星通信的成本大大降低,也促使人們對衛星通信這個相對傳統的方式進行重新思考。

低軌星座寬帶衛星通信迎來風口

目前,全世界將近500顆通信衛星當中,絕大多數是同步衛星。大名鼎鼎的O3b系統則採用的是中軌道衛星。在低軌星座衛星系統中,最出名的就是銥星系統了。

與此同時,美國SpaceX公司與OneWeb公司也在布局未來的低軌星座。兩個公司在近幾年不斷發布消息,數千顆衛星將在未來10年內發射升空,為全球提供網際網路服務。若這些計劃變成現實,將是人類通信方式的又一次重大革命。帶寬將更加廉價,接入方式也將更加方便,並最終實現人們「互聯無處不在」的夢想。

未來十年,低軌星座寬帶衛星通信系統將與地面移動通信系統協同發展,共同構建天地一體的寬帶通信網絡。資金實力雄厚的地面運營商業會關注到這一市場。低軌衛星的使用就如同將地面基站架設在了1000千米左右的高空,覆蓋範圍大大增加,數千顆衛星組成的星座覆蓋全球各個角落,也使全球無覆蓋盲區的運營成為可能。

我們可以大膽設想,很多人口稀少地區,運營商將不再採用鐵塔+大型基站設備進行覆蓋,而是直接採用架設在屋頂上的轉發天線來實現對房屋以及周邊地區的信號覆蓋,這將使得硬體投入成本大大降低。另外,由於低軌衛星的時延非常小,遠低於同步衛星的時延,這就使許多需要大帶寬低延時的應用得以開展,比如VR購物、視頻通話等應用。

VR購物場景

對於移動載體來說,低軌星座通信衛星系統將給這些應用場景帶來巨大的改變,過去我們乘坐飛機時,無法輕易連接網際網路,即便是目前已經有飛機能夠提供上網服務,帶寬也無法得到保證,在未來,我們能夠在飛機上得到和家中一樣的上網體驗。

低軌星座寬帶衛星通信系統的發展,也必將帶動超小型相控陣通信天線技術的發展。在各類移動載體以及固定用途的通信系統中,低成本、小型化、超低輪廓將是此類天線產品共同的特點。據美國北方天空研究公司(NSR)的《平板衛星天線報告(第二版)》的預測,到2026年,全球平板相控陣衛星通信天線設備銷售額將達到91億美元。

可以預見,在未來幾年,各發達國家必然在空間段以及頻率資源上展開激烈爭奪,以獲得低軌星座寬帶衛星通信系統發展的良好條件。

中國的航天、電子相關部門目前已經開始了這方面的工作,爭取在此領域能夠實現自主系統的廣泛應用。國內很多企業也在積極參與相應的研發論證工作。

人類正在大規模的開發太空資源,服務於全球日益增長的帶寬需求。我們有理由期待,天地一體融合的通信網絡將給人類社會的進步帶來前所未有的助推力。

相關焦點

  • 新興低軌衛星通信星座發展
    與第一代低軌星座以話音服務為主不同,OneWeb、StarLink等新興低軌星座主要提供衛星寬帶服務,但其瞄準的消費者寬帶市場面臨光纖到戶(FTTH)、蜂窩寬帶等地面網絡的競爭(如圖1)。其中,光纖到戶的優勢是通信容量大,劣勢是在偏遠地區鋪設成本較高;蜂窩寬帶通過基站的無線信號實現寬帶接入,通信容量一般低於光纖,優點是最後一公裡無需鋪設線纜。
  • 【獨家】低軌通信星座發展的思考
    目前,我國多個單位已經提出了低軌星座計劃,包括「鴻雁」星座、「虹雲」工程等。本文針對我國低軌通信星座發展,從頻率、應用定位以及系統實用性等方面探討了總體設計應關注的問題;提出了以移動通信為主、多功能綜合、兼顧寬帶通信、規模逐步擴展的低軌星座發展建議,並給出了空間組網、全球服務、頻譜感知、頻率共用、寬窄結合、協同應用的總體設計思路。
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    12月16日,歐盟委員會向彭博社稱,歐洲將耗資73億美元建設自己的低軌衛星網際網路寬帶星座系統。隨後在聖誕前夕慷慨地贈予出一份價值710萬歐元的合同,並且組建了全明星陣容,計劃用一年的時間對歐洲低軌寬帶衛星星座的可行性進行研究。標誌著歐洲航天工業界對歐洲低軌寬帶星座項目的推動終於迎來曙光。
  • 「鴻雁」星座:覆蓋全球的寬帶通信系統
    「鴻雁」星座:覆蓋全球的寬帶通信系統 中國新聞來源:央視網 2018年12月30日 09:25 A-A+ ,標誌著我國全球低軌網際網路衛星系統正式啟動建設,整個星座主體預計在2023年建成,屆時我們就可以隨時隨地使用由衛星提供的通話、上網等通訊接入服務了。
  • Telesat、OneWeb及SpaceX三個全球寬帶低軌衛星星座系統的技術對比
    本文比較了三個代表性大型低軌衛星星座,即4425顆衛星且使用Ku-Ka波段的SpaceX衛星系統、720顆衛星且使用Ku-Ka波段的OneWeb系統和117顆衛星且使用Ka波段的Telesat衛星系統。 首先,本文依據2018年9月提交至FCC的文件對每個星座的系統架構進行介紹,並強調了這三個系統之間的相似性和差異性。
  • 衛星移動通信現狀與未來發展
    隨著科學技術的不斷進步,我國衛星通信技術也取得了較大成就,但是與其他發達國家相比還存在一定差距。本文簡介紹衛星通信技術,以及就目前衛星通信技術發展現狀進行描述,展望其未來發展趨勢。與地面通信系統相比,低軌衛星的覆蓋面積更廣,更適合在沙漠、深林、高原等無人區進行全球通信;與高軌衛星通信系統相比,低軌衛星具有路徑衰耗小、傳輸時延短、研製周期短、發射成本低等優點。 2.3.1 Iridium系統 銥系統星座[6,7]由66顆軌道高度為780 km的低軌衛星組成,如圖4所示。1998年11月開始商業運營。
  • 衛星行業深度報告:低軌網際網路星座熱潮興起
    低軌網際網路衛星星座利用運行在 200-2000km 軌道高度的衛星群向地面提供寬帶網際網路接入服務,通過多 顆衛星組網實現全球覆蓋。過去,低軌衛星因為距離地面較近,多用於對地觀測;隨著衛星成本及運載火箭發 射價格的下降,採用低軌通信衛星星座提供網際網路接入服務具備了一定競爭力,全球多個企業提出了低軌星座 計劃並逐漸付諸實施。
  • 創投觀察 | 低軌寬帶星座是一場有進無退的冒險
    最近幾年,隨著O3b運營和一網星座的推進,低軌通信星座再次成為商業航天界的熱潮。 在軌及計劃中的國外低軌通信星座一覽 從表1中的統計來看,國外已經發射和提出的低軌寬帶星座,衛星總數已經超過萬顆。銥星是破產過一次的,由於當時低軌星座競爭並不激烈,所以它才得到了一次重組和重生的機會。到2020年之後,當天空中飛行著上千顆甚至數千顆寬帶低軌衛星的時候,一兩個星座因為經營不善而退出,是不會得到挽留的。
  • 中國啟動「鴻雁」全球衛星通信星座系統建設
    人民網北京7月13日電(趙竹青)記者從12日在長沙召開的湖南商業航空航天航海裝備論壇上獲悉,我國今年下半年將發射「鴻雁」全球衛星通信星座首顆星。據了解,「鴻雁」全球衛星通信星座由數百顆低軌衛星組成,以星間鏈路實現衛星空間組網,計劃在2018年下半年發射星座首顆星,預計於2023年建設骨幹星座系統。「未來,鴻雁星座將在5G物聯網、移動廣播、導航天基增強、航空航海監視中,為全球各地的人與物實現移動通信保障與寬帶通信服務。」
  • 中國低軌通信衛星戰時意義重大 性能世界最強
    業內人士稱,這顆「民營」衛星的試驗成功,不僅標誌著我國低軌移動通信衛星技術取得重要突破、為建設星座通信系統邁出關鍵一步,也開創了民營企業與高校協同創新、參與航天通信事業的新模式。為實現在地球上任何地方的即時通信,自上世紀90年代後期,美國先後發射了上百顆低軌移動通信衛星,組建了包括銥星、全球星在內的星座通信系統,並在商業和軍事等領域廣泛應用。然而,由於沒有自己的低軌道通信衛星,目前我國80%以上陸地面積、95%以上海洋面積的通信網絡覆蓋仍然面臨難題,漁民出海、遠洋航行、山區林區作業尚無廉價而有效的通信手段。
  • 【智庫聲音】美國商用低軌衛星的軍事借鑑
    1.1 發展現狀 1.1.1 通信 在所有的商用低軌衛星應用領域中,美國低軌通信衛星星座的發展最為活躍,這些衛星尤以網際網路星座最多,例如Starlink和OneWeb星座。
  • 全球低軌衛星星座計劃與進展
    衛星通信、地面通信競爭與融合交織,低軌衛星星座建設必要性和可行性升級,有望帶來衛星通信商用新氣象。衛星通信從誕生開始就處於與地面通信的競爭局面,地面通信的發展快速壓制著衛星通信的發展步伐。現階段,我國地面通信處於全球領先水平,逐步將重心轉移到打造天基通信系統。Space X等巨頭穩定發射衛星,已經逐步證明了巨型低軌通信衛星星座的可行性和優越性。
  • DARPA發布「黑傑克」項目公告 尋求發展低軌小衛星星座
    但隨著商業航天的發展,低軌寬帶網際網路通信衛星成為可能,而且在成本上還具有規模效應。雖然在低軌運行,但能力上與目前在地球同步軌道上運行的軍事通信系統相似,而成本只有後者的一小部分。   項目將研發並驗證一些關鍵的支撐技術,以便在低軌構建一種全球性的高速主幹網絡。這種網絡能夠搭載高度聯網、有彈性和持久性的軍方有效載荷,提供無限的傳感、信號和通信能力。
  • 我國將發射「鴻雁」全球衛星通信星座首星
    新華社長沙7月12日電(記者李國利、劉良恆)記者從12日在長沙召開的航空航天航海裝備論壇上了解到,我國今年下半年將發射「鴻雁」全球衛星通信星座首顆星。
  • 淨虧損1.62億美元 銥星如何爭奪低軌衛星市場?
    同時,銥星通訊在財報中提到,隨著銥星二代(Iridium NEXT)星座的部署完成和Certus?寬帶服務的正式推出,2020財年,銥星的全年服務總收入有望增長6%-8%。隨著Starlink和Oneweb星座部署進程的加快,銥星如何爭奪低軌星座市場?
  • 「鴻雁」全球衛星通信星座首顆星將發射
    本報長沙7月12日電  (記者餘建斌)記者從12日在湖南長沙召開的商業航空航天航海裝備論壇上了解到:我國今年下半年將發射「鴻雁」全球衛星通信星座首顆星。  「鴻雁」全球衛星通信星座由數百顆低軌衛星組成,以星間鏈路實現衛星空間組網,計劃在2018年下半年發射星座首顆星,預計2023年建設骨幹星座系統。中國空間技術研究院院長張洪太介紹說,「鴻雁」星座未來將在5G物聯網、移動廣播、導航天基增強、航空航海監視等場景中,為全球地區的人與物實現移動通信保障與寬帶通信服務。
  • 從「星鏈」計劃看低軌星座的優勢與風險
    天基全球通信系統根據所在軌道高度不同,衛星通常分為地球同步軌道衛星、中地球軌道衛星和低地球軌道衛星(簡稱低軌衛星)。不同軌道衛星的在軌運動速度、繞地球周期和對地視場不同,用途也有所不同。低軌衛星由於距離地面近、信號質量優,且具備更小時延,常用作通信衛星。
  • 低軌星座的兩大玩家及其亮點和難點
    低軌道寬帶網際網路接入星座並不是新生事物。早在上世紀末,伴隨銥星、全球星等低軌語音通信星座的興起,業界相繼提出了多個中低軌道網際網路接入星座的概念。其中包括微軟創始人比爾·蓋茨提出的Teledesic星座、法國阿爾卡特公司提出的「天橋」星座。
  • 研發低成本高性能通信計算衛星,「最終前沿」入局低軌網際網路星座
    衛星網際網路星座這一20年前就存在的技術方案,在近年又再次成為太空創業焦點。不論是目前仍風生水起的星鏈計劃,還是不久前已申請破產保護的 OneWeb 星座,大家想要解決的問題都是為地面通信不便捷的地方提供網絡補充。
  • ...十四五」建言丨中國工程院院士於全:探尋發展電磁感知低軌星座...
    衛星系統被廣泛應用於通信、監測、勘探、導航、科學研究等各個領域,與國家經濟命脈和國家安全息息相關,一直是空天科技的重要發展方向。近年來,隨著一網(OneWeb)計劃、星鏈(StarLink)計劃的提出與實施,在全球範圍內掀起了一波低軌衛星星座發展的熱潮。那麼,我國如何發展低軌星座?發展什麼樣的低軌星座?