衛星按照用途大致可分為:通信衛星、遙感衛星(狹義指民用地球觀測衛星,廣 義還包含軍事偵查衛星)、導航衛星(提供位置服務)、技術試驗衛星等。根據SIA(美國衛星產業協會)數據顯示,截至2018年底,全球共有在軌衛星2092顆, 其中通信衛星、遙感衛星、導航衛星的佔比分別為40%、26%、6%。2019年,全球 共發射505顆衛星,其中通信衛星、遙感衛星、導航衛星的佔比分別為33%、22%、3%。
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按照通信衛星運行的軌道不同,衛星通信(系統)可分為低軌道(LEO)衛星通信、中軌道(MEO)衛星通信和高軌道(GEO)同步衛星通信。LEO衛星軌道高度500km~2000km,MEO衛星軌道高度2000km~36000km,GEO衛星軌道高度為36000km。
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低軌道衛星通信系統由低軌道衛星和主控站,關口地球站,移動地球站(車載站、船載站、機載站等),手持機以及無線電定位終端等組成。低軌道衛星星座是指十幾顆至幾十顆低軌道運行的小型衛星,繞地球在經度上距離相等的若干個軌道面旋轉,作為移動通信中繼站,對地面形成無線蜂窩覆蓋,把整個地球表面都覆蓋在內,可提供電話、傳真、數據、尋呼及無線電定位等業務。
低軌道衛星一般距地面約1000km,空間傳輸損耗較小。衛星形成的覆蓋小區在地球表面很快移動,繞地球一周約需2小時。在低軌道上運行的衛星,距地面的高度是變化的,每顆衛星的覆蓋面積也在改變,所以在切換和覆蓋需要進行調整。
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自20世紀90年代以來,低軌寬帶通信衛星系統開始受到各國廣泛關注,但由於 發射成本、建設成本高,推進緩慢。近年來,隨著衛星小型化、輕量化、低軌道 發射成本的大幅下降,以及物聯網、移動網際網路的發展,低軌通信星座迎來了新 的發展高潮。2018年全球低軌通信衛星(LEO)入軌數量達53顆。
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目前,國外已經公布的低軌通信衛星方案中,衛星總數量約為23892顆,衛星軌道高度主要集中在1000~1500km之間,頻段主要集中在Ka、Ku和V頻段,在軌道高度十分範圍有限、頻段高度集中的情況下,衛星軌道和頻譜的競爭將愈加激烈。由於軌道和頻譜在國際電信聯盟的有效佔有時間有限,不如期發射衛星,原有軌道和頻譜將失效,因此,預計下一階段各家公司將搶先發射衛星,以實際佔有軌道和頻譜,軌道和頻譜的爭奪將愈演愈烈。
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相關報告:華經產業研究院發布的《2020-2025年中國衛星應用行業市場調研分析及投資戰略諮詢報告》
我國疆域遼闊,自然地形複雜。在面對偏遠山區的自然村落時,與地面光纜相比,「從天上」解決成本更低,並且能夠同時解決海上通信問題。2016年12月的《十三五國家信息化規劃》中也明確提及「通過移動蜂窩、光纖、低軌衛星等多種方式,完善邊遠地區及貧困地區的網絡覆蓋。」在此背景下,據新浪網報導,中國航天科技和中國航天科工兩大集團都啟動了各自的低軌通信項目「鴻雁」和「虹雲」 星座計劃,航天兩大集團成為了我國低軌通信衛星領域的「國家隊」。
2018年,我國共發射衛星91顆,其中通信衛星4顆,佔比為4.4%;2019年我國 共發射衛星54顆,其中通信衛星12顆,佔比為22.22%,比例快速提升。
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從發展階段來看,目前低軌衛星網際網路處於起步階段,主要以星座等基礎設施建 設為主,上遊需求相對明確;未來隨著系統建設完成,產值佔比更大的應用服務 將快速增長。從行業未來競爭格局來看,低軌衛星網際網路資源壁壘高、前期投入 金額大、建設周期長,未來星座網際網路將成為一個寡頭壟斷的市場。
隨著5G時代的即將到來,國際通信組織以及業內人士已經開始對6G時代進行展望,當前得到的共識是,5G/6G時代將是衛星通信與地面通信網絡相融合從而真正實現全球通信,包括3GPP、ITU在內的國際標準化組織成立了專門工作組,我國科技部也開始著手開展衛星通信與5G/6G相融合的問題,衛星通信的時代即將開啟。
由於低軌道衛星一般只有幾百公斤重,研發迭代周期短,成本低廉。衛星用小型火箭就能發射,這也為及時更換有故障的衛星提供了便利,對保證通信系統的質量和高可靠性有利。低軌道衛星通信的優點在於:一方面衛星的軌道高度低,使得傳輸延時短。路徑損耗小,衛星數量大,覆蓋範圍廣,組成的星座可以實現真正的全球覆蓋,頻率復用更有效;小衛星多採用Ka/Ku頻段,系統容量大,如OneWeb公司的單星容量5.8Gbps,系統總容量超71Tbps;另一方面蜂窩通信、多址、點波束、頻率復用等技術也為低軌道衛星移動通信提供了技術保障,聚焦寬帶移動網際網路服務;接收終端小型化、智能化,可以有效的降低成本,快速實現普及。所以低軌道衛星系統也是未來6G通信的建立的重要技術基礎。