最近十年以來，整個社會對衛(wèi)星通信的關注度不斷提升，各種新聞報道層出不窮。

究其原因，有兩個方面。一，來自市場和用戶對衛(wèi)星通信的旺盛需求；二，衛(wèi)星通信技術發(fā)生演進，讓以前不可能的事情，變成了可能。

今天這篇文章，我們就詳細了解一下，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的那些事兒。

衛(wèi)星通信的技術演進

上世紀70-80年代，衛(wèi)星通信剛剛誕生的時候，主要用于電視和廣播信號轉播，還有一些電話、電報和傳真需求。

那時候，國際互聯(lián)網(wǎng)（Internet）都還沒有成型，所以，也沒有什么衛(wèi)星上網(wǎng)的概念。

80年代末90年代初，美國摩托羅拉開始搞銥星計劃，就是衛(wèi)星電話為主，業(yè)務速率僅有2.4Kbps（銥星一代）。這種速率，根本談不上什么用戶體驗，能聽清楚對方說話就不錯了。

銥星一代和二代的速率參數(shù)對比

我們國家衛(wèi)星通信起步較晚。如前篇文章所說，1984年，我們才發(fā)射了第一顆有實用價值的通信衛(wèi)星（東方紅2號）。1986年，我們建成了第一張衛(wèi)星公用傳輸網(wǎng)（主要基于國外購買的設備）。

最早的時候，衛(wèi)星通信所使用的技術，以SCPC（單路單載波）、FDM/FM（頻分復用/頻率調制）為主，都是模擬通信技術。

隨著80年代國內程控電話業(yè)務大爆發(fā)，加上90年代初國內開始接觸互聯(lián)網(wǎng)，行業(yè)專家們發(fā)現(xiàn)：當時衛(wèi)星通信采用的模擬技術，沒辦法適應地面公共通信網(wǎng)絡的數(shù)字通信技術升級，落伍了。

于是，衛(wèi)星通信，開始轉向了IDR（中速數(shù)據(jù)速率）技術。

IDR業(yè)務是由Intelsat在1980年代中期提供的一種新型數(shù)據(jù)通信業(yè)務。相對于傳統(tǒng)的FDM/FM，IDR是一種數(shù)字制式升級，屬于TDM/FDMA（時分復用/頻分多址）體制。

IDR有1.544、2.048、6.312和8.448Mbps四種信息速率。它與DCME（數(shù)字電路倍增設備）組合使用，可將衛(wèi)星專線傳輸能力提高到原來的5倍。例如，8.448Mbps電路可傳600路話音。

1993年5月，原郵電部引進加拿大Spar公司的IDR設備，對國內各地的衛(wèi)星地面站進行升級和新建。

盡管IDR實現(xiàn)了數(shù)字信號升級，也提升了帶寬，但對于日益增長的用戶需求來說，還是杯水車薪。

于是，一種新型技術開始崛起并迅速普及，那就是大名鼎鼎的VSAT。

VSAT，全名叫做Very Small Aperture Terminal，甚小孔徑終端。請注意，VSAT通常是指系統(tǒng)，并不僅僅是一個終端。

一套完整的VSAT系統(tǒng)，由通信衛(wèi)星上的轉發(fā)器、地面大口徑主站（中樞站）以及眾多小口徑的小站共同構成。

VSAT的基本架構

VSAT解決的是衛(wèi)星通信“平民化”的問題。

首先是地面站的小型化。所謂的“甚小孔徑”，到底有多??？0.3-2.4米。這就很輕便了，一個人都能背著到處走。稍微大一點的，也可以車載，開著車到處走。

除了輕便之外，VSAT還有組網(wǎng)靈活、成本低、應用多、安裝操作簡單等特點，非常有利于衛(wèi)星通信的普及。

1984年，Intelsat首次開設了VSAT業(yè)務。我國很快跟進，1988年，原中國通信廣播衛(wèi)星公司引進國外通信設備，建成我國第一個VSAT通信網(wǎng)。它包括1個主站和35個端站，為我國鐵道部、能源部、地震局、海洋局、民航局、海關總署、經(jīng)濟信息中心和農(nóng)業(yè)銀行等8個行業(yè)部門提供通信服務。

后來，我們國家建設無線尋呼網(wǎng)、證券信息廣播、村村通/戶戶通工程，都大量采用了VSAT。還有很多遠洋船用通信、飛機通信、企業(yè)和政府專網(wǎng)，也采用了VSAT。

2008年汶川地震之后，電信運營商為了應對自然災害，引進了大量的VSAT設備，作為地面光纖網(wǎng)絡的備份，以及應急通信的工具。

高通量通信衛(wèi)星

進入21世紀后，Internet互聯(lián)網(wǎng)繼續(xù)蓬勃發(fā)展。無處不在的網(wǎng)絡連接需求，刺激了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的能力演進。衛(wèi)星通信星想要發(fā)展，就必須像地面蜂窩移動通信網(wǎng)絡一樣，進行帶寬容量升級。

很多讀者聽說過三種軌道：GEO（地球同步軌道）、MEO（中地球軌道）、LEO（低地球軌道）。

通信衛(wèi)星主要在前三個軌道

以前，發(fā)射衛(wèi)星的成本極高。所以，就希望一顆衛(wèi)星能覆蓋很大的范圍。想要覆蓋范圍大，就必須把衛(wèi)星放得更高，也就是GEO高地球軌道。 ? 如下圖所示，三顆就能覆蓋整個地球： ?

高軌道衛(wèi)星，雖然覆蓋面積大，但距離遠，通信就更困難。那個時候，通信技術也不是很成熟，所以，無線信道的帶寬比較低，通信速率比較慢。 ? 后來，衛(wèi)星通信技術開始逐漸升級，終于開始出現(xiàn)了新一代通信衛(wèi)星，那就是——高通量通信衛(wèi)星（HTS，High Throughput Satellite）。 ? 所謂“高通量”，是指這種衛(wèi)星的帶寬能力比傳統(tǒng)衛(wèi)星（低通量，1-2Gbps以內）多了幾倍甚至幾十倍。 ? 它是如何做到的呢？ ? 首先，使用了更高的頻段。 ? 傳統(tǒng)衛(wèi)星普遍使用4-8GHz的C波段，頻率較低且太過擁擠。而高通量通信衛(wèi)星，廣泛使用Ku波段（12-18GHz）和Ka波段（27-40GHz）。頻率資源豐富，帶寬也就跟著上去了。 ?

? 其次，衛(wèi)星平臺的升級。 ? 就像我們前篇介紹的東3、東4、東5，衛(wèi)星平臺體積越來越大，負載能力越來越強，而且升級了供電技術（電推動加化學推動，混合動力），使得電能上可以保證大帶寬所需要的大功耗。 ?

第三，轉發(fā)器數(shù)量的增加。 ? 這個也是平臺負載能力升級帶來的好處。信號轉發(fā)器的數(shù)量直線上升，意味著車道增加，帶寬也跟著增加。 ? 第四，天線波束技術的升級。 ? 天線技術提升，尤其是采用點波束，也可以增強信號能力。這相當于把光“聚焦”，不覆蓋大面積，集中覆蓋小面積，有利于速率提升。 ? 2005年8月11日發(fā)射的泰國Thaicom 4（又名IPSTAR）通信衛(wèi)星，號稱是世界上第一顆高通量衛(wèi)星。

? 這顆衛(wèi)星由美國勞拉公司研制，重約6.5噸，功率14千瓦，是當時世界上最大的商業(yè)通信衛(wèi)星，大到必須要由一枚法國阿麗亞娜5型火箭才能將它送入軌道。 ? Thaicom 4 衛(wèi)星的總帶寬高達45Gbps，可為用戶提供上行鏈接速度4Mbps，下行速度2Mbps的數(shù)據(jù)服務。 ? 我們國家的第一顆高通量衛(wèi)星，是2017年4月12日發(fā)射的中星16（一開始叫實踐十三，后來改名中星16）。這顆衛(wèi)星采用Ka頻段多波束寬帶通信系統(tǒng)，總容量達20Gbps。 ?

中星16

2019年，我們發(fā)射了中星18號，不過失敗了。2020年7月9日，我們成功發(fā)射了“亞太6D”，這是中國首顆Ku頻段高通量寬帶衛(wèi)星，通信總容量達到50Gbps，單波束容量可達1Gbps以上。 ? 據(jù)悉，我國首顆超百Gbps容量的高通量衛(wèi)星——中星26號，將于2023年初發(fā)射。 ? 目前，世界最強的高通量衛(wèi)星，應該是美國Viasat公司的Viasat-3，據(jù)說通量達到Tbps級別，不過發(fā)射時間好像一直在延期。 ?

? 低軌通信衛(wèi)星的崛起

? 除了提升衛(wèi)星通量之外，行業(yè)發(fā)現(xiàn)，隨著衛(wèi)星發(fā)射成本的逐步下降，我們還有另外一種提升衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸能力的途徑——那就是向中軌和低軌發(fā)展。 ? 道理很簡單：軌道低了，雖然覆蓋范圍小了，但是我們可以用數(shù)量來彌補覆蓋。就像蜂窩小區(qū)一樣，用大量的衛(wèi)星，密集覆蓋。 ? 對于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，行業(yè)一般將其發(fā)展分為三個階段。 ? 第一個階段，是80-90年代，以銥星為代表。當時，衛(wèi)星通信的自我定位存在問題。他們試圖用衛(wèi)星替代基站，步子邁得太大，很快就紛紛破產(chǎn)失敗了。 ? 2000年以后，是第二個階段。這次，他們的想法比較務實，就是打算“吃剩飯”。 ? 他們把自己定位為地面通信系統(tǒng)的補充，專門為海上、偏遠地區(qū)等地方的用戶，提供網(wǎng)絡服務。雖然看上去比較邊緣，但實際上蛋糕也很大。 ? 其中最具代表性的企業(yè)，是O3b。

2007年，格雷格·懷勒（Greg Wyler）創(chuàng)立了O3b Networks衛(wèi)星公司。他們通過與電信運營商合作，為島嶼或船舶提供寬帶衛(wèi)星通信服務。 ?

格雷格·懷勒

為了平衡成本和服務體驗，O3b Networks選擇了中軌道（MEO）來部署衛(wèi)星。他們運營的衛(wèi)星星群在赤道上空，距地球約8000公里。這個距離，使得O3b的地面站擁有更高的傳輸速率，更低的時延。 ? 2009年，O3b獲得了SES（歐洲衛(wèi)星公司）、谷歌、匯豐銀行的投資。2013年，O3b經(jīng)過多年努力，終于擁有了12顆衛(wèi)星，正式啟動服務。很快，他們就實現(xiàn)了盈利目標。后來，2016年8月，SES整體收購了O3b。 ? 格雷格·懷勒并沒有停止折騰，早在2012年的時候，他就成立了另外一家英國公司，名字叫WorldVU Satellite。后來，這家公司的名字改成OneWeb。 ?

除了格雷格·懷勒之外，另一位大佬也看中了互聯(lián)互聯(lián)網(wǎng)的潛力，決定入局，那就是大家都熟知的當代“鋼鐵俠”——埃隆·馬斯克（Elon?Musk）。 ? 2014年初，馬斯克和格雷格·懷勒曾經(jīng)共同規(guī)劃過WorldVu的星座計劃。結果，幾個月后，他就退出了，決定單干。 ? 2015年，他基于自己的太空探索技術公司 （SpaceX），正式提出了星鏈（Starlink）項目。 ?

星鏈項目最初計劃發(fā)射4425顆衛(wèi)星，2018年11月增加7518顆，合計1.2萬顆。2019年10月，SpaceX又增加3萬顆，總數(shù)達4.2萬顆。 ? 按照馬斯克的規(guī)劃，這些衛(wèi)星將為全球范圍內的客戶，提供高速寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務。 ? 星鏈的出現(xiàn)，標志著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)進入了第三個階段，也就是低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)時代。

? 2020年3月30日，OneWeb申請破產(chǎn)保護。而馬斯克的星鏈這邊，目前進展還算順利。截至2022年9月，SpaceX已經(jīng)擁有超過2300顆星鏈衛(wèi)星在軌運行，激活用戶超過50萬。 ? OneWeb之所以玩砸了，是因為無法在資本市場募集到足夠多的錢。而星鏈之所以成功，是因為SpaceX擁有可以回收的獵鷹火箭，同時借助一箭多星技術，能夠大幅降低了發(fā)射成本。（OneWeb不具備衛(wèi)星發(fā)射能力，之前讓某國幫忙發(fā)射，就出現(xiàn)了對方拒絕發(fā)射的問題。馬斯克的個人光環(huán)，也幫助星鏈搞到了更多的錢，可以放心燒。） ? 除了星鏈和OneWeb之外，其實國外還有很多公司在搞低軌星座項目，例如韓國三星的太空互聯(lián)網(wǎng)項目，亞馬遜的Kuiper項目，Telesat的Telesat LEO項目等。 ? ?

國內的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項目進展

? 國外低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項目搞得風生水起，我們自然也不能缺席。 ?

眾所周知，我們國家通信基礎設施非常強大，光纖、移動通信覆蓋廣泛，速率和帶寬全球領先，能夠滿足絕大部分用戶的需求。 ? 但是，我們仍然需要發(fā)展衛(wèi)星通信。因為它非常、非常、非常重要。 ? 首先，我們國家幅員遼闊，很多偏遠地區(qū)還是存在覆蓋盲區(qū)。運營商所說的網(wǎng)絡覆蓋率達到99%，指的是“人口覆蓋率”。而“國土覆蓋率”，僅有30%左右。也就是說，大量的深山、沙漠、戈壁無人區(qū)等地區(qū)，是沒有手機信號的。 ? 對于資源勘探、森林防火、搶險救災、探險旅游、野生動物保護等用途，衛(wèi)星是重要的通信手段，也是救命手段。 ? 這幾年很火的物聯(lián)網(wǎng)，也開始有衛(wèi)星方面的需求，主要用于資產(chǎn)管理、地質災害監(jiān)測等。 ? 除了陸地之外，衛(wèi)星通信的兩個重要應用領域，就是船用通信和機載通信（飛機通信）。這些需求數(shù)量是極為龐大的，而且，都是高價值客戶，愿意掏錢。 ? 如果沒有自己的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，我們不僅要把市場份額拱手讓人，還可能在特殊情況下，受制于人。 ? 2008年汶川地震，我們使用的就是國外的衛(wèi)星電話。結果，莫名其妙還中斷服務了十多個小時。自那之后，國內就開始發(fā)力搞自己的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

? 除了上述原因之外，我們要搞衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，尤其是低軌LEO衛(wèi)星，還有資源搶占的因素。 ? 根據(jù)賽迪顧問研究報告數(shù)據(jù)，地球近地軌道可容納約6萬顆衛(wèi)星。據(jù)預測，到2029年，地球近地軌道將部署總計5.7萬顆低軌衛(wèi)星。所以，再不搶，空間軌道資源就沒了。 ?
除了空間軌道資源，我們還要搶頻段資源。 ? 空間通信頻段這個東西，國際原則是“要打先申請、先申請先用”。低軌衛(wèi)星的主要通信頻段（Ku 和 Ka）逐漸趨于飽和，這也是要趕緊下手的。 ?

接下來，我們看看，國內在低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)方面的進展。 ? 首先看國家隊。 ? 星鏈計劃推出不久后，我們國家的中國航天科技和航天科工集團，就分別提出了“鴻雁工程”和“虹云工程”低軌衛(wèi)星通信星座計劃。 ? 前者計劃發(fā)射300顆低軌通信衛(wèi)星，組建國內首套寬窄帶結合的太空通信網(wǎng)。 ? 后者計劃發(fā)射156顆衛(wèi)星（距離地面1000公里），也建一個星載寬帶全球移動互聯(lián)網(wǎng)絡，致力滿足單顆衛(wèi)星4Gbps的高速接入需求。 ? 兩大計劃公布后，都已發(fā)射了試驗衛(wèi)星。 ? 后來，情況有了一些變化。 ? 2020年4月20日，國家發(fā)改委首次將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等一起，列入信息基礎設施，明確了建設衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的重大戰(zhàn)略意義。

? 2021年4月26日，中國衛(wèi)星網(wǎng)絡集團有限公司（星網(wǎng)集團）在雄安新區(qū)注冊成立。行業(yè)普遍認為，這個新成立的大型央企，將會重新整合資源，致力于建設一個更加龐大的低軌衛(wèi)星移動通信與空間互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。 ? 國內民營企業(yè)這邊，也有所行動。 ? 2020年1月16日11時02分，民營公司銀河航天成功發(fā)射了首顆低軌寬帶通信衛(wèi)星。執(zhí)行本次發(fā)射任務的火箭，是快舟一號甲運載火箭。 ? ? ? 該衛(wèi)星是全球首顆Q/V頻段的低軌寬帶衛(wèi)星。衛(wèi)星升空運行后，可提供10Gbps帶寬通訊能力，覆蓋30萬平方公里，相當于大約50個上海市的面積。 ? 除了低軌，我們也沒有放棄高軌和中軌。

? 前幾篇里提到了中國衛(wèi)通。 ? 2018年3月，工信部向中國衛(wèi)通頒發(fā)了基礎電信業(yè)務經(jīng)營許可，批準中國衛(wèi)通在全國范圍內經(jīng)營衛(wèi)星移動通信業(yè)務和衛(wèi)星固定通信業(yè)務。這意味著，中國衛(wèi)通成了“第五大運營商”。 ? 這一變化，和國內外衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展趨勢密不可分。 ? 除了前面提到的高通量衛(wèi)星中星16和26之外，中國衛(wèi)通在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)上還有很多積極布局。 ? 海洋互聯(lián)網(wǎng)方面，中國衛(wèi)通的“海星通”，已經(jīng)為6000艘中國船舶和海上平臺提供了服務，覆蓋了全球95%以上的航線。 ?

海星通 ? 航空互聯(lián)網(wǎng)方面，中國衛(wèi)通也于2020年成立了星航互聯(lián)，完成國產(chǎn)Ka寬帶飛機商用首飛。 ?

目前，中國衛(wèi)通在沿著國際主要航線，不斷擴大自己的覆蓋范圍。

另外一家在高軌和中軌布局的，是中國電信。?

2008年，中國電信把中國衛(wèi)通給了航天科技集團之后，并沒有放棄對衛(wèi)星通信的追求。2009年4月21日，中國電信集團有限公司設立衛(wèi)星通信有限公司。2017年12月15日，中國電信股份有限公司設立了衛(wèi)星通信分公司（以下簡稱中國電信衛(wèi)星分公司），專門從事衛(wèi)星通信業(yè)務。

中國電信自己搞的衛(wèi)星通信項目，叫做“天通一號”。

2016年8月6日，天通一號01星發(fā)射升空，是項目的首星。目前，已經(jīng)發(fā)射了3顆，分別是01、02、03星。2018年5月，中國電信的自主衛(wèi)星電話實現(xiàn)商用放號，號段為1740。

天通一號的終端

根據(jù)規(guī)劃，天通一號覆蓋的范圍包括中國全境及領海、中國周邊區(qū)域、中東、非洲等相關地區(qū)，以及太平洋、印度洋大部分海域。

天通一號的手機大家在網(wǎng)上都能買到，便宜點的也就5000塊一個。?在近幾年的重大自然災害中，天通一號均有不錯的表現(xiàn)。

最后一個要介紹的是中信衛(wèi)星。

我在前幾篇就介紹過，中信集團在1980年代參與組建了亞洲衛(wèi)星，后來一直是亞洲衛(wèi)星的股東。

為了便于在我國境內合法合規(guī)地開展衛(wèi)星通信業(yè)務，根據(jù)有關部門的要求，中信集團把亞洲衛(wèi)星在中國的業(yè)務移交給中信網(wǎng)絡有限公司，并專門組建了中信衛(wèi)星（中信網(wǎng)絡有限公司北京衛(wèi)星通信分公司）。

中信衛(wèi)星的衛(wèi)星數(shù)量不多，只有幾顆，但也覆蓋了亞洲、大洋洲、中東、俄羅斯以及非洲東北部地區(qū)，具備較強的衛(wèi)星通信服務能力。

結語

好啦，洋洋灑灑說了那么多，該介紹的都介紹了。

正如本文開頭所說，全社會對衛(wèi)星通信的關注度越來越高，手機廠商也開始打衛(wèi)星通信的主意。也許不久后，我們的手機就能支持直接衛(wèi)星通信，這也不是完全不可能。

未來6G，對衛(wèi)星通信也有規(guī)劃布局。不過，主要是集中在空天一體化方面，研究如何讓衛(wèi)星和地面通信系統(tǒng)進行協(xié)作，并不是讓衛(wèi)星來取代地面基站。相信隨著5G-Advanced的推進，后續(xù)會有更多的研究進展公布。

總而言之，衛(wèi)星通信的發(fā)展前景廣闊。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)只是一個過程。人類的目標，是建設一個空天一體化的立體全維度網(wǎng)絡平臺，讓通信真正實現(xiàn)無處不在。

讓我們期待這一天早日到來。

參考文獻：

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2、《70年70人“話”通信 | 閔士權：天上一顆星，人間幾十載》，閔士權；

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6、《中國衛(wèi)星通信新紀元的開辟》，汪春霆；

7、《中國通信衛(wèi)星發(fā)展歷程》，B站，文曜星河；

8、《通天蓋地45年·中國衛(wèi)星通信事業(yè)發(fā)展的偉大征程》，郭浩然 張鈺偉 郭新哲 尹曙明；

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10、《中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)深度研究報告：浩瀚宇宙中的投資“藍海”》，中航證券，張超、王宏濤；

11、《中國衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》，賽迪智庫；

12、《馬斯克顛覆得了5G？回溯“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”15年史》，戴輝。

編輯：黃飛

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