5G时代背景下卫星通信的发展

今年我国5G开始正式商用，其实从3G开始，地面移动通信技术每5年就要经过一次更新换代，相对而言卫星通信技术的发展就缓慢许多。

特别是现在进入5G时代，卫星传输和地面通信的技术指标、传输能力等差距就会越来越大。

今后，卫星通信技术会如何发展，卫星通信该怎样改变来适应这个时代，今天在这里与各位进行一些探讨。

一、中信卫星介绍
中信卫星隶属于1979年成立的中信集团，目前，中信集团已经发展成为一家金融与实业并举的大型跨国企业集团，2018年位列世界五百强的第149位。

1、中信卫星是中信集团旗下从事卫星通信的专业公司
1988年，中国信托投资公司作为发起股东之一，正式成立了亚洲卫星（公司），亚洲卫星是亚洲地区第一家商业卫星运营组织，在1990年成功发射亚洲一号卫星，这也是亚洲地区第一颗通信卫星，并且成功完成了1990年中国承办的亚运会转播任务。

1998年股权重组，中信集团成为亚洲卫星的控股股东。

2008年，因为我国主管部门的规定，卫星运营属于基础电信任务，需要国内的公司持相应的牌照方可运作，所以由中信网络获得了相应的卫星运营许可，并成立了卫星公司。

自那以后，由中信卫星全面承接了亚洲卫星在国内的业务。

2015年，由于中信集团业务调整，将牌照转移到了中信数字媒体网络有限公司。

2、现有在轨卫星及主要业务
亚洲卫星从成立到现在31年，
5G时代背景下卫星通信的发展+ 赵冬梅（中信数字媒体网络有限公司卫星通信分公司）
共发射了9颗卫星，目前在轨卫星有
7颗，最早的是1999年发射的亚洲3S
卫星，到今天已经运行了20年。

（图
1）
现在能为国内用户提供通信广
播服务的是4颗卫星，分别是亚洲五
号、亚洲七号、亚洲六号和亚洲九
号，其中亚洲六号是专门为广电提供
服务的C频段专用卫星。

亚洲九号是2017年发射的，它是
其中最年轻的卫星，同时也是亚太地
区功率最强，覆盖面最广的一颗通信
卫星。

我们现在拥有卫星转发器出租出
售和VSAT两张牌照，也是国内持有这
种二类卫星通信业务基础应用牌照，
从事卫星业务的三家运营商之一。

我们的主要业务概括起来，就
是将亚洲系列卫星的带宽租给国内相
应的用户使用，提供本地化的配套服
图1 亚洲卫星的波段示意图
务。

开展的业务主要有以下6类：电信网络、宽带通信、移动应用、应急通信、临时业务、电视广播，这些都是常规的卫星通信业务。

需要强调的是这几年发展迅速的机载通信和船载通信。

亚洲卫星其实是亚太地区参与该领域最早的一个通信公司。

早在2003年，亚洲3S卫星就为波音公司的高速宽带通信服务 Connexion提供了带宽。

但是很可惜后来该项目因严重亏损而被关闭；2011年，亚洲五号卫星为松下公司提供南亚地区的机载通信波束；2014年，国内开始使用Ku频段的卫星，做机载通信的一些实验和商用，亚洲卫星也参与其中。

到现在为止，亚洲七号卫星已经成为国内机载卫星用量最大的通信卫星。

2018年亚洲九号卫星也获得了工信部的许可，可以从事机载通信服务。

在海洋方面，我们利用亚洲五号卫星、亚洲七号卫星的移动波束，把它调到我们国家领海的上空，这两颗卫星基本能够覆盖我国领海，以及包括太平洋往西一直到印度洋的一部分海域，为我国的渔民、运输、客轮、海上执法等提供了卫星通信的保证（图2、图3）。

二、全球卫星通信产业现状和发展预测
下面我想从卫星运营商的角度，讨论一下全球卫星通信产业的现状和发展趋势。

1、卫星通信市场的预测根据欧洲咨询公司2018年的报告，从长期来看，卫星转发器的容量供应是一个持续增长的态势，大概在2022年左右，会有一个指数性的增长。

这是因为根据预测，那一年会有超大容量的高通量卫星投入使用；同时，大量的星座也会投入使用。

但是在容量出租方面，增长没有那么快，因为要花时间去培育市场，发展分销网络，以及建立新的商业模式。

而卫星容量的up值，就是每月每兆赫兹的价钱则呈现一个持续走低的趋势。

这也是为什么有些卫星运营商要转型，成为卫星服务提供商。

另外，卫星容量是有望继续增长的，它的驱动来自于宽带接入、机载通信以及基站回传等等业务。

从全球固定卫星容量的供应来看，需求和供应都在持续增长，但一直是供大于求的关系，这对用户来说是好事儿。

就卫星的出租率来看，长期以来高通量卫星比传统卫星低，这是因为需求肯定不是均衡的，这在业内很常见，肯定有些波束没有什么业务，这就造成了平均的出租率并不高。

2、各类通信卫星
我们把用于通信的卫星分为4大类。

第一类是工作在静止轨道的传统的大波束卫星，此类卫星由于都是大波束，所以它的复用率不高，一个卫星的吞吐量也就是几个Gbps的水平，所以单价相对较高，比较适合电视广播和大型VSAT网络。

第二类是近几年异军突起的高通量卫星，这里指的是位于静止轨道的高通量卫星，频段除了Ka、Ku之外，其实C频段也可组这样的点波束，它是通过几十到上百个点波束来提供一个非常高的吞吐量，如达到100Gbps 以上，但是这类卫星更适合数据业务、互联网接入等等，卫星的建造成本稍高。

第三和第四类就是所谓的星座。

其中，第三类是以OneWeb、Starlink 为代表的宽带通信星座，它的主要问题是整个系统建设成本高昂，终端成
图2 亚洲五号Ku波段海洋区域覆盖图
图3 亚洲七号Ku波段海洋区域覆盖图
本也居高不下。

第四类就是物联网星座，包括早期的铱星、全球星以及国内的天启星座。

3、国际GEO HTS的历程
按照容量，可以把国际上的HTS 发展历程分为4代。

第1代是2005年到2011年，单星容量在50Gbps左右。

第2代是2011年到2017年，单星容量大约是50~140Gbps，这是现在的主流。

第3代从2017年开始，代表是Viasat-2以及休斯公司的Echostar 19，容量可以达到200Gbps以上，这已经不叫HTS，而叫VHTS（Very HST，甚高通量）。

第4代有望在2021年以后实现，叫UHTS（Ultra-HTS，超高通量），包括Echostar 24和Viasat-3，容量能接近1Tbps。

卫星上的载荷可以分为弯管载荷和数字载荷两种。

传统高通量卫星一般使用的都是弯管载荷，卫星上的链接都是通过硬件直接连接的，灵活性不佳，也不支持远端站之间的直接通信，必须要通过关口站。

由于它每个波束的容量带宽是固定不变的，所以利用效率不高。

第二类叫数字载荷，是通过使用数字透明处理器技术以及多端口功放，能够实现一定程度的灵活性。

从2013年开始，国际上的卫星运营商已经不再采购弯管载荷的传统高通量卫星，而转向数字载荷的卫星，现在不少卫星都采取了数字载荷的技术。

简单的比较一下这两种卫星的区别。

模拟弯管载荷只适用于星状网这种网络结构，专网、网状网无法使用。

而数字载荷技术支持星状网、网状网、甚至支持在一个波束下环路拓扑结构。

而且它在不同的波束之间的频率、
功率可以进行一定弹性的分配，也就是
说业务多的地方可以分配多一些的容
量，没有业务的就可以分配少一些。

当
然它带来最大的好处是对于地面系统
的建设来说，如果用数字载荷，初期用
一个关口站就可以支持所有的用户波
束，未来随着业务的增加再逐渐增加
关口站，初期建设成本减少了很多，这
对用户来说会降低使用成本。

另外它
在抗干扰能力、载波监控等方面也更
加先进。

卫星空间段的建设成本是逐年
下降的，常规的卫星空间段建设成
本基准是6000万美元/Gbps以上；
发展到今天HTS-CLASS II ，容量是
50~150Gbps，带宽的成本就是300万
美元/Gbps以上；未来VHTS-CLASS的
成本可能会下降到70万美元/Gbps。

4、全球卫星行业总体发展趋势
总结
●地球同步轨道传统卫星通信行
业总体增长缓慢
●卫星广播业务增长乏力（受
OTT冲击）
●地球同步轨道HTS卫星快速增
长
●更多的新技术应用于卫星制造
领域，卫星平台能力不断提升
●私营、民营航天企业为卫星发
射市场注入生机
●天地一体化信息网络成为新的
热点
●移动终端成为新的增长点
●中低轨星座乱花迷眼
三、5G与卫星通信
1、5G与卫星的现状与未来
5G已经到来，6G也在路上。

那
么5G和卫星通信会发生更多的联系。

首先体现在5G与卫星频谱资源的争夺
与共享上，因为5G需要的频谱资源很
多，现在用的是6G赫兹以下的频谱，
首当其冲受影响的是C频段的卫星。

除了频谱资源之外，国际卫星组
图4 亚洲卫星滤波器的技术参数
织也在就卫星与5G如何深度融合进行研究，比如ITU、3GPP等都有这方面的项目。

总的来说，在将来5G的两大场景中，增强的移动宽带（eMBB）可以用到卫星，因为卫星的灵活性和全覆盖特性是不可忽视的优势。

它可以为基站提供回传，不光5G，在3G、4G 时代都可以这样操作。

天地一体化网络、高低轨结合，低轨星作为节点，高轨星提供中继，终端在地面网络和卫星网络之间切换。

5G可能会在协议、端口、终端等方面与卫星进行深入的融合。

而在将来大规模机器通信（mMTC）上，卫星物联网的参与更是必不可少。

2、5G信号对卫星接收系统的干扰
今年6月，工信部正式发放5G商用牌照，中国电信、中国联通获得3.4~3.6GHz的频谱资源，首当其冲受到影响的就是卫星的扩展C频段，基本无法使用，必须要把扩展C频段的业务完全挪到标注C频段上，这个影响体现在两个方面，一个是5G的基站信号相对卫星来说功率太高了，很容易影响卫星信号的接收。

面对这样的问题，有什么解决办法呢？首先必选的是为地球站加装5G 抗干扰滤波器，如果这样还不能解决问题，就要实施其他的举措，比如加屏蔽网、更换高频头等等。

3、亚洲卫星的滤波器
我们不是做卫星的吗？为什么现在走到地面上来了。

亚洲卫星工程部有星上波导器件的设计经验，可以用于地面抗5G干扰，所以设计了这款性能很好的滤波器，适用于国内的抗5G 干扰，频段是3.7~4.2GHz，目前已经通过了广电总局的核准测试，在广电系统的地球站的改造中得到了比较广泛的应用（图4）。

此外，我们根据海外用户的需
求，还设计了不同频段、不同型号的
滤波器产品。

在5G时代帮C频段留住更多的客
户，这是我们进行这项研究的出发
点。

四、启发与思考
首先，视频传输仍然是传统卫星
收入最多的部分，虽然根据预测它的
占比将越来越小，但是其重要性无可
替代，一定要利用好卫星在视频广播
传输领域的独特优势。

比如提供4K、
8K超高清节目，改善用户的观看体
验，与地面的OTT区分市场，创造更
多价值。

第二，卫星运营商要向卫星服
务商下沉，拓展更多的业务，寻求
产业链合作共赢。

总有同行问我们
什么时候发射HTS卫星，事实上我
们这几年一直与几大卫星制造商保
持沟通，关注灵活载荷的卫星设
计，但是在决定投资这颗卫星的时
候，公司考虑到高通量卫星基本面
向的是全新的市场，面向的是宽带
服务，而不是传统的广播电视，所
以市场到底有多大，投资回报怎么
样，都是作为一个商业卫星运营公
司首先要考虑的。

此外，卫星的制造成本逐年
下降，两年前我们考虑亚洲十号的
时候，单位成本大概是300万美元/
Gbps，现在已经降低到了200万美元
/Gbps以下，今后还会有更大的下降
空间。

亚洲卫星的高通量卫星肯定是
要做的，但是我们希望能够用更低的
成本，做一颗更先进的高通量卫星。

也希望能与业界有兴趣的同行一起探
讨，共同开拓亚洲卫星下一代的高通
量卫星。

第三，卫星容量供应保持供大于
求，推动新应用的增长，建立新的业
务模式，减少供需差距。

第四，关注卫星通信与5G共存与
融合。

SATNET。