卫星互联网:全球组网引发新一轮空间资源战

2018-04-13 09:21 来源:CIE智库
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  导读

  1月23日,我国首颗高通量通信卫星实践十三号在轨交付,正式投入使用,为我国空天地宽带互联网建设提供了有力支撑。2月22日,太空探索技术公司SpaceX成功发射了一枚“猎鹰9号”火箭,将其两颗互联网实验卫星送入近地轨道,用于测试SpaceX未来的Starlink宽带服务,向全球提供千兆级别的卫星宽带接入服务。卫星互联网的快速发展将掀起全球组网新一轮空间资源战。


  卫星互联网是将卫星通信与互联网相结合的新型网络,通过大容量的卫星宽带线路实现信息联网传输,具有不受地域限制、高速高质量连接等优势,是对光纤互联网和移动互联网很好的补充。当前,光纤宽带网和移动宽带网已经覆盖了绝大多数场景及用户,但是网络覆盖仍旧有空缺,如航空、海上,偏远农村、牧区、沙漠等,截至2017年6月,全球互联网普及率为51.7%,全球仍有一半的人口未实现互联网连接,基于卫星的互联网服务可以覆盖所有区域而无需建立昂贵的地基互联基础设施,在偏远地区的移动通信基站接入、大交通宽带接入、网络临时应用、政府和企业专网、万物互联等领域具有广泛的应用空间。

图1  卫星互联网应用场景

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资料来源:中国电子学会整理

  一、卫星互联网全球发展态势

  随着通信行业对高数据率传输业务和宽带多媒体应用的需求空前增长,互联网逐渐从地面网络扩展到空间网络,与此同时,多波束天线、星上处理、频谱复用技术等宽带卫星通信技术的快速更迭与发展,为用户提供更大范围和更高质量的互联网服务。一场由技术革新和商业资本驱动的卫星互联网发展浪潮正席卷全球,全球各主要国家纷纷将卫星互联网视为重要发展战略,新兴卫星企业也加紧开展全球布局,构建卫星互联网,抢占发展先机。

  (一)各国加快开展卫星互联网战略布局

  卫星互联网以日益凸显的国家战略地位、潜在的市场经济价值、稀缺的空间频轨资源成为全球各国关注的焦点,世界各国纷纷将卫星互联网视为重要发展战略,相继发布卫星通信网络建设计划。2016年底,美国白宫宣布投资5000万美元的创新基金用于推动小卫星发展。英国于2017年1月发布了卫星和空间科学领域的空间频谱战略,并将对卫星宽带使用和普遍服务义务的进展进行监督。澳大利亚于2016年12月发布“超高速宽带基础设施”立法草案,内容涉及为国家卫星宽带网络提供长期资金支持。与此同时,我国政府也十分重视卫星互联网的发展,并将其列入未来重大发展战略。《中国制造2025》提出加快发展新型卫星等空间平效载荷、空天地宽带互联网系统,形成长期持续稳定的卫星遥感、通信、导航等空间信息服务能力。《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025年)》、《国家信息化发展战略纲要》和《“十三五”国家科技创新规划》等文件也已明确提出要加快空间互联网部署,发展宽带通信卫星系统,设立“天地一体化信息网络工程” 重大工程,实现空间与地面设施互联互通,服务宽带中国和全球化战略。

  (二)宽带卫星通信技术取得显着突破

  当前,多波束天线技术、频率复用技术和灵活有效载荷技术等技术演进的速度不断加快,宽带卫星技术和卫星宽带应用迎来了新一轮高速发展阶段。自2015 年以来,全球范围内至少提出了6 个大型中低轨卫星星座项目。卫星研制方面,由非标准化向标准化、由定制化向模块化发展,微小卫星平台成熟有效降低研制成本。卫星发射方面,火箭发射和回收技术推陈出新,发射成本得到大幅下降。卫星通信方面,Ka波段(27GHz~40GHz)卫星应用使卫星通信带宽从百Mbps 提升至Gbps,带宽承载能力大幅提升。2017年3月,美国空军的第九颗宽带全球通信卫星(WGS-9)发射升空,卫星上携带有X波段和Ka波段转发器及升级增强的宽带数字信道器,可将卫星带宽提高90%,可支持8.088千兆赫兹带宽,其预期下行速度高达每秒11千兆。2017年4月,我国发射了首颗宽带卫星-实践十三号卫星,首次在中国通信卫星上应用Ka频段宽带技术,通信总容量达20Gbps,并首次在国际上开展高轨卫星与地面的双向激光通信试验,速率最高达到5Gbps,使中国成为国际上首个掌握该项技术的国家,加速我国进入卫星互联网时代。

  (三)领军企业抢抓太空互联网新入口

  面对有限的频轨资源和动辄上千颗的卫星星座部署,国内外领军企业通过大量的多元合作项目和持续性融资,竞相布局各自的卫星互联网生态圈,以抢占太空互联网宽带接入新入口。以OneWeb、SpaceX、O3b为代表的美国商业卫星公司积极探索创新发展模式,吸纳各路资本,借助商业力量壮大市场规模。OneWeb与包括空客、维珍银河、高通、卫讯和可口可乐等在内的多家公司开展资源优势合作,并于2016年底获得日本软银12亿美元融资;SpaceX卫星互联网计划从 Google 和 Fidelity 处获得10亿美元的融资。此外,互联网巨头也竞相进入,Google先后投资O3b和SpaceX公司,Facebook与法国卫星公司合作计划向非洲大陆提供互联网服务,亚马逊CEO创办的Blue Origin航天公司计划2021年起为OneWeb发射约400颗小卫星。我国部分企业也在积极探索卫星互联网技术及应用。中国航天科工、中国航天科技、中国电科等公司都开始积极推进相关工作,建设自己的卫星互联网。2017年4月,中国卫通成功发射Ka 频段高通量卫星“中星16号”,并将逐步投入使用。中国航天科工二院将在2018年发射“虹云工程”技术验证星,构建出星载宽带全球移动互联网络。中国航天科技集团也计划在今年全面启动全球移动宽带卫星互联网系统建设,建成后,它将成为全球无缝覆盖的空间信息网络基础设施。

表1:国内外企业计划部署的卫星互联网星座系统资料来源:中国电子学会整理

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  二、当前我国卫星互联网发展存在的阻碍

  (一)发展基础相对薄弱

  据美国忧思科学家联盟(UCS)最新数据统计,我国已拥有卫星总数超过192颗,占地球卫星总数的13%。虽然我国卫星总数居世界前列,但我国卫星通信网络建设以国土及周边区域保障为主,可提供通信或互联网服务的卫星仍然相对较少,据统计目前通信卫星为38 颗,占比19.8%,仅为美国通信卫星数量的零头,所占比例远低于国际平均水平,卫星通信网络尚无法实现全球覆盖。同时,卫星平台制造、射频和终端等技术相对落后,阵列天线、数字星上处理、多端口放大器技术很难快速实现技术突破,存在需求分布不均、转发器利用率不高的问题。

  (二)业务开展面临多方压力

  卫星互联网覆盖空天地海,业务开展涉及频轨申请、卫星发射、经营许可、信息安全等多方面问题,尤其频率资源长期分散在不同管理部门,内部协调难度较大,难以形成统一管理。长期以来,我国在静止轨道频率轨位资源协调方面遇到了诸多阻力和困难,频轨资源申请上远落后于美国等发达国家,卫星资源储备不足,影响了相关卫星业务的开展,即使技术、资金和市场条件俱全也进展缓慢。

  (三)产业生态尚不成熟

  我国卫星通信产业生态处于相互独立状态,面向开放市场的系统设计、商业渠道、推广方式和运营模式尚不成熟,融合发展机制有待进一步完善。各类卫星系统都由各国所属行业或企业管理,各系统之间、卫星与卫星之间不能实现信息互联和信息处理,资源无法共享。卫星观测到的数据多数须经地面处理后才能向用户提供产品,无法满足“落地即服务”的实时需要。

  三、加快我国发展卫星互联网的措施建议

  一是加强技术创新和产业协同发展。加大资金投入,部署专项财政资金,建设一批具有国际影响的宽带卫星技术创新中心;引导民间资本进入空间领域,鼓励PPP等方式参与卫星互联网领域关键技术研发,重点突破多波束天线技术、频率复用技术等核心技术;完善卫星研制、终端设备和信息服务领域相关技术标准,打破科技成果转化壁垒,构建自主知识产权体系;引导卫星研制、卫星运营、地面系统建设和终端设备制造等产业链协同发展,提供满足市场需要的多样化产品和应用系统。

  二是积极推动卫星互联网的商业化应用。深入研究各行业发展特点,根据市场需求有针对性的开展宽带卫星系统设计,鼓励各行业加强与卫星互联网融合,积极推进卫星互联网相关技术产品和应用的落地,满足偏远地区的移动通信基站及大交通宽带接入,在远程医疗、远程教育、专网通信等重要领域开展试点示范,探索在一带一路沿线有条件开展卫星互联网运营服务试点;统筹规划卫星轨位资源和频率资源协调,健全频率资源的全周期管理机制,支持企业利用多种方式获取全球轨位资源,推动人卫星互联网规模化应用。

  三是充分发挥科技社团的第三方支撑作用。组织建立卫星互联网领域专家团队,探索制定长期发展战略及分阶段目标,提出场景应用指导方案,围绕标准研制、交流合作、协同创新开展主要工作;打造产用对接平台,引导卫星互联网技术及服务提供商与军队、政府、企业等用户开展卫星共建、网络合营、转发器租赁、转发器容量采购、载荷搭载、卫星测控、设备托管、系统运维等多种形式的合作,促进新技术、新成果的快速转化应用,全面支撑我国空间信息基础设施的建设和运营。

  四是加快建立健全技术应用的监管体系。针对相应的监管政策法律等开展前瞻性研究,明确相关部门的监管职责、工作重点等,及时填补行业监管漏洞和空白。超前考虑卫星网络资源、业务和设备等监管政策,组织开展安全风险评估,制定管理策略;完善技术监管手段,重点保障信号实时监测、频谱干扰压制、发射源定位和访问权限控制等关键环节的网络与信息安全。主动参与相关国际规则和标准的讨论与制定,推动形成公平合理的国际卫星互联网管理规则与机制。


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责任编辑:陈宏
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