■ 星展測(cè)控科技股份有限公司 韓 磊

全球海域約占近地球表面積的71%，海洋上分布著各種船只和作業(yè)平臺(tái)，開展著諸如漁業(yè)捕撈、遠(yuǎn)洋航運(yùn)、資源開采等人類活動(dòng)。隨著海事活動(dòng)的日趨頻繁和海洋經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，海洋寬帶衛(wèi)星通信已成為人類開展海事活動(dòng)必不可少的重要保障。高通量通信衛(wèi)星（HTS，High Throughput Satellite），也稱高吞吐量通信衛(wèi)星，主要技術(shù)特征包括多點(diǎn)波束、頻率復(fù)用、高波束增益等。相比于傳統(tǒng)通信衛(wèi)星，高通量衛(wèi)星在容量及單位帶寬成本方面擁有優(yōu)勢(shì)，具有與地面網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)的可能性。

全球目前已有26個(gè)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商投資建造了數(shù)十顆高通量衛(wèi)星或載荷，其中，2018年上半年發(fā)射的高通量衛(wèi)星有3次共7顆，高通量衛(wèi)星大幅提升了通信容量并降低了單位帶寬成本，已成為衛(wèi)星通信的重要發(fā)展趨勢(shì)之一，高通量衛(wèi)星應(yīng)用在海洋中的商業(yè)機(jī)遇已經(jīng)到來。

一、高通量衛(wèi)星發(fā)展情況

2018年11月25日，我國(guó)“海洋二號(hào)”衛(wèi)星發(fā)射成功。海洋衛(wèi)星是“一帶一路”海洋戰(zhàn)略不可或缺的組成部分。我國(guó)也一直在進(jìn)行海上衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，但是由于衛(wèi)星資源的限制（例如，我國(guó)目前所有的衛(wèi)星資源在海洋上的覆蓋及投入都是有限的），我國(guó)海上衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)進(jìn)程也較為緩慢。同時(shí)，國(guó)際衛(wèi)星公司對(duì)海洋通信的帶寬給予也非常有限。近年來，高通量衛(wèi)星（HTS）發(fā)展迅速，尤其是在歐美地區(qū)，高通量衛(wèi)星投入使用后，在陸地及空中應(yīng)用已經(jīng)得到了很大提升，海洋上也有運(yùn)營(yíng)商將高通量衛(wèi)星作為服務(wù)的通道。本文就針對(duì)海洋寬帶衛(wèi)星通信在高通量衛(wèi)星時(shí)代的商業(yè)機(jī)遇進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述。

圖1為全球船舶位置示意圖，圖中密密麻麻的紅點(diǎn)及綠點(diǎn)代表在海洋上漂泊的每一艘船只，而這些船與我們的生活息息相關(guān)，全球貿(mào)易中90%以上的大宗貨物是通過海運(yùn)來完成的。船舶在海洋上遠(yuǎn)離大陸，即便是南極洲附近，也有許多科考工船和海工船等在進(jìn)行遠(yuǎn)洋作業(yè)。以前，遠(yuǎn)洋船舶的通信非常困難，船員的信息也比較閉塞，但近年來，隨著衛(wèi)星通信行業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)有一些運(yùn)營(yíng)商通過衛(wèi)星為這些船舶提供了網(wǎng)絡(luò)連接。

圖1 全球船舶位置示意圖（圖片來源：marinetraffic.com）

圖2 為2005～2016年的海洋衛(wèi)星通信帶寬增長(zhǎng)趨勢(shì)示意圖。如圖2所示，2013年，海洋衛(wèi)星通信帶寬顯著增長(zhǎng)，這是由于2013年高通量衛(wèi)星開始正式投入使用，其大帶寬、高通量的特性迅速滿足了市場(chǎng)需求。

圖2 2005～2016年海洋衛(wèi)星通信帶寬增長(zhǎng)趨勢(shì)示意圖（圖片來源：EUROCONSULT）

但是，即使高通量衛(wèi)星有如此迅猛的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，截至2016年，全球海洋衛(wèi)星通信帶寬總和才達(dá)到66×109bit/s，尚不及700個(gè)深圳家庭的寬帶總和。海洋上有70萬(wàn)條各類船舶和鉆井平臺(tái)，平均每條船的帶寬不足105bit/s，即相當(dāng)于陸地上20年前的帶寬水平。我國(guó)2017年才正式發(fā)射了“中星16號(hào)”衛(wèi)星，這是屬于我國(guó)自己的首顆高通量衛(wèi)星。

通信衛(wèi)星的發(fā)展因頻率不同，經(jīng)歷了C-Ku-Ka波段3個(gè)階段，到目前為止，C波段的覆蓋最好，但是其帶寬極其有限，而且終端設(shè)備的體積也非常大，動(dòng)輒1.8m或2.4m的天線面口徑。Ku波段基本實(shí)現(xiàn)了全球覆蓋，在帶寬上能滿足用戶的基本上網(wǎng)需求；某些高通量衛(wèi)星的Ku頻段波束也實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，Ku頻段的終端設(shè)備體積適中，占據(jù)目前市場(chǎng)的主流位置。Ka波段目前只有國(guó)際海事衛(wèi)星組織（Inmarsat）實(shí)現(xiàn)了全球覆蓋，衛(wèi)星通信行業(yè)有個(gè)共識(shí)：Ka波段的高通量衛(wèi)星是大勢(shì)所趨，目前其對(duì)應(yīng)的終端設(shè)備正處于起步階段，雖然體積小巧，但是成本較高。圖3為不同頻段的衛(wèi)星帶寬及設(shè)備終端對(duì)比。

圖3 不同頻段的衛(wèi)星帶寬及設(shè)備終端對(duì)比

二、高通量衛(wèi)星的市場(chǎng)現(xiàn)狀

目前，市場(chǎng)上已經(jīng)有國(guó)際海事衛(wèi)星組織（Inmarsat）、歐洲衛(wèi)星公司（SES）、國(guó)際通信衛(wèi)星組織（INTELSAT）和歐洲電信衛(wèi)星組織（eutelsat）等國(guó)際衛(wèi)星公司發(fā)射并運(yùn)營(yíng)者高通量衛(wèi)星，并針對(duì)海洋的覆蓋做了一定的戰(zhàn)略布局，尤其是國(guó)際海事衛(wèi)星組織（Inmarsat）已經(jīng)完成了覆蓋全球的Ka波段的高通量衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。另外，歐洲衛(wèi)星公司（SES）也在今年發(fā)射了SES-12號(hào)衛(wèi)星，能夠?yàn)閬喬椭袞|等Ku波段用戶提供高通量衛(wèi)星服務(wù)。而包括國(guó)際通信衛(wèi)星組織（INTELSAT）和歐洲電信衛(wèi)星組織（eutelsat）也都有各自覆蓋全球海洋的高通量衛(wèi)星計(jì)劃。圖4為國(guó)際上主要的高通量衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)品牌。

圖4 國(guó)際上主要的高通量衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)品牌

2005年，由我國(guó)和泰國(guó)通信衛(wèi)星公司聯(lián)合運(yùn)營(yíng)的IPSTAR通信衛(wèi)星發(fā)射成功，成為最早的新一代高通量通信衛(wèi)星，其在我國(guó)有12×109bit/s的容量，同時(shí)覆蓋亞太地區(qū)眾多國(guó)家及澳大利亞海域，目前國(guó)內(nèi)由中國(guó)電信集團(tuán)有限公司進(jìn)行商業(yè)運(yùn)營(yíng)。2017年4月，由中國(guó)衛(wèi)通集團(tuán)股份有限公司發(fā)射并運(yùn)營(yíng)的中星-16號(hào)Ka波段高通量衛(wèi)星在海上有6個(gè)點(diǎn)波束（指一束集中的高功率的衛(wèi)星信號(hào)，其僅覆蓋一個(gè)小的區(qū)域）覆蓋。2018年發(fā)射的亞太5C在印尼有12×109bit/s的容量覆蓋。另外，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司也引進(jìn)了EUTELSAT 172B衛(wèi)星，從而提升了聯(lián)通公司從北美西海岸到亞洲和大洋洲的衛(wèi)星通信服務(wù)能力。圖5為國(guó)內(nèi)高通量衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)公司及其品牌。

當(dāng)然，隨著高通量衛(wèi)星的運(yùn)營(yíng)態(tài)勢(shì)日漸清晰，包括亞洲衛(wèi)星公司(AsiaSat)、中國(guó)衛(wèi)通集團(tuán)股份有限公司（ChinaSat）和亞太衛(wèi)星控股有限公司（APstar）等公司都有自己的高通量衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃，而且都把海洋覆蓋提高到了很高的地位。圖6為高通量衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃。

三、海洋通信對(duì)高通量衛(wèi)星的需求及現(xiàn)狀

高通量通信衛(wèi)星（HTS），也稱高吞吐量通信衛(wèi)星，主要技術(shù)特征包括多點(diǎn)波束、頻率復(fù)用、高波束增益等。相比于傳統(tǒng)通信衛(wèi)星，高通量衛(wèi)星在容量及單位帶寬成本方面具有優(yōu)勢(shì)，具有與地面網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)的可能性。

全球高通量衛(wèi)星目前已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展期，根據(jù)歐洲咨詢公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球30家衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商在高通量衛(wèi)星系統(tǒng)方面的總承諾投資額已達(dá)到近190億美元。高通量衛(wèi)星在數(shù)量、容量、收入和需求方面都有望迎來迅猛發(fā)展。目前，高通量衛(wèi)星商業(yè)化前景廣闊，但由于地域發(fā)展不均衡，其市場(chǎng)目前的重心在歐美等國(guó)家，而非最具發(fā)展?jié)摿Φ膩喬袌?chǎng)。

隨著帶寬的大幅提升，帶寬使用量也將大幅增長(zhǎng)，從陸地?zé)o線資源的發(fā)展來看，人們對(duì)帶寬的需求是無(wú)止境的。隨之而來的寬帶增值業(yè)務(wù)也將迅速發(fā)展起來，在海洋運(yùn)輸（實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程維護(hù)、船隊(duì)管理、船員互聯(lián)網(wǎng)接入）、游輪游艇（船員及游客寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)）、遠(yuǎn)洋漁業(yè)（業(yè)務(wù)安全保障、漁民日常通信、智慧漁業(yè)）、海上石油開采（大數(shù)據(jù)應(yīng)用、生產(chǎn)管理和控制）等方面，高通量通信衛(wèi)星具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

船舶對(duì)海洋信息化的需求是不言而喻的，以前只能通過海事衛(wèi)星極窄的帶寬完成小型數(shù)據(jù)及語(yǔ)音的傳輸，而貨物的時(shí)間控制，包括安全航行及數(shù)據(jù)采集的需求都無(wú)從談起，尤其是船隊(duì)中每艘航船所涉及的幾千萬(wàn)費(fèi)用數(shù)據(jù)無(wú)法做到有效管理。另外，船員的基本通信需求也無(wú)法滿足，船員在海上漂泊的時(shí)間往往超過大半年，基本上斷絕了與陸地和親人的聯(lián)系，但現(xiàn)在有了寬帶通信衛(wèi)星，船員就可以保持和陸地的聯(lián)系，避免與社會(huì)脫節(jié)。

截至2017年7月，全球國(guó)際航行船舶共有79753艘，萬(wàn)噸以上船舶25714艘，全球有AIS船位的月活躍船舶數(shù)量37.89萬(wàn)艘。全球160m以上的船舶約3.06萬(wàn)艘，占全部AIS船舶的8.09%。而船長(zhǎng)小于80m和未知船長(zhǎng)的船舶約30.89萬(wàn)艘，占全球所有AIS船舶的81.52%。隨著衛(wèi)星終端設(shè)備的小型化，90%以上的船只均具備裝備寬帶通信能力的VSAT小站設(shè)備的條件。

2017年VSAT市場(chǎng)的增長(zhǎng)率為18.8%，總量已經(jīng)超過23000個(gè)終端。VSAT技術(shù)開始被中小型船舶市場(chǎng)采用，運(yùn)營(yíng)商越來越愿意從MSS遷移到VSAT解決方案，MSS終端數(shù)量相比2016年下降了0.4%。總而言之，乘客的需求增加，安全通信的監(jiān)管激勵(lì)，船員和乘客對(duì)豐富內(nèi)容的興趣，以及與智能航運(yùn)相關(guān)的新開發(fā)概念，是推動(dòng)海運(yùn)經(jīng)營(yíng)者在其船上安裝最新一代衛(wèi)星系統(tǒng)的主要因素。越來越多的物聯(lián)網(wǎng)連接和傳感設(shè)備帶來的自主運(yùn)輸和性能監(jiān)控，以及船隊(duì)管理和網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)用方面的要求將推動(dòng)未來10年的容量需求。

四、高通量衛(wèi)星帶來的機(jī)遇

（一 ）資費(fèi)更低

預(yù)計(jì)高通量衛(wèi)星在2017～2025年期間將產(chǎn)生360億美元以上總收入，到2025年HTS容量的租賃收入將超過60億美元，屆時(shí)單位帶寬成本將大幅降低。

（二 ）帶寬更大

高通量通信衛(wèi)星采用了頻率復(fù)用、多點(diǎn)波束等先進(jìn)技術(shù)，在使用相同頻率資源的條件下通信容量比常規(guī)通信衛(wèi)星高出數(shù)倍甚至數(shù)十倍。

（三 ）終端更小

高通量衛(wèi)星大多為Ka波段，其對(duì)天線面口徑大小要求不高，因此，其終端可以做得更小、更加輕巧。

（四 ）接入門檻降低

隨著設(shè)備終端的輕量化和小型化，用戶的接入門檻進(jìn)一步降低，可以創(chuàng)造出更多靈活便利的用戶接入模式。

（五 ）更多投資機(jī)會(huì)

隨著高通量衛(wèi)星的持續(xù)發(fā)力，在其成本降低之后，許多傳統(tǒng)通信行業(yè)的創(chuàng)新玩法可以移植過來，從而吸引更多投資，如圖7所示。

圖7 高通量衛(wèi)星帶來的機(jī)遇

五、高通量衛(wèi)星發(fā)展面臨的問題

高通量衛(wèi)星目前也存在很多影響整個(gè)行業(yè)發(fā)展的問題，如圖8所示。首先，除了國(guó)際海事衛(wèi)星組織（Inmarsat），目前還沒有其他第二家衛(wèi)星公司能夠做到高通量衛(wèi)星的全球海域覆蓋；其次，目前國(guó)際主流的各個(gè)系統(tǒng)，如美國(guó)iDirect、以色列Gilat、美國(guó)Hughes及美國(guó)Comtech等公司的高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)，目前還沒有辦法實(shí)現(xiàn)互通，這是因?yàn)樵诤Ｉ闲l(wèi)星運(yùn)營(yíng)商還沒有得到足夠成長(zhǎng)之時(shí)，都是各自選擇各自的系統(tǒng)，自成一家，因此船上的VSAT設(shè)備也沒辦法像手機(jī)一樣，在全球?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫漫游；再次，目前市場(chǎng)上的VSAT設(shè)備終端也大多是以兆為單位量級(jí)的吞吐設(shè)計(jì)，面對(duì)高通量衛(wèi)星動(dòng)輒上百兆的吞吐速度尚無(wú)法很好地匹配，因此面臨著設(shè)備的更新?lián)Q代；此外，還有一個(gè)重要的行業(yè)規(guī)劃和布局的問題，即：在不久的將來，低軌衛(wèi)星星座和高通量衛(wèi)星之間到底怎樣進(jìn)行定位和分工，這個(gè)問題也勢(shì)必會(huì)對(duì)資本市場(chǎng)及終端設(shè)備廠商的投入和布局造成很大的影響。

六、結(jié)束語(yǔ)

有理由相信，在未來的幾年會(huì)有更多的公司投入到海洋寬帶這個(gè)行業(yè)里，從而讓船舶衛(wèi)星寬帶得到更快的增長(zhǎng)。近年來，低軌衛(wèi)星進(jìn)一步發(fā)展成熟，低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)一般是指多個(gè)衛(wèi)星構(gòu)成的可以進(jìn)行實(shí)時(shí)信息處理的大型的衛(wèi)星系統(tǒng)，其中衛(wèi)星的分布稱之為衛(wèi)星星座，預(yù)計(jì)5年以后低軌道衛(wèi)星將成為新的主流。另外，在我國(guó)有一個(gè)很特殊的應(yīng)用群體，即漁船市場(chǎng)，其需求會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，而且，目前在我國(guó)已經(jīng)有數(shù)千艘漁船具備了海上衛(wèi)星寬帶通信能力。最近幾年，VSAT衛(wèi)星通信終端設(shè)備向著進(jìn)一步小型化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，如圖9所示，涉及多家運(yùn)營(yíng)商的認(rèn)證、互信等，將會(huì)成為影響高通量衛(wèi)星應(yīng)用的重要因素。

圖8 高通量衛(wèi)星發(fā)展面臨的問題

圖9 VSAT衛(wèi)星通信終端設(shè)備的尺寸變化趨勢(shì)

最后還有很重要的一點(diǎn)，即：低成本的相控陣天線設(shè)備有可能會(huì)成為解決低軌衛(wèi)星星座與高通量衛(wèi)星融合應(yīng)用的關(guān)鍵產(chǎn)品，星展測(cè)控科技股份有限公司目前也在致力于此類產(chǎn)品的研發(fā)和設(shè)計(jì)，希望將來能夠?yàn)楹Ｑ髮拵l(wèi)星通信事業(yè)貢獻(xiàn)自己的一份力量。