+沈永言

● 衛(wèi)星通信應(yīng)用的歷史回顧和未來展望

● 衛(wèi)星通信的三大應(yīng)用場(chǎng)景

● 5G時(shí)代衛(wèi)星通信的生存法則

● 新基建和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)背景下的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

衛(wèi)星通信應(yīng)用的歷史回顧和未來展望

一、前言

說到商用通信，人們會(huì)不假思索地想到光纖通信、移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信，而且，還會(huì)理直氣壯地認(rèn)為，光纖通信和移動(dòng)通信比衛(wèi)星通信規(guī)模大、用戶多。是的，今天的情況的確如此，但是最初并非這樣。通信行業(yè)資深一點(diǎn)的人士都知道，衛(wèi)星通信始于1957年，那年，蘇聯(lián)發(fā)射了第1顆L EO衛(wèi)星——Sputnic。1965年4月，Intelsat將第一代通信衛(wèi)星——Intelsat-1（即晨鳥）發(fā)射到地球靜止軌道，提供國(guó)際通信服務(wù)，標(biāo)志著衛(wèi)星通信正式進(jìn)入商用階段。1976年，美國(guó)在亞特蘭大開通了世界上第一個(gè)實(shí)用化光纖通信系統(tǒng)，速率為45Mbps，中繼距離為10 km。1980年，140Mb/s多模光纖通信系統(tǒng)開始商用化，單模光纖通信系統(tǒng)開始現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。1978年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了AMPS（先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)），即第一代模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)?？梢?，論歷史的話，衛(wèi)星通信要比光纖通信、移動(dòng)通信早不少。

衛(wèi)星通信是一種中繼節(jié)點(diǎn)運(yùn)行于太空中的一種特殊無線通信方式，具有覆蓋區(qū)域廣、生存能力強(qiáng)、建設(shè)速度快、業(yè)務(wù)種類多等優(yōu)勢(shì)。衛(wèi)星通信有FSS（固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)）、BSS（廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)）、MSS（移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)）三大業(yè)務(wù)類別，其中FSS、BSS的業(yè)務(wù)規(guī)模和社會(huì)影響更大。回顧歷史，衛(wèi)星通信曾在專線、VSAT網(wǎng)絡(luò)方面創(chuàng)造過輝煌的業(yè)績(jī)。展望未來，衛(wèi)星將在高中低軌融合發(fā)展時(shí)代繼續(xù)發(fā)揮不可或缺的支撐作用。

二、衛(wèi)星專線連接五洲四海

在陸地、海底光纜普及之前，衛(wèi)星通信曾經(jīng)是國(guó)際國(guó)內(nèi)電視和電信傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)的主力軍。1972年，我國(guó)建設(shè)的第一個(gè)衛(wèi)星通信地球站就是用于美國(guó)總統(tǒng)訪華實(shí)況轉(zhuǎn)播。1984年，我國(guó)成功發(fā)射第一顆通信廣播試驗(yàn)衛(wèi)星——東方紅二號(hào)，該衛(wèi)星攜帶2路C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，開展1路彩色電視和15路廣播節(jié)目的傳輸試驗(yàn)。1985年先后建設(shè)了北京、拉薩、烏魯木齊、呼和浩特、廣州等5個(gè)公用網(wǎng)地球站，正式傳送中央電視臺(tái)節(jié)目。

我國(guó)衛(wèi)星公用傳輸網(wǎng)始建于1985年。到2002年，共開通約3萬多條國(guó)內(nèi)雙向電路和1萬多條國(guó)際雙向電路，主要用于話音、數(shù)據(jù)、電視傳輸和互聯(lián)網(wǎng)接入等業(yè)務(wù)。我國(guó)衛(wèi)星通信專線先后采用過SCPC（單路單載波）、FDM/FM（頻分復(fù)用/頻率調(diào)制）、TDMA（時(shí)分多址）和IDR（中速數(shù)據(jù)速率）等制式。因?yàn)镾CPC、FDM/FM屬于模擬通信技術(shù)，沒有適應(yīng)程控電話和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信等業(yè)務(wù)需要的數(shù)字電路復(fù)用和數(shù)字接口，而TDMA嚴(yán)格的網(wǎng)時(shí)鐘同步要求，且轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬使用不夠靈活，因此從1993年5月開始被IDR所取代。那年，原郵電部引進(jìn)加拿大Spar公司的IDR設(shè)備，不僅裝備國(guó)內(nèi)北京、廣州、烏魯木齊、呼和浩特、拉薩、成都、青島等原有地球站，而且新建了上海、西安、沈陽、廈門、哈爾濱、?？?、重慶、昆明、蘭州、武漢、南寧、福州等新地球站。

IDR業(yè)務(wù)是由Intelsat在80年代中期提供的一種新型數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。IDR業(yè)務(wù)有1.544、2.048、6.312和8.448Mbps四種信息速率。IDR相當(dāng)于對(duì)FDM/FM的數(shù)字化，屬于TDM/FDMA（時(shí)分復(fù)用/頻分多址）體制，但不需要網(wǎng)時(shí)鐘同步。IDR與基于DSI（數(shù)字話音插空）、ADPCM（自適應(yīng)脈沖編碼調(diào)制）的DCME（數(shù)字電路倍增設(shè)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。

三、VSAT網(wǎng)絡(luò)通達(dá)千家萬戶

在連接五洲四海、實(shí)現(xiàn)公用通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通方面，IDR可謂功不可沒。但是，IDR有兩個(gè)不足，一是在容量、時(shí)延和性價(jià)比方面，被后來居上的光纖通信所超越；二是點(diǎn)到點(diǎn)傳輸模式限制了它的應(yīng)用范圍，多次轉(zhuǎn)接也會(huì)損傷話音等業(yè)務(wù)性能。這就為隨后興起的VSAT（甚小型口徑天線終端）衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了大顯身手的機(jī)會(huì)。

上個(gè)世紀(jì)八十年代末，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器性能和終端電子技術(shù)取得巨大的進(jìn)步，這使得VSAT天線和用戶終端設(shè)備逐漸實(shí)現(xiàn)小型化。與IDR相比，VSAT可以自我組網(wǎng)，具有成本低、結(jié)構(gòu)靈活、應(yīng)用多樣、安裝容易、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此在公用網(wǎng)絡(luò)骨干傳輸和用戶接入以及各類專網(wǎng)互聯(lián)等領(lǐng)域得到廣泛使用。

1984年，Intelsat首次開設(shè)了VSAT業(yè)務(wù),立即引起了我國(guó)郵電等部門的關(guān)注。1988年,原中國(guó)通信廣播衛(wèi)星公司引進(jìn)國(guó)外通信設(shè)備,建成我國(guó)第一個(gè)VSAT通信網(wǎng)。它包括1個(gè)主站和35個(gè)端站,為我國(guó)鐵道部、能源部、地震局、海洋局、民航局、海關(guān)總署、經(jīng)濟(jì)信息中心和農(nóng)業(yè)銀行等8個(gè)行業(yè)部門提供通信服務(wù)。

在我國(guó)VSAT發(fā)展過程中，無線尋呼聯(lián)網(wǎng)、證券信息廣播、村村通電話、地面光纖電路備份、村村通和戶戶通電視等工程是幾個(gè)最具代表性的應(yīng)用案例。至2006年底，村村通電話VSAT小站達(dá)2780個(gè)，解決了絕大多數(shù)偏遠(yuǎn)地區(qū)的電話通信難題。全國(guó)VSAT小站總數(shù)達(dá)46444個(gè)，其中單向小站34140個(gè)，雙向小站9524個(gè)。在2008年“5.12”汶川地震后，電信運(yùn)營(yíng)商開始采用VSAT作為地面光纖網(wǎng)絡(luò)的備份，僅中國(guó)移動(dòng)“超級(jí)基站”一個(gè)項(xiàng)目就在全國(guó)建設(shè)了1000多個(gè)VSAT站點(diǎn)。截止到2019年6月，我國(guó)戶戶通（含少數(shù)村村通）VSAT單收站達(dá)1.4億個(gè)。單從終端用戶數(shù)上看，我國(guó)戶戶通電視工程建成了世界上最大的DTH（直播到戶）平臺(tái)，只是還沒有進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。

可以說，DTH是VSAT最大的應(yīng)用領(lǐng)域，而DTH是衛(wèi)星通信的最大市場(chǎng)。目前，北美DTH用戶有5000多萬，而歐洲達(dá)8000多萬。2018年，全球通過衛(wèi)星分發(fā)的電視頻道數(shù)量超過43500個(gè)，付費(fèi)電視頻道15227個(gè)，DTH總收入達(dá)942億美元。盡管受到IPTV（IP電視）、OTT TV（網(wǎng)絡(luò)電視）的沖擊，近年來DTH的用戶數(shù)和收入有所下滑，但在衛(wèi)星通信和電視廣播領(lǐng)域仍然占有舉足輕重的地位。

2000年之后，3G、4G移動(dòng)通信和地面光纖通信的大發(fā)展對(duì)VSAT應(yīng)用造成不小的沖擊，但它仍然在基站中繼、IP中繼、企業(yè)和政府專網(wǎng)、應(yīng)急通信等領(lǐng)域發(fā)揮獨(dú)特作用。由于“動(dòng)中通”技術(shù)的出現(xiàn)，VSAT成功地進(jìn)入機(jī)載/船載/車載等移動(dòng)寬帶接入市場(chǎng)。應(yīng)該說，是VSAT讓衛(wèi)星通信進(jìn)入千家萬戶和各行各業(yè)，也是VSAT為衛(wèi)星通信的寬帶化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。反之，衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也在不斷推動(dòng)VSAT技術(shù)的進(jìn)步。

四、高中低軌覆蓋空天地海

寬帶化、互聯(lián)網(wǎng)化是通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，衛(wèi)星通信也不例外。衛(wèi)星通信的寬帶化首先是通過VSAT進(jìn)行的。雖然VSAT為衛(wèi)星通信的寬帶化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，但傳統(tǒng)GEO（靜止軌道）FSS衛(wèi)星帶寬太小，這使得最近十多年來GEO HTS（高通量衛(wèi)星）得到空前的發(fā)展。而GEO HTS時(shí)延較大、區(qū)域覆蓋能力有限，不能充分滿足5G基站中繼等低時(shí)延業(yè)務(wù)要求，這又使得MEO（中軌）HTS，特別是LEO HTS得到衛(wèi)星通信行業(yè)的高度重視。

近年來，在航天和信息技術(shù)以及商業(yè)力量的推動(dòng)下，全球衛(wèi)星通信行業(yè)進(jìn)入了以HTS和LEO星座為代表的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是人類活動(dòng)從陸地向海洋和太空擴(kuò)展的必然結(jié)果，是5G隨遇接入和萬物互聯(lián)愿景實(shí)現(xiàn)的必然要求。在信息網(wǎng)絡(luò)空天地海一體化時(shí)代，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)在信息網(wǎng)絡(luò)安全、航空海事通信、普遍服務(wù)、軍事通信、應(yīng)急指揮、空間頻軌資源維護(hù)等各個(gè)方面都具有重要的保障作用，進(jìn)而成為全球航天產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展熱點(diǎn)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)之后又一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

目前，全球主要衛(wèi)星制造和運(yùn)營(yíng)商都在積極發(fā)展基于多點(diǎn)波束空分復(fù)用技術(shù)的HTS。HTS包含GEO（地球同步軌道）、MEO（中地球軌道）、LEO（低地球軌道）三種形式。當(dāng)下應(yīng)用較多的是GEO HTS，其次是MEO HTS，LEO HTS則正在建設(shè)之中。目前，比較具有代表性的在軌GEO HTS是美國(guó)Viasat公司的Viasat－2和Hughes公司的Jupiter－2，它們的容量分別達(dá)到300和220Gbps。在建的Viasat－3和Jupiter－3的容量將分別達(dá)到1Tbps和500Gbps，它們將于2021年發(fā)射。在MEO HTS星座方面，SES公司旗下的O3b是目前全球唯一商用化的MEO HTS星座系統(tǒng)，其一期20顆衛(wèi)星已經(jīng)全部在軌運(yùn)行，功能更強(qiáng)的二代衛(wèi)星已在建設(shè)之中。在LEO HTS星座方面，SpaceX一馬當(dāng)先，其Starlink LEO星座最初計(jì)劃發(fā)射4425顆衛(wèi)星，2018年11月增加7518顆，合計(jì)1.2萬顆。這些衛(wèi)星分別位于三個(gè)軌道：340千米上7500顆；550千米上1600顆；1150千米上2800顆。2019年10月SpaceX又增加3萬顆，總數(shù)達(dá)4.2萬顆。2019年5和11月、2020年1、2和3月，SpaceX公司先后發(fā)射6批60顆小衛(wèi)星。當(dāng)衛(wèi)星規(guī)模達(dá)到800顆時(shí)，Starlink星座將基本具備全球服務(wù)能力。

高中低軌HTS的發(fā)展充分釋放衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的帶寬潛能。目前，全球HTS總帶寬供應(yīng)量不到4Tbps，NSR（北方天空研究公司）預(yù)計(jì)，到2028年，將增長(zhǎng)到40Tbps。其中，GEO HTS和非GEO HTS平分秋色，如圖1所示。

高中低軌HTS的發(fā)展為VSAT提供充足的帶寬資源，其前向載波速率正在逼近1Gbps的水平，這為消費(fèi)者寬帶接入、基站中繼、機(jī)載通信、海事通信、政府和企業(yè)通信等衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了充足的容量保障。這些應(yīng)用共同的點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸模式和互聯(lián)網(wǎng)接入特點(diǎn)是由HTS多點(diǎn)波束空分復(fù)用和星地一體化設(shè)計(jì)最優(yōu)結(jié)構(gòu)要求所決定的。

Euconsult（歐洲咨詢公司）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，消費(fèi)者寬帶接入是GEO HTS，同時(shí)也是所有衛(wèi)星帶寬應(yīng)用中需求最大的部分。全球消費(fèi)者寬帶接入最大市場(chǎng)是北美，北美市場(chǎng)被Hughes和Viasat兩家所壟斷，它們既是VSAT設(shè)備制造商，又是衛(wèi)星寬帶服務(wù)提供商。截至2018年底，這兩家公司合計(jì)占該地區(qū)205萬用戶的90%。北美之外最大市場(chǎng)是歐洲，目前SES、Eutelsat和Avanti三家公司在該市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位，2018年用戶總數(shù)為14.4萬。到2028年，北美仍將是全球消費(fèi)者寬帶接入的最大區(qū)域市場(chǎng)，占總用戶的近一半，屆時(shí)用戶總數(shù)將達(dá)到 670萬。

基站中繼是NGSO（非GEO）HTS中帶寬需求最大，同時(shí)也是所有衛(wèi)星帶寬應(yīng)用中需求排第二的部分。Euconsult預(yù)測(cè)，衛(wèi)星基站中繼站點(diǎn)數(shù)量將以約4%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到2028年將達(dá)到約53000個(gè)站點(diǎn)，而2018年為36700個(gè)。從區(qū)域上看，亞洲、非洲和拉美是最大的基站中繼市場(chǎng)，從網(wǎng)絡(luò)類型上看，4G和2G需求最大。

機(jī)載通信和船載通信在衛(wèi)星帶寬需求中占比不大，但其需求較為剛性，因而成為各大衛(wèi)星寬帶服務(wù)提供商競(jìng)相追逐的新興市場(chǎng)。根據(jù)Euconsult報(bào)告的數(shù)據(jù)，截至2018年年底，機(jī)載通信中商用飛機(jī)潛在市場(chǎng)約為2.7萬架，預(yù)計(jì)到2028年將達(dá)到近4.2萬架。公務(wù)機(jī)市場(chǎng)將從2018年下半年的3.7萬架增至2028年下半年的近5萬架。雖然船載通信終端數(shù)量始終比機(jī)載通信多，但是機(jī)載通信的潛在收入要遠(yuǎn)大于船載通信。

圖1 全球HTS帶寬供應(yīng)量增長(zhǎng)情況

圖2 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)空天地海應(yīng)用場(chǎng)景

盡管基于HTS和高中低軌星座的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的帶寬供應(yīng)量已經(jīng)超過傳統(tǒng)GEO大波束衛(wèi)星，其收入規(guī)模最終也會(huì)超過衛(wèi)星直播電視，但是GEO大波束衛(wèi)星和衛(wèi)星直播電視將長(zhǎng)期具有舉足輕重的地位。特別是基于GEO大波束廣播的內(nèi)容投遞將在5G和衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)應(yīng)用發(fā)揮關(guān)鍵作用。因?yàn)?，高清、超高清視頻和社交媒體的發(fā)展會(huì)給信息網(wǎng)絡(luò)帶來巨大的流量壓力。借助于衛(wèi)星廣播和內(nèi)容投遞技術(shù)，將共性內(nèi)容高效地分發(fā)到網(wǎng)絡(luò)邊緣，無疑是一條重要的解決之道。近年來，ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）、3GPP（第三代合作伙伴計(jì)劃）、SaT5G（5G衛(wèi)星聯(lián)盟）等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織紛紛將內(nèi)容投遞視為重要的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與5G融合應(yīng)用場(chǎng)景。衛(wèi)星內(nèi)容投遞與5G的融合不是一般性的網(wǎng)絡(luò)組合，而是一種體制性和架構(gòu)性的融合。由于5G具有廣播功能，它有可能取代DVB-T（數(shù)字視頻廣播—地面），衛(wèi)星內(nèi)容投遞與5G對(duì)接，實(shí)現(xiàn)視頻廣播服務(wù)中帶寬和業(yè)務(wù)優(yōu)化配置將具有巨大的商業(yè)價(jià)值，值得業(yè)界深入的技術(shù)研究和市場(chǎng)推動(dòng)。

在高中低軌覆蓋空天地海時(shí)代，VSAT無疑是一個(gè)支持以上各種應(yīng)用的必要網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。但是，僅有VSAT是不夠的，還需要可以多頻段和多衛(wèi)星連接、小尺寸、低功耗的電調(diào)平板天線，以及移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)的配合。前者實(shí)現(xiàn)終端在不同頻段和衛(wèi)星之間的快速切換，后者實(shí)現(xiàn)路由選擇、速率適配、內(nèi)容存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)控制等終端應(yīng)用管理工作。電調(diào)平板天線和移動(dòng)邊緣計(jì)算也是空天地海時(shí)代衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)支持廣義物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（如飛機(jī)、船只、車對(duì)管理和監(jiān)視等）的必要條件。近年來，電調(diào)平板天線商用化水平一直在不斷提高。在EuCNC2019（2019歐洲網(wǎng)絡(luò)與通信大會(huì)）上，移動(dòng)邊緣計(jì)算已經(jīng)SaT5G聯(lián)盟進(jìn)行了一系列衛(wèi)星5G演示中得到應(yīng)用。

五、結(jié)語

專線、VSAT、空天地海應(yīng)用形態(tài)可以視為衛(wèi)星通信從直線、平面到立體的逐步進(jìn)化過程。幾十年來，衛(wèi)星通信一直在與地面通信齊頭并進(jìn)發(fā)展。一方面，地面通信在不斷侵蝕衛(wèi)星通信的業(yè)務(wù)地盤，同時(shí)，地面通信又在不斷為衛(wèi)星通信創(chuàng)造新的市場(chǎng)空間。進(jìn)入5G、6G時(shí)代，信息網(wǎng)絡(luò)空天地海一體化的重要程度前所未有，這為衛(wèi)星通信的發(fā)展展現(xiàn)了廣闊的發(fā)展前景。衛(wèi)星通信要在其中大顯身手，除了電調(diào)平板天線和移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)之外，還需要繼續(xù)在小型化VSAT終端、衛(wèi)星數(shù)字載荷、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、小衛(wèi)星規(guī)模制造、多星發(fā)射、星際光通信和太赫茲傳輸?shù)确矫婕哟髣?chuàng)新力度，同時(shí)要重視與地面網(wǎng)絡(luò)的融合發(fā)展。

近年來，我國(guó)衛(wèi)星通信取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。但與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)，尤其是衛(wèi)星通信服務(wù)業(yè)規(guī)模較小，與我國(guó)世界第二大經(jīng)濟(jì)體地位的反差較大，其中衛(wèi)星電視直播、寬帶接入等業(yè)務(wù)產(chǎn)能尚未得到充分釋放是一個(gè)重要原因。為豐富衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，我國(guó)不僅需要加強(qiáng)衛(wèi)星通信技術(shù)、產(chǎn)品、體制和標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新，更要深化天地融合、軍民融合和混合所有制方面的機(jī)制體制創(chuàng)新。

圖3 全球衛(wèi)星應(yīng)用帶寬需求結(jié)構(gòu)

圖4 衛(wèi)星基站中繼需求結(jié)構(gòu)

圖5 機(jī)載通信和船載通信需求和收入增長(zhǎng)情況

衛(wèi)星通信的三大應(yīng)用場(chǎng)景

一、前言

應(yīng)用場(chǎng)景是信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中需求分析、業(yè)務(wù)規(guī)劃、產(chǎn)品研發(fā)、系統(tǒng)升級(jí)等工作的起點(diǎn)。在整個(gè)信息通信發(fā)展歷程中，5G似乎第一個(gè)開宗明義，高調(diào)明確了高帶寬、大連接、低時(shí)延三大應(yīng)用場(chǎng)景，這讓電信運(yùn)營(yíng)商、系統(tǒng)集成商和行業(yè)用戶都有了清晰的方向感。正如任何企業(yè)都有商業(yè)模式，只是互聯(lián)網(wǎng)商用化讓商業(yè)模式變成一門顯學(xué)一樣，任何信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)際都有其默認(rèn)的應(yīng)用場(chǎng)景，只是5G讓信息網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景變成人們的顯意識(shí)。

細(xì)究起來，衛(wèi)星通信正好也有三大應(yīng)用場(chǎng)景，即大廣播、遠(yuǎn)連接、泛存在?？梢哉f，幾十年來，衛(wèi)星通信的這三大場(chǎng)景基本上就沒有變化過，只不過是高通量衛(wèi)星增強(qiáng)了衛(wèi)星通信的廣播和連接能力，中低軌星座擴(kuò)大了衛(wèi)星通信的連接和泛在能力，動(dòng)中通和平板天線技術(shù)提高了衛(wèi)星通信的泛在和廣播能力。

二、大廣播，千家萬戶收節(jié)目

廣播是GEO衛(wèi)星的最大優(yōu)勢(shì)和最大應(yīng)用領(lǐng)域。大廣播中的“大”是指大覆蓋范圍、大用戶規(guī)模，即范圍越廣、用戶越多，衛(wèi)星廣播的效益就越顯著。數(shù)字時(shí)代的衛(wèi)星廣播分為DVB（數(shù)字視頻廣播）和DAB（數(shù)字音頻廣播）兩大類型。SIA的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，截止2018年底，它們的服務(wù)收入分別為942和58億美元，在衛(wèi)星通信服務(wù)領(lǐng)域都具有舉足輕重的地位。

衛(wèi)星電視廣播最初由BSS（廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)）提供，被稱為DBS（直播業(yè)務(wù)）。后來由于通信衛(wèi)星功率變得足夠大，許多電視廣播業(yè)務(wù)開始運(yùn)行于通信衛(wèi)星之上，相應(yīng)地稱之為DTH（直播到戶）。今天，DTH一般泛指所有的衛(wèi)星電視直播業(yè)務(wù)。

DTH是衛(wèi)星通信服務(wù)中的最大板塊，其中付費(fèi)頻道功不可沒。2018年，全球DTH平臺(tái)分發(fā)的付費(fèi)頻道有28293個(gè)。在頻道數(shù)量方面，亞太與歐美基本呈現(xiàn)三足鼎立之勢(shì)，用戶數(shù)更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝出后者。

目前，在市場(chǎng)最發(fā)達(dá)的北美，DTH正在向內(nèi)容高清化、傳輸高頻化、覆蓋區(qū)域化、網(wǎng)絡(luò)綜合化方向發(fā)展?；贙u和Ka頻段的多波束、大容量HTS正好滿足前三個(gè)發(fā)展趨勢(shì)的需求。例如，DirecTV公司的DirecTV-14和15兩顆HTS就是專門用于區(qū)域超高清衛(wèi)星電視直播，Dish Network一家公司在HTS上的頻道數(shù)就達(dá)3000左右。

圖1 全球衛(wèi)星電視直播付費(fèi)頻道增長(zhǎng)趨勢(shì)

表1 全球HTS之上的衛(wèi)星電視頻道情況

所謂網(wǎng)絡(luò)融合化是DTH運(yùn)營(yíng)商們?yōu)榱藨?yīng)對(duì)IPTV、OTT TV的強(qiáng)大沖擊、提高客戶滿意度和忠誠度，積極利用互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的雙向、互動(dòng)優(yōu)勢(shì)，來彌補(bǔ)傳統(tǒng)DTH單向、線性傳播模式的局限性，形成全時(shí)空（客廳、辦公室、路上）、多屏幕（電視、電腦、手機(jī)）的應(yīng)用場(chǎng)景和服務(wù)能力。

實(shí)際上，我國(guó)DTH產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有巨大的潛力。1.4億用戶中很多對(duì)于高清、超高清和付費(fèi)節(jié)目是渴求的。新疆、寧夏、西藏、內(nèi)蒙古、貴州、海南等地已經(jīng)開展衛(wèi)星電視區(qū)域直播，其它地區(qū)的需求也非常強(qiáng)烈。然而，目前這些地區(qū)不得不用廣域波束來進(jìn)行區(qū)域直播。顯然，用大容量、多波束的HTS實(shí)現(xiàn)高清/超高清傳輸和區(qū)域覆蓋才是最經(jīng)濟(jì)有效的方式。

衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播又稱為衛(wèi)星移動(dòng)多媒體廣播，它是在音頻廣播基礎(chǔ)之上向數(shù)據(jù)和視頻的擴(kuò)展。衛(wèi)星移動(dòng)多媒體廣播通常運(yùn)行L或S頻段，故具有良好的移動(dòng)性能，其用戶終端形式主要是手機(jī)、PAD、車載設(shè)備等。國(guó)際上，衛(wèi)星移動(dòng)多媒體廣播系統(tǒng)的主要代表有世廣衛(wèi)星、美國(guó)SiriusXM和日韓的MBsat。在2000年之后全球衛(wèi)星移動(dòng)多媒體廣播熱潮期間，我國(guó)廣電部門也有相應(yīng)的發(fā)展計(jì)劃，后來因?yàn)槟承┰蚋臑榛诘孛鎻V播技術(shù)的CMMB（中國(guó)移動(dòng)多媒體廣播）。

目前全球衛(wèi)星移動(dòng)多媒體廣播碩果僅存的是北美的SiriusXM，58億美元收人主要是它的貢獻(xiàn)。衛(wèi)星移動(dòng)多媒體廣播最大市場(chǎng)在美國(guó)，原因在于美國(guó)有廣闊的國(guó)土、發(fā)達(dá)的高速公路、龐大的家用汽車保有量以及較高的消費(fèi)水平。這些條件我國(guó)都已基本具備，頻軌資源也有，能否形成規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)，關(guān)鍵在于市場(chǎng)要向民間開放。衛(wèi)星廣播只有市場(chǎng)開放，才能出現(xiàn)中國(guó)的SiriusXM乃至DirecTV和Dish Network。將普遍服務(wù)和商業(yè)運(yùn)營(yíng)融為一體是北美衛(wèi)星廣播實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的獨(dú)特模式。

三、遠(yuǎn)連接，天涯海角傳信息

遠(yuǎn)連接是衛(wèi)星通信行業(yè)僅次于大廣播的應(yīng)用場(chǎng)景和領(lǐng)域。遠(yuǎn)連接可以大致分為公用和專用兩大類型。像消費(fèi)者寬帶接入、機(jī)載通信、基站中繼等都屬于公用范圍，而企業(yè)、政府聯(lián)網(wǎng)則屬于專用范圍。

一般來講，公用連接主要是接入互聯(lián)網(wǎng)。多點(diǎn)波束、星狀結(jié)構(gòu)的HTS網(wǎng)絡(luò)是其最佳的傳輸平臺(tái)和解決方案。盡管固定接入終端價(jià)格相對(duì)低廉，但是很多時(shí)候每個(gè)用戶都單獨(dú)接入的條件還是受限的，也是奢侈的。更常見的應(yīng)用場(chǎng)景是寬帶終端與WiFi、移動(dòng)基站以及Sturn公司Curvalux那樣的寬帶無線技術(shù)組合應(yīng)用，以分擔(dān)用戶使用成本，進(jìn)一步提高覆蓋和連接能力。除了這些無線技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)接入還需要應(yīng)用Beam Hopping（跳波束）、移動(dòng)波束之類數(shù)字載荷和軟件定義技術(shù)，來解決HTS不同波束之間的業(yè)務(wù)分布不均問題，達(dá)到HTS頻率和功率資源的最大利用，為運(yùn)營(yíng)商創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)效益。另外，公網(wǎng)意味著有多種業(yè)務(wù)在其中運(yùn)行。為了保證每種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求，HTS網(wǎng)絡(luò)也要應(yīng)用5G的SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）和NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）技術(shù)。

如果說公用連接通常是星狀結(jié)構(gòu)，那么專用連接則可能既有總部與分支機(jī)構(gòu)之間的星狀連接，又有分支機(jī)構(gòu)之間的網(wǎng)狀連接。目前，HTS的最佳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是星狀結(jié)構(gòu)。星狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)意味著不同分支機(jī)構(gòu)之間的信息傳輸經(jīng)常需要兩跳，兩跳意味著帶寬資源浪費(fèi)和服務(wù)質(zhì)量損失，因?yàn)閹捳加煤蛡鬏敃r(shí)延都翻了一倍。HTS雙跳問題的解決方案是DTP（數(shù)字透明處理器），它可在不同波束之間建立連接。這一技術(shù)在Intelsat EPIC系統(tǒng)得到充分運(yùn)用，它使得老用戶無需更換終端就可以直接接入HTS網(wǎng)絡(luò)。DTP技術(shù)不僅解決了傳統(tǒng)大波束與HTS多點(diǎn)波束之間的兼容和過渡問題，也給運(yùn)營(yíng)商和用戶創(chuàng)造了價(jià)值。

移動(dòng)波束、跳波束、DTP都是屬于靈活性載荷應(yīng)用范疇。根據(jù)Euroconsult公司的統(tǒng)計(jì)，目前全球一半左右的HTS帶有靈活性載荷，其中覆蓋靈活性占35%，連接、帶寬和頻率靈活性各占15%，功率占9%。覆蓋靈活性的重要應(yīng)用形式是移動(dòng)波束，連接靈活性的重要應(yīng)用形式是DTP，而帶寬靈活性的重要應(yīng)用形式是Beam Hopping，它們都是遠(yuǎn)連接應(yīng)用場(chǎng)景背后的重要支撐技術(shù)。

四、泛存在，隨時(shí)隨地連網(wǎng)絡(luò)

泛在是信息通信發(fā)展的一個(gè)終極目標(biāo)，只有泛在才能保證隨遇接入，滿足人們隨時(shí)隨地下載文件、接收郵件、搜索資料、聽廣播、看視頻、付款、轉(zhuǎn)賬、購物等各種信息應(yīng)用需求。泛在的主要手段是衛(wèi)星通信和地面無線通信，其中頻段越低，泛在能力越強(qiáng)。相對(duì)來講，衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)廣域的泛在，而地面無線通信實(shí)現(xiàn)的主要是區(qū)域和局域的泛在，兩者之間更多的是相互補(bǔ)充的關(guān)系。

最初，衛(wèi)星通信泛在能力主要是靠海事、銥星之類MSS（移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)）實(shí)現(xiàn)的。后來，動(dòng)中通技術(shù)，特別新的電調(diào)平板天線的出現(xiàn)，為FSS（固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)）注入了移動(dòng)能力，從此，衛(wèi)星通信移動(dòng)業(yè)務(wù)的內(nèi)涵變大了，至少在經(jīng)濟(jì)意義上，移動(dòng)更多地是指代機(jī)載、船載、車載等移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)用場(chǎng)景。

衛(wèi)星通信泛在應(yīng)用場(chǎng)景主要有應(yīng)急通信和移動(dòng)平臺(tái)通信兩大類。應(yīng)急事件的發(fā)生具有地點(diǎn)、時(shí)間和方式的不確定性，它通常伴隨著地面網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。因此，衛(wèi)星通信就成為了應(yīng)急通信中的主力軍。但是，現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)急環(huán)境又是復(fù)雜多變的，常常要求組合應(yīng)用MSS手持機(jī)、FSS背負(fù)設(shè)備/靜中通/動(dòng)中通、集群、移動(dòng)基站、WiFi、無人機(jī)等各種通信手段。就無人機(jī)來講，又有衛(wèi)星終端、移動(dòng)基站、WiFi、遙感等多種組合模式，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的通信指揮需要。應(yīng)急通信本身對(duì)衛(wèi)星通信行業(yè)的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)很小，但是它在減災(zāi)免災(zāi)方面的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益極大。

與應(yīng)急通信不同，機(jī)載通信、船載通信，尤其是它們的后艙通信追求的主要是商業(yè)應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)Euroconsult公司的預(yù)測(cè)，到2028年，全球機(jī)載通信VSAT終端裝機(jī)量將達(dá)到28000臺(tái)左右，服務(wù)收入達(dá)70億美元，而且機(jī)載通信還會(huì)創(chuàng)造可觀的機(jī)載娛樂收入。此外，伴隨著中低軌衛(wèi)星通信的普及，機(jī)載通信會(huì)進(jìn)一步從后艙擴(kuò)大至前艙，從而在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)意義上產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

五、結(jié)語

說到應(yīng)用場(chǎng)景，人們或許會(huì)說，F(xiàn)SS、BSS、MSS也是應(yīng)用場(chǎng)景。筆者承認(rèn)，它們與衛(wèi)星通信應(yīng)用場(chǎng)景密切相關(guān)，但它們主要是從服務(wù)提供商視角提出的業(yè)務(wù)分類。這個(gè)分類仍然有效，但是與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的發(fā)展有些脫節(jié)。比如，DTH實(shí)際運(yùn)行于FSS和BSS之上?；贔SS和動(dòng)中通技術(shù)的機(jī)載、船載和車載通信已經(jīng)越來越多被業(yè)界視為移動(dòng)業(yè)務(wù)，而不是以轉(zhuǎn)發(fā)器出租為核心的固定業(yè)務(wù)。因此，本文提出的大廣播、遠(yuǎn)連接、泛存在三大應(yīng)用場(chǎng)景還是有現(xiàn)實(shí)意義的。至少，它能讓衛(wèi)星通信業(yè)內(nèi)人士更加關(guān)注應(yīng)用場(chǎng)景和客戶需求，這樣更有利于從市場(chǎng)和用戶需求的視角進(jìn)行新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)用和新商業(yè)模式創(chuàng)新。因?yàn)?，企業(yè)唯有不斷創(chuàng)新，才能獲取市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)地位，并持續(xù)推動(dòng)衛(wèi)星通信向前發(fā)展。

圖2 Intelsat EPIC DTP技術(shù)

圖3 全球機(jī)載通信VSAT和服務(wù)收入預(yù)測(cè)