TC5-2018-021-卫星通信发展趋势-中国卫通

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◇ 2016年3月,Eutelsat率先在其Eutelsat 65 West A卫星上进行Q/V波段通信;
◇ ViaSat、Inmarsat、OneWeb、O3b、Iridium等运营商也开始EHF方面的研发;
◇采用Q/V频段作为关口站馈电链路,Ka频段可完全用于用户链路,可扩大通信容量,减 少关口站数量。
五大卫星运营商对中低轨卫星的态度
◇ 2016年,SES花费10.3亿美元收购了O3B剩余的50.5% 股份。 ◇ 2015年,Intelsat投资2500万美元于 OneWeb。 ◇ Telesat力图开发自己的LEO星座。 ◇ JSAT最近在LeoSat中投入了一笔没有公开数目的资金。 ◇ 2018年3月8日,Eutelsat宣布建设针对物联网应用的LEO卫星星座,命名为ELO (Eutelsat LEO for Objects)。
◇ 2017年2月15日,印度空间研究组织ISRO成功一箭发射104星;
◇ 2018年3月30日,美国SpaceX使用二手“猎鹰9号”将第五批、总计10颗Iridium NEXT 卫星送入轨道;
卫星通信的发展趋势之七——定轨电推化
◇化学推进系统占静止轨道卫星总质量的40%,电推进可节省多达50%的质量; ◇电推进可以降低发射质量、增加卫星有效载荷、延长工作寿命、提高性价比; ◇2012年3月,波音公司702SP全电推平台赢得了包括4颗卫星在内的首个订单,开创了 电推时代; ◇由于全电推卫星需要花数月时间才能最终实现定点,目前,电推进主要用于位置保持; ◇截至2016年底,全球共签订18颗全电推通信卫星,其中2014年至2016年签订13颗, 呈现逐年稳步增长的势头。
卫星通信的发展趋势之六——发射多星化
◇卫星发射主要有火箭直接发射入轨和在轨航天器二次释放两种方式,其中“一箭多星” 是小卫星发射的主流方式;
◇2014年,俄罗斯Dnepr火箭成功完成一箭37颗卫星发射,创造了“一箭多星”新纪录;
◇2015年9月20日,我国新型运载火箭长征六号在成功将20颗微小卫星送入太空,创造了 中国航天“一箭多星”发射的最高纪录;
卫星通信的发展趋势之二——覆盖星座化
◇三大低轨星座系统全部在向二代升级,宽带化、综合化 是基本趋势。
◇铱星二代增加Ka IP接入、遥感、导航增强、ADS-B、AIS 等功能;
◇全球性二代推出基于卫星的WiFi热点、移动视频服务; ◇轨道通信二代增加AIS等功能,单星容量是一代的六倍。
代表性的中低轨星座系统
◇2016年,在全球卫星服务1277亿美元产值中,商业消费类通信为1047亿美元,占82%。
行业结构与运营商经营规模
16
四家中低轨卫星运营商
四十四家卫星运营商
业务结构
我国在轨商用卫星
中星16高通量卫星
卫星名称 轨道位置 发射日期 卫星平台 设计寿命 转发器配置
波束配置
中星16号 东经110.5度
卫星通信行业的地位
◇卫星产业是太空产业的主体。它利用空间资源,提供通信、遥感、导航定位之类信息产品和服务;
◇2016年,全球在轨卫星1459颗,通信卫星710颗,比例达48.6%,其中商业通信卫星535颗,占比37%。 在商业卫星中,GEO卫星为335颗,占比63%;LEO卫星为185颗,占比35%;O3b MEO 16颗。
卫星通信的发展趋势之八——应用移动化
卫星通信的发展趋势之九——天线平板化
◇天线是卫星通信终端系统中的主要组成部分,它同样决定卫星通信系统的可用性; ◇机载、船载、车载等移动应用的普及程度取决于终端天线的尺寸、性能和价格; ◇低轮廓、小尺寸、平板化、电调控化是终端天线的主要发展趋势; ◇Phasor(电调)、Kymeta(超材料)和C-COM(相控阵)等主流的天线先锋公司。
3、单一与综合(移动与固定、通信与广播) ◇Intelsat与OneWeb的联盟、SES对O3b的并购、 AT&T对DirecTV的并购、Dish Network与 ViaSat的合作、Sky UK的跨界经营,表明卫星通信进入单一与综合业务经营并存时代。 4、政府与民间 ◇国际上,现有卫星运营商既有政府控股,也有私人资本控股;OneWeb、SpaceX新兴卫星 运营商大都是具有航天技术和互联网背景的私人企业; ◇国内,军民融合、一带一路等战略正在激励明日宇航(自建卫星)、星空年代(轨位合 作、卫星自建)、华讯方舟(自建卫星)、达华智能(海外并购)、九天微星(微小卫星 设计)、航天驭星(商业航天测控)等民营企业进入卫星通信市场。
◇卫星通信产业集中的同时,亚太、非洲地区国家性、区域性的卫星公司在不断涌现, 如ABS等。产业集中和分散会同时增加卫星通信行业竞争的激烈程度。
2、高轨与中低轨 ◇Intelsat与OneWeb的联盟、SES对O3b的并购,以及其它固定卫星运营商对低轨星座投资 表明,高中低轨道融合运营时代到来。融合能加强业务性能、服务能力
卫星通信发展趋势
沈永言 2018年4月
报告内容
一、卫星通信的发展状况 二、卫星通信的发展趋势 三、卫星通信的若干思考
一、卫星通信的发展状况
• 1957年,前苏联发射了第1颗LEO卫星-Sputnic。 • 1973~1976年第一代45Mbit/s、0.85多模光光纤
通信系统研制成功。 • 1978年,美国贝尔实验室发明先进移动电话系统(AMPS)。
6、在天地一体化时代,卫星通信与地面通信需要协同发展,加强卫星通信标准化工作。
谢谢!
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2、太赫兹(THz) ◇ THz频率在0.1-10THz之间,THz用于卫星通信可以获得10Gbps,这比当前的宽带技术快 几百至一千多倍; ◇由于缺乏高效的发射天线和信号源,THz目前还无法在通信领域商业化。
3、激光 ◇激光可用频率资源要比微波高3-5数量级,激光通信可分为地面大气通信、宇宙空间通 信和光学纤维通信; ◇卫星激光通信具有容量、尺寸、安全、功耗等优势,有GEO-GEO、GEO-LEO、LEO-LEO、 LEO-地面等形式; ◇多年来,以美国、欧洲、日本制定了一系列卫星光通信研究计划,目前开始进入实用化 阶段; ◇ 2016 年,我国成功进行了星地双向激光通信试验,传输速率达5.12Gbps 。
卫星通信的发展趋势之十——运营多元化
1、集中与分散 ◇卫星通信具有规模经济性质,并购是主要成长方式,集中是重要发展趋势; ◇2001年,SES收购GE公司;2003年,Intelsat收购劳拉天网卫星公司北美系列卫星; 2005年,Intelsat并购泛美卫星公司;2005年底,SES并购荷兰New Skies公司;2013年, Eutelsat收购墨西哥Satmex公司;2013年,Arabsat 收购希腊卫星公司99.05的股权;
◇中国电科集团牵头设计的空天地一体化信息网络:
◇该系统由不同轨道上的卫星构成一体化的高速宽带大容量信息网络,即天基、空基和陆 基一体化综合网络。;
◇该系统的服务对象是地面、海上、空中和深空等各种用户。
卫星通信的发展趋势之三——传输高频化
◇2015年世界无线电通信大会(WRC-15)之后,5G与卫星运营商对C频段使用权的争夺变 得激烈; ◇传统C、Ku轨位已经饱和,Ka频段也已充分使用。
3、全球化、天地一体化运营要求卫星通信必须具有足够的灵活性和应变能力,我国要加 强卫星灵活性技术的研究和应用;
4、终端天线的性价比同样决定卫星通信的市场接受程度,我国应该大力发展平板天线;
5、卫星轨位和频率是不可再生的战略性资源,通过常规途径获取轨位和频段将愈发困难, 这需要国家相关方面和企业加强协作,通过兼并的商业途径获取轨位和频率资源。
◇2016年,全球太空产业总收入2605亿美元。其中,卫星服务1277亿美元,地面设备制造1134亿美元, 卫星制造139亿美元,卫星发射55亿美元。
◇卫星产业是电信产业的组成部分。光纤主要用于骨干传输和固定接入,地面无线主要用于移动接入, 卫星通信可用于骨干传输、远程接入、移动通信、空天地海覆盖。
卫星通信的发展趋势之五——载荷灵活化
◇传统通信卫星设计在发射前两三年就要冻结,技术状态在入轨后的十五年时间内无法 更改; ◇所谓灵活卫星,主要是指在卫星在轨服役期间,可以动态调整星上资源,以应对市场 需求或企业商业模式的变化;
◇灵活载荷主要形态有: 连接灵活性 带宽灵活性 频率灵活性 功率灵活性 路由灵活性 覆盖灵活性。
2017年4月 东方红三号B卫星平台 15年 26路Ka频段转发器 26个用户波束 3个馈电波束
起飞重量 功率
卫星姿态精度
轨道精度
4600公斤
7800瓦
滚动 ±0.06° 俯仰 ±0.06° 偏航 ±0.2°
东/西 ±0.05° 南/北 ±0.05°
覆盖范围 覆盖我国大部分地区
天通一号移动通信卫星
◇小卫星质量都在几百kg,如Iridium 二代星800kg,Globalstar 二代星700kg, Orbcomm二代星157 kg,O3b卫星低于700kg,OneWeb卫星约200kg;
◇通信小卫星的发展动力来自于低轨星座卫星的批量生产、发射、运营需求,其产业基础 是即插即用、商业现货(commercial off the shelf,COTS)以及工业级产业的运用。
将分α、β、γ三个阶段分步建设。
“虹云工程(福星系统):
卫星数量 卫星重量 卫星寿命 轨道面数 关口站数 轨道高度 轨道倾角 单星点波束 覆盖半径 通信体制 覆盖范围 单星吞吐量 峰值通信速率 馈电链路频率 用户链路频率 热点形式
156颗小卫星 不超过500kg 大于5年 13 10 约1000km 80 56个 约1800km 天星地网,透明转发 支持全球覆盖,用户通信仰角不小于20° 4Gbps 40Mbps下行/40Mbps上行 20.2-21.2GHz (空对地) /28.5- 29.5 GHz(地对空) 19.7-20.1GHz(空对地)/29.5-29.9GHz (地对空) 2G、3G、4G、LAN、WiFi等
◇中国航天科技集团“鸿雁星座”初期将建设54颗卫星,最终超过300颗;
◇“鸿雁星座”具有数据通信、导航增强等功能,为用户提供全球无缝覆盖的数据通信和 综合信息服务。
◇2018年3月,中国航天科工四院正式启动“行云工程”天基物联网卫星组建工作; ◇该工程计划发射80颗行云小卫星,建设低轨窄带通信物联网卫星星座,实现全球覆盖,
1、Q/V频段 ◇ Q频段指33-50GHz,V频段指50-75GHz,都属于EHF。
◇该频段最具代表性的应用案例是美国Milstar系列卫星及其后续星AEHF卫星, 它们星间 链路工作于60GHz;
◇ 2013年,TAS公司发射的Alphasat卫星搭载了Q/V频段通信载荷,上行频率48GHz,下行 频率38GHz;
卫星通信的发展趋势之十一——视频高清化
三、卫星通信的若干思考
1、宽带接入和电视直播是事关民生建设和文化发展,也是卫星体通信的两个主要应用领 域,国家相关部门应该大力促进Ka宽带通信在这两个领域的应用;
2、基于小卫星的低轨星座是高通量之外最重要的卫星通信发展方向,可以实现全球无缝 覆盖,可以与5G相互补充,具有互联网和物联网通信、导航增强、视频遥感等多方面的 商业和军用价值,我国应该统筹规划,综合利用;
二、卫星通信的发展趋势之一——网络宽带化
网络流量剧增
应用场景泛在
三大带宽来源
1相位1比特 1相位2比特 1相位3比特
三代调制技术
◇ DVB-S :1994年推出; ◇ DVB-S2: 2003年推出; ◇ DVB-S2X:2013年推出。
HTS的技术演进与经济性能
全球HTS的容量供求情况
卫星通信的发展趋势之四——卫星小型化
◇小卫星技术广泛应用于遥感、导航、通信、科研等各个领域;
◇2014年,全球共成功发射500kg以下小卫星162颗,占全球同期入轨航天器总数 的61.8%,同比增长22.7%;
◇2014年Skybox发射的第二颗Skysat与第一颗质量一样,都是91kg,而Planet Labs发射的 71颗Flock-1遥感卫星质量只有5kg。