2019年全球卫星通信产业发展前沿报告.pdf

全 球 卫 星 通 信 产 业 发 展 前 沿 报 告 （2019 年） 中国通信学会 2019 年12 月 版 权 声 明 本 前沿报告 版 权属 于 中 国 通 信 学会 ， 并 受 法 律 保护 。 转 载 、 摘 编 或 利 用其 它 方 式 使 用 本报告文 字 或 者 观点 的 ， 应 注 明 “ 来源：中国通信学会 ” 。 违 反 上 述 声 明 者 ， 本 学会将追 究 其 相 关 法 律 责任 。 专 家 组 和 撰 写 组名 单 顾问( 以姓氏 笔划为序) ： 姚发海 中国卫 通 集团股份 有限公 司 科技委主 任 研究员 陆建华 清华大 学 信息科技 技术学 院 院长 教授 中国 科 学院院士 汪春霆 中国电 子 科学研究 院首席 科 学家 研究员 李广侠 解放军 陆 军工程大 学教授 专家组 ： 沈永言 中国卫 通 集团股份 有限公 司 科技委副 主任 撰写组( 按单 位排名) 单位 姓名 中国卫通 集团股 份 有限公司 科技委 沈永言 中国卫通 集团股 份 有限公司 创新中 心 马芳 目 录 一、研究概述 . 1 二、全球发展态势 . 3 2.1 GEO HTS 向大容量 、小型化、星座化方向发 展 . 3 2.2 NGSO HTS 开始大规模部署 . 5 2.3 软件定义技术赋予通信卫星灵活性 . 6 2.4 EHF 、太赫兹、激 光带来更大带宽容量 . 7 2.5 小卫星驱动卫星制造和发射业升级 . 8 2.6 卫星互联网与 5G 融合取得实质进展 . 10 2.7 电调控平板天线助推移动应用 . 11 2.8 通导结合提供卫星综合信息服务 . 11 2.9 中继通信成为新的卫星通信业务类型 . 12 2.10 在轨服务延长通信卫星寿命 . 13 三、我国发展 现状 . 14 3.1 卫星通信综合实力进入国际前列 . 14 3.2 低轨星座建设得到多方的积极参与 . 15 3.3 有效载荷技术取得实质 性突破 . 15 3.4 卫星终端天线制造最具市场活力 . 16 四、技术预见 . 16 4.1 卫星通信轨道方面 . 16 4.2 卫星通信业务方面 . 17 4.3 数字载荷方面 . 17 4.4 星地融合方面 . 17 4.5 太赫兹应用方面 . 17 4.6 频率干扰和空间环境方面 . 18 4.7 平板天线方面 . 18 五、工程难题 . 18 5.1 频率资源获取方面 . 18 5.2 LEO 星座运行方面 . 18 5.3 LEO 星座结构方面 . 18 5.4 LEO 卫星制造方面 . 19 六、政策建议 . 19 1 一、 研究概述 近年来， 在 互联网 和航天技 术的推 动 下， 全球卫 星通信 产业出现 了 HTS 、NGSO 星 座、灵活 性载荷 、EHF 和激 光通信 、电 调平板天 线、 中继通 信、 在 轨服务、 量 子保密 通信等新 的技术 热 点， 整个行 业 进入卫星 互联网 的 新阶段。GEO HTS 向大容量 和小型 化 两个方向 演 进， 少数运 营商开 始布局全 球星座， 以提高宽 带卫星 通 信的全球 服务 能力。OneWeb 、SpaceX 两 家公司 在 LEO 星座领 域同时 启 动全球部 署， 不断扩 充卫星 容量。O3b 公司 进 一步扩大 MEO 星座 规模和服 务 能力。ViaSat 公 司 开始探索 MEO 和 GEO 之 间的中 继通 信和协同 发 展。 基于 数字载 荷和 软件定义 技术的 灵 活性卫星 正在 成为各大卫星 运 营商的标 配。卫 星 通信 Q/V 和激 光传 输 已经进 入实用 阶 段，太赫 兹 在 卫 星 通信 和天 地一 体 化 信息 网络 中展 现 巨 大的 发展 潜力 。LEO 星 座 小 卫 星 的 蓬 勃 发 展 引 发 了 卫 星 制 造 和 发 射 业 的 行 业 变 革 和 产 业 升 级。 卫 星互联 网和 5G 融合 取得实 质性 新进展 ， 应用 主要 集中在内 容 投递、 宽带 接入、 基站中继、 移动平 台通信等 方面。 跨 平台、 跨网 络 的 电调控 平板天 线进 入快速 发展阶 段， 但其成 本还有 待进 一步突 破。 卫星通信 、卫星 导 航以及 ADS-B 和 AIS 的综 合应用 越来 越普遍。 卫 星中继通 信成为 继 固定通信、 移动通 信和广播 之后新 的 业务类型。 卫 星通信在 轨服务 在 救援、 维修、 碎 片处 理等方面 展现 出 良 好的商业 前 景 。 我国卫星 通信事业在 HTS 、 移动 通信、 直播电视 等方面 取 得了长 足进步 ， 建 立了相 对完整的 产业体 系 ， 但在制造 和服务 方面仍有 很多 提升空间。 低轨星 座建设得 到多方 的 积极参与， 成为我 国商业航 天领 2 域的重要 推动力 量 。 有效载荷 技术取 得实质性 突破， 卫 星激光通 信和 量子保密 通信在 全 球处于领 先地位 。 卫 星终端天 线制造 产 业最具市 场 活力，很 多产品 成 功进入国 际市场 。 未 来， 高中低 轨卫星 都将 在天地 一体信 息网 络中发 挥各自 作用， NGSO 星 座的大 规 模部署将 促进卫 星 制造和发 射服务 业 的升级。 卫星 互联网业 务的开 展 需要得到 MEC （ 移 动边缘计 算） 、 卫星 组播和内 容 缓存等技 术的 支 持。 发展数字 载荷 和 软 件定义技 术是提 高 通信卫星 效 费比 ， 适应 市场需 求变化的 必要条 件 。 软件定义 有效载 荷的普遍 应用 也将对卫 星互联 网 的网络安 全提出 新 的挑战。5G 通 信中 的大规模 多 输入多输 出 （MIMO ） 、 非 正交多 址 （NOMA ） 、 新 型多 载波传输 等 新空口技 术、 网络 功能虚拟 化 （NFV ） 和软件定 义网络 （SDN ） 将 成 为 LEO 星 座与 5G 融合、卫 星互联 网 标准化工 作的重 要 内容。 卫星 通信带宽 需求的 持 续增长必 然要求 开 发 EHF 、 太赫 兹、 激 光等频率 资 源。 随着 NGSO 星 座的大规 模部署 ， 频率冲突 和干扰 等 矛盾将日 益 突显， 碰 撞风险 随 之加大， 这要求 统 筹 规划星 地频率 资 源、 研究 高效 的频率复 用技术 ， 加 强人工 智能在 频 率 干扰检 测 、 轨 道 预测、 碰 撞避 免中 的应 用领域 。 在 全 球 大 规 模 发 展 卫 星 互 联 网 的 大 背 景 下 ， 频 率 轨 道 将 是 我 国 NGSO 发 展面临 的 最大瓶颈 。LEO 卫 星时刻处 于高速 运 动状态， 其 内 生 的 频率 干扰 、多 普 勒 频移 等问 题不 可 避 免。LEO 星座 建 设 要面 临 大 规 模关 口站 建设 和 星 座系 统复 杂度 之 间 的两 难选 择。LEO 星座 的 部 署 和 运 营 需 要 先 进 的 卫 星 和 地 面 终 端 成 本 控 制 和 全 球 运 营 能 力 来支持。 我国卫 星 通信尚 需 加强技 术 、体制和 机制创 新 。 3 二、 全球发展态势 2.1 GEO HTS 向 大 容 量 、 小 型 化、 星 座 化 方 向 发展 为 满 足 宽 带 接 入 、 基 站 中 继 、 高 清/ 超 高 清 视 频 等 应 用 带 来 的 带 宽增长需 求， 基于 多点波束 和频分 复 用的 HTS （高 通量 卫星） 应运而 生。 自 2004 年以来 ， 全球超 过半数 的卫 星通信运 营商合 计 部署了 150 多颗 HTS 。HTS 包括 GEO （高 轨） 专 用或搭载 、MEO （ 中轨） 、LEO （低轨） 等形式 。 目前应用 较多的是 GEO HTS ， 比较代 表性的系 统 如表 1 所 示。 表 1 全球代表性的 GEO HTS数据来源：中国空间技术研究员通信卫星事业部 在这些 GEO HTS 当 中， 北美 Viasat 公司 Viasat-2 和 Hughes 公司 Jupiter-2 两颗在 轨 HTS 的容 量分别 达到 300Gbps 和 220Gbps ， 在建 的 Viasat-3 和 Jupiter-3 容量将分 别达到 1Tbps 和 500Gbps ， 而 传统通信 卫星容量 只有 1Gbps 左右。Viasat 公司 打算 2021 年初 发射 面向美洲 的首颗 Viasat-3，约 6 个 月后发 射用 于覆盖欧 洲、中 东 和非洲的 第二 颗，面向 亚太的 第 三颗应会在 2022 年底前发 射。此 外 ，Eutelsat 的 的 容量 也 达 500Gbps ， 它 与 和 Hughes 公 司 的 Jupiter-3 都将 在 2021 年发射 。2019 年 8 月 8 日，Viasat 公 司宣布 其 Viasat-4 系列已 处于 初期研制 阶段， 它 广泛利用 Viasat-3 卫星的研 发 4 成果。 容 量的迅 速 增长使得 大型 GEO HTS 单位 Gbps 制 造成本降 至 到百万美 元以下 ， 从而接近 地面宽 带 网络的服 务能力 。 在一些 GEO HTS 努 力向更大 容量迈 进 的同时， 一些 卫星 运营商 将目光瞄 向针对 小 国家的、 容 量在 100Gbps 以下、 重 量 在 几 百 公 斤 到 2000 公斤之间 的小型 GEO HTS ， 其重 量 的 减 少 源 于 可 再 编 程 软 件 定 义 有 效 载 荷 和 电 推 进 等 技 术 的 应 用 。 2019 年 6 月 17 日， 曾在 SES 供职的 Tom Choi 等几位 官员 组建 了土星（Saturn ）卫 星公司， 专门从 事 小型 GEO 卫星的 建造业务 。 其客户是 那些既 想 拥 有自己 的卫星 又 嫌传统卫 星太大 的 国家， 这 样的 卫星号称 “ 国家 星 （Nationsat ） 。 “国家星 ”实际 包 括两类小 型 GEO 卫星，即 宽波束 的 C/Ku 频 段卫星 和 85Gbps 的 HTS 。拥有 48 个 36MHz 转发 器 的 C/Ku 频段卫 星的价格 约为 6500 万美元，85Gbps 的 HTS Ka 频段 卫 星约为 8500 万美元 ， 它们的 成 本相比较 于传统 GEO 卫星 降低了 70-80% 。 在 小容 量情况下 ， “ 国家星 ” 成本同 样能够 达 到每 Gbps 百 万美元 的水平。 目 前， 土星卫 星公司 打算 每年建 造大概 两颗 “国家 星 ” ，并 具备 把产能提 高到年产 6 颗的能 力。 除 了土 星公司， 波音、 旧 金山的阿 斯 特拉尼斯、香港填 空星（GapSat ）和 瑞典离区（Ovzon ） 等公司都在 建造各自 的小型 GEO 卫星 。 为了满足 海事、 航空 等领域的 全球宽 带 通信需要 ， ViaSat 、 Inmarsat 等卫星运 营商都 开 始建设各 自的 GEO HTS 星座 系统。Viasat-3 实际 是 包含三 颗卫星 的星 座系统 ，其目 标市 场主要 是全球 航空 机载通 信。 Inmarsat 的 GX 星 座目前由 四颗卫星 GX1-4 组成 ，到 2021 年 将发射 GX5 、 GX6A 和 GX6B ， 含 有动态波 束 的 GX7 、 GX8 、 GX9 将在 2023 5 年底发射 ，覆盖 北 极地区的 GX10A 和 GX10B 将在 2022 年发射 。 2.2 NGSO HTS 开始大规模部署 GEO HTS 虽然 容量 大、结构 简单， 但 是传输延 时长、 覆 盖面有 限， 无法满足 5G 时 代低延时、 广覆盖 等应用的 需要， 而 NGSO HTS 星座恰好 具有这 样 的优势。 目前， 全 球新推出 的 MEO 和 LEO 星座 计划 有 20 个 左右 ， 其中代表 性的有 O3b 、 OneWeb 、 SpaceX 的 Starlink 、 LeoSat 、Telesat 等 星座系统 。 OneWeb LEO 星座 初期有 720 颗卫星 ，总容量达 10Tbps ，已获 得美国 FCC 运 营许 可。2018 年，OneWeb 向 FCC 提出增 加 1280 颗 MEO 卫星 ， 并 在后 续修正案 中进一 步 将 MEO 卫 星的规 模 扩展到 2560 颗。2019 年 2 月 28 号，OneWeb 成功发 射首批 6 颗卫星 ， 计划 2020 年开始商 用。OneWeb LEO 星座 采用 “ 天星地网 ” 架 构， 将卫星作 为 连通用户 终端和 关 口 站的通 道， 通 过全 球分布 的 关 口站 提 供互联网 接 入服务。 2018 年 3 月，FCC 批准了 SpaceX （Starlink ）LEO 星 座， 该系统 有 4425 颗 卫星 。 2019 年 5 月 23 日， SpaceX 发 射了首 批 60 颗小卫星 ， 计划 2020 年 开始服 务。 2018 年 11 月， FCC 批准了 SpaceX 另外一个 有 7518 颗卫 星的 LEO 星座计 划， 两项 总共近 1.2 万颗 卫星 。 这些卫 星分别位 于三个 轨 道： 340 公里上 7500 颗； 550 公 里上 1600 颗； 1150 公里上 2800 颗。2019 年 10 月，SpaceX 向 FCC 申 请， 要 求在 1.2 万 颗卫星基 础上， 再 部署 3 万颗卫 星 。 这些 卫星 将工作 于 328 580 公 里不等的 轨道上 。SpaceX LEO 星 座采 用 “ 天星 天网 ” 架 构，将卫 星 作为网络 传输节 点 ， 通过星间 链路建 立高速宽 带通信 网 络， 只需要 有 6 限的关口 站，就 可 以提供全 球性互 联 网接入服 务。 目前， 唯一在 轨商 用的 MEO HTS 是 O3b 系 统。 该系统 初 期规模 是 20 颗 卫星， 工作 于赤道轨 道，目 的 为南北纬 40 度 之间 的 30 亿人 口提供互 联网服 务。 该系统于 2013 年开 始建设， 目前在轨 16 颗。 2017 年 11 月，O3b 计划 新增 30 颗 MEO 卫 星， 其 中 ，20 颗运 行于赤道 轨 道（O3bN ） ， 另外 10 颗运 行于倾 斜轨 道（O3bI ） ，且 30 颗卫星中 的 12 颗 采用先 进的全 电进和波 束形成 技 术，以进 一步提 高 服务能力 。 为了弥补 GEO HTS 服务能力 的不足， ViaSat 公 司于 2016 年 提出 了一个 由 24 颗卫星 组成的 MEO HTS 星座计划 。该 MEO 星座 采用 Ka 和 V 频段， 卫星 分布于 3 个轨 道面 ，每轨道 面 8 颗（ 再加 1 颗备 份星） ， 轨道高 度 8200km ， 轨道 面与赤 道倾角为 87 度， 可 为美国本 土、 夏威 夷、 阿 拉 斯加、 波 多黎各 和 美国维尔 京群岛 的 用户提供 宽带 通信服务 。 ViaSat 公司 MEO HTS 不仅 带有载 荷遥 感，还可 以对 GEO HTS 进行跟踪 和通信， 以提供额 外和备 用 的传输通 道， 从而 实现两者 之间 的协同工 作。 2018 年 11 月， ViaSat 将从 之前的 24 颗 MEO 卫星 减少到 20 颗。 目前，美 国 FCC 尚 未批准 ViaSat 公 司 的申请。 此外，Viasat 正在 评 估 “在可 用的情 况 下把 GEO 卫星 同低 时延的地 面基础 设 施乃至低 时 延的 LEO 卫星 结合 起来， 以带来 一种高 低轨 （GEO-LEO ） 混 合体验 ” 。 2.3 软 件 定 义 技术 赋 予 通 信 卫 星灵 活 性 传统通信 卫星技 术 状态在发 射前两 三 年就要冻 结， 在 入轨 后的十 五年服役 时间内 无 法更改， 这一固 定模 式无法适 应今天 动 态变化的 信 7 息网络服 务市场 环 境。 而软件 定义技 术 具有可 重构的 显 著优势， 基 于 软 件定义 技术 的 灵活 性载荷 可根据 应用 需求的 变化， 对卫 星的覆 盖、 连接、 带宽 、 频率 、 功率、 路 由等性 能进行动 态调整 和 功能重构， 从 而降低通 信卫星 的 建设和运 营成本 ， 延长在轨 卫星的 使 用寿命。 目前， 全 球三家 固定 通信卫星 运营商 均 已向灵活 有效载 荷 做出布 局。 根据 Euroconsult 公 司的统 计， 全 球一半左 右的 HTS 带有灵活 性 载荷，其 中覆盖 灵 活性占 35% ， 连接 、带宽和 频率各占 15% ， 功率 占 9% 。 Intelsat 公司 的 EPIC （史诗 ） HTS 是载荷灵 活性的 典型案例 ， 它基于数 字信道 化 器 ， 可在不 同波束 之间建立 直接 连接， 克服 了一 般 HTS 网络星 状结构 的双跳缺 陷。 这一功 能也可有 效地实 现 业务后向 兼 容，确保 原有用 户 不用更换 终端设 备 就能使用 新的 HTS 网络。 2019 年 5 月 10 日， 号称全球 首颗真 正 意义上的 软件定 义 商用通 信卫星 欧 洲 量子 （Eutelsat Quantum ） 成 功 完 成 有 效载 荷 舱 与 平 台的对接。 欧洲量 子可根据 应用需 求 调整卫星 覆盖、 频 率和功率 等载 荷特性， 这主要 通 过阵列天 线与星 载 信号处理 器实现 。 2019 年， 已 有三个 厂家推出 了软件 定 义卫星， 分 别是空 客的 “一 星 ” （OneSat ） 、波 音的 702X 系 列和 泰 雷兹的 “ 灵感 ” （Inspire）。 2.4 EHF 、 太 赫 兹、 激 光 带 来 更 大带 宽 容 量 频 率是 通信的 基础和 带宽 的源头 。频段 越高 ，频率 资源越 丰富， 能够提供的带宽越大。经过多年的发展，卫星通信中的 L 、S 、C 、 Ku 频段资 源已几 乎 被使用殆 尽， Ka 频 段正在被 广泛应 用。 与此同时 ， 卫星通信 的 C 、Ka 频段也要 面对 5G 网络的激 烈争夺 。2018 年底， 由 Intelsat 、 SES 、 Eutelsat 、 Telesat 全 球 四大卫星 通信运 营 商组成的 C 8 频段联盟 同意让出 200MHz 供 5G 网络 使用， 这 要求卫 星 通信行业 必 须大力开发 EHF （Q/V/W ） 、太赫兹 、 激光等更 高频段 的 频率资源 。 近年来，Eutelsat 、ViaSat 、Inmarsat 、OneWeb 、O3b 、Iridium 等 卫星运营 商都在 进 行 EHF 频段 的研发 。 目前 ， Q 、 V 频段 已经开始 进 入商用阶 段。2016 年 3 月，Eutelsat 率 先在 Eutelsat 65 West A 卫星上 使用 Q 频 段。OneWeb 、 波 音、 三 星等 公司的星 座系统 都 有 V 频段 的 使用计划 。2018 年 6 月 20 日， 由芬兰 研制的纳 卫星首 次 从太空向 地 球发送 W 频段信号 。EHF 频段 主要用 于关口站 与卫星 之 间的馈电 链 路以及星 际链路 。 太赫兹频 率在 0.1-10THz 之间 ， 兼有 微 波和光波 的特性 ， 具有频 谱资源丰 富、 抗干扰 能力强等 技术优 势， 其理论传 输速度 可 达 1Tbps ， 是 5G 的 50 倍，4G 的 1000 倍。 2018 年 5 月， Tektronix/IEMN （ 一个 法国研究 试验室） 在 252-325GHz 频段 实现了 100Gbps 无 线传输 （最 近 IEEE 802.15.3d 标准） 。 日 本总务 省 规划将在 2020 年东 京奥运会 上 采用太赫 兹通信 系 统实现 100Gbit/s 高 速无线局 域网服 务 。 由于太 空 中没有水 分吸收 问 题，太赫 兹特 别 适 合用于卫 星通信 。 多年来， 美国、 欧 洲、 日本开展 了一系 列 卫星激光 通信研 究 计划， 目 前 开始 进 入实 用阶 段 。2019 年 2 月 ， 欧洲 空 客公 司与 日 本 SKY Perfect JSAT 公 司签 订了 EDRS-D 节 点 设计准备 合作协 议 ，旨在共 同 开展激光 数据中 继 卫星业务 。另外 ， 一些 LEO 星座 系统 计划通过 激 光链路， 向用户 提 供点到点 的数据 传 输服务。 2.5 小 卫 星 驱 动卫 星 制 造 和 发 射业 升 级 卫星制造 和发射 是 卫星通信 产业的 上 游， 它直 接决定 着卫 星通信 9 运 营 服 务的 成本 。LEO 星 座 小卫 星 的蓬 勃 发 展引 发了 卫星 制 造 和发 射业的变 革。 以 SpaceX 为 例， 从 2019 年 5 月开 始， 平均 每月要部 署 近 120 颗卫星 ， 才能 按照 FCC 的 要求在2027 年底 之前完 成 发射任务 。 这必然要 求 对传 统 的卫星制 造和发 射 进行升级 换代， 缩短 卫星研制 和 发射周期 ，以降低研制和发 射成本 。 在 小 卫 星 制 造 方 面 ，OneWeb 等 公 司 开 始 使 用 非 航 天 级 别 的 COTS （商 业现货 ） 组件，利用 3D 打 印、 模块 化设计 、 即插即用 、 智能装配、 大数据 、 机器人、 增强现 实 等 现有 成熟技 术 ， 采用与飞 机 和汽车生 产相似 的 流水线组 装方式， 来批量生 产小卫 星 ， 实现每天 生 产 3-5 颗 卫星的 目标 ， 并将 单颗小 卫星的 研制成本 降到百 万 美元以下 。 最新发射的 SpaceX 小卫星采 用 扁平 化 设计 ，以 易于量 产 、装载、 发 射； 采用 先进可 靠 的 离子推 进器 ， 以 进一步降 低成本 ； 配备光学 追踪 器， 以 主动 探测、 自动避开 太空垃 圾 ； 使用到期 时， 可 自行拆解，以 实现 100% 环保。 多星发射 和一级 火 箭回收利 用可以 大 幅降低卫 星的发 射 成本， 对 于需要大 规模、 多 频次发射 小卫星 的 LEO 星 座运营 意义 更大。2019 年 5 月 24 日，SpaceX 用 此前飞 过两次 的 “猎鹰 9 号 ”5 型 旧第一级 火箭， 成功将 60 颗 每个重 227 公斤 的 小卫星送 入轨道 。SpaceX 公司 表示，5 型火箭 被设 计成 “ 在 无需例 行 整修的情 况下 ” 能 反复使用 10 次， 若 “做适当 的 例行维护 ” 可用 100 次。 除了 现役 “猎鹰 9 号 ” 重 鹰火箭 ， SpaceX 已 开始研制 星舰飞 船+ 超重鹰火 箭的下 一 代卫星发 射 系统，它 能一次 性 部署数百 颗小卫 星 。 10 2.6 卫 星 互 联 网与 5G 融 合 取 得 实 质 进 展 5G 应用 的 全球化 和 机载通信 等应用 的 商用化促 使 ITU 、3GPP 、 SaT5G 和 CBA （C 波段联盟 ）等国 际 标准化组 织开始 研 究卫星互 联 网与 5G 的融 合问题 。 ITU 提出了 中继到 站、 小区回 传、 动中 通及混合 多播场 景 的 4 种 星地融合 应用场 景 ， 以及支 持这些 场 景 的关键 因素， 包 括多播、 智能 路由、 动态 缓存管 理及自适 应流、 延 时、 一致的 服务质 量、NFV （网 络功能虚 拟化）/SDN （软 件定义 网络） 兼容、商 业模式 灵 活性等。 3GPP 定义 了卫星互 联网与 5G 融合中 的连续服 务、泛 在 服务和 扩 展服务 三大类 用例 ，提出 了内容 投递 、基站 中继、 固定 宽带接 入、 移动平台 接入四 种 应用， 研 究了卫 星网 络与地面 网络间 的 切换等问 题。 2017 年 6 月 ， 由 卫 星行业生 产厂家 、 运营商 、 高校等 16 个单位 联合成立了 SaT5G 联盟，该 联盟旨 在 通过一系 列的研 究 、开发和 实 验等工作 ，在 30 个 月内解决 延迟和 多 普勒频移 等问题 ， 为运营 商创 建一种性 价比高 、 即 插即用的 卫星通 信 解决方案 。 2019 年 6 月 19 日， SaT5G 宣布近 期成 功进行了 一系列 卫 星 5G 演示， 包括 ：1 ） 基于卫 星和地面 网络以及 MEC （移 动边缘计 算） 的 分层视 频传 输；2 ） 基于 卫星组播 技术和 MEC 的视频缓 存和实 况内容分 发；3 ） 基 于 MEO 卫 星和地面 无线混 合 5G 网络的 下一代 机 载娱乐和 连网方 案 ；4 ） 基于 卫星与地 面混合 回 传网络和 MEC 的 本地内容 缓存和 访 问；5 ）基于 卫星网络的 5G NR （新无 线通信 ） 视 频 演示， 其中的 关键 问题包括 卫 星 链路延 迟和多 普勒 频移；6 ）面向 农村 市场和 大型集 会事 件扩展 服 务的混合 5G 回传演 示。 在 以上 6 项服 务中， 面向飞 机和 农村市场 的 11 5G 服务最 具吸引 力 。 2019 年 5 月，Telesat 、英 国萨里 大学与 比利时 Newtec 公司 合作 进行了 8K 流 媒体传 输、 互 联网浏 览和 视频聊天 会话等 应 用测试 ， 证 实了 LEO 卫星可 为 5G 回传提 供有 效的解决 方案。 此 次测试表 明 ， LEO 卫 星可以 成为 扩展 5G 网络 覆盖范 围的一个 重要方 式 。 2.7 电 调 控 平 板天 线 助 推 移 动 应用 机载、 船 载、 车 载 等 平台的 卫星移 动 通信对终 端尺寸 和 功耗、 波 束切换等 要求的 不 断提高， 以 及中低 轨卫星相 对地面 的 高速运动， 决 定了以小 尺寸、 低 功耗为特 点， 能 够 同时跟踪 多颗卫 星 、 波束可 以快 速指向的 电调控 平 板天线 （ESA ） 成为 卫星互联 网中的 一 项关键技 术。 目前，Kymeta 、hiSky 、SatCube 和 SatPro 等制 造商已 拥有 可用 于宽带卫 星通信 的 ESA 。2019 年 1 月 25 日，OneWeb 公 司宣称， 其 自筹资金 项目开 发 了一种厚 度不到 八 分之一英 寸、成 本 仅 15 美 元的 ESA 模块 ， 为卫 星互 联网终端 未来 200 到 300 美 元的定 价 打下了基 础。 该天线 可 实现 50Mbps 的下行 速率 ， 并有 望在 2020 年初 实现 商业化。 该 产品初 期工作于 Ku 频段， 可在成本 几乎不变 的条件 下 调整到 Ka 、 V 等频 段。 由于 ESA 零 件数目 很多， 降 低成本 较 为困难， OneWeb 目 前开发 的 ESA 并不适 合航 空类特殊 市场。 尽 管如此，NSR 公 司 预测，卫 星 天线市 场 2020 年 后 开始从 MSA （机 械 调控天线 ）向 ESA 转型。到 2026 年，平 板天线 的年销售 量将超过 210 万 块。 2.8 通 导 结 合 提供 卫 星 综 合 信 息服 务 通信与导 航具有 相 同的物理 基础和 相 似的应用 场景， 很多 情况需 12 要两者结 合应用。 在 通信卫 星上搭 载 卫星导航 增强 载 荷 ， 通过向用 户 播发星历 误差、 卫 星钟差、 电离层 延 迟等多种 修正信 息 ， 可以实 现导 航 定位 精度和 服务能 力的 有效提 高。 在 SBAS （星基 增强 系统 ）中， 基于 LEO 的 SBAS 具有覆盖 面广、 信 号衰耗小 、计算 收 敛速度快 、 通信与导航信号可以融合设计等优点。Iridium 二 代 星 搭 载 了 美 军 iGPS （集 成全球定 位系统） 有效载 荷 ，可将 GPS 定位精 度由原来 的 米级提高 到厘米 级 。 除了一般 性的导 航 定位之外 ， 面向 全球 空中和海 上交通 监 视和跟 踪服务的 ADS-B （ 广播式自 动相关 监 视） 和 AIS （ 自动识 别系统） 也 是卫星通 信与导 航 结合的重 要应用 领 域。 Iridium 和 Globalstar 二 代星 上都带有 ADS-B 、AIS 等载荷。Iridium 二代星 携带的 Harris 公司 ADS-B 载 荷可单 星 监视 3000 个目 标， 处理 1000 个以 上目 标，目标 用户包括 空管 、 搜 救和军方 等。2019 年 6 月 ， 基于 Iridium 二代星提 供 ADS-B 监视 服务 的 Aireon 成为 EASA （欧 洲航空 安全局 ）首次认 证的航空 导航服 务 商。 从此，Aireon 可以在丹 麦、 爱尔 兰、 意大利 和 英国等区 域提供 该 服务。Orbcomm 二 代星中也 增加了 AIS 载荷， 用 于海上资 产的跟 踪 与管理。 有了星 载 ADS-B 这样的系 统 ，类似马 航 MH370 、 法航 AF447 航班失 踪等事 故发 生的概率 就会大 大 降低。 2.9 中 继 通 信 成为 新 的 卫 星 通 信业 务 类 型 卫星数据 中继最 初 主要为遥 感卫星 、 飞 船等飞行 器提供 全 天候的 数 据 中 继 和 测 控 服 务 。 代 表 性 的 卫 星 中 继 系 统 有 美 国 的 TDRSS 、 LCRD 和欧 洲的 ARTEMIS 、EDRS 等 ，它们基 本上属 于 专用系统 。 2018 年是 全球卫 星 中继通信 商业化 服 务的元年 。7 月，Inmarsat 13 和飞行硬 件制造商 Addvalue 与 一家 LEO 星座运 营商签 署 了一份合 作 协议， 利 用 Inmarsat 的 GEO 卫星 和全 球网络， 对装有 Addvalue 开发 的 IDRS （卫星 间数 据中继系 统） 的 LEO 星座 进行全 球天 候的卫星 测 控、任务 控制和 故 障查找等 资产运 行 和管理。10 月，Audacy 公司宣 布与用户 签署了 价 值 1 亿美 元的商 业 服务协议 ， 服务 范围 为地球观 测、 物联网 、 宽带 星座 、 运载火箭 和深空 任 务。 Audacy 目 前拥 有