2017年，中星16號（實踐13）衛(wèi)星的發(fā)射拉開了我國衛(wèi)星互聯網發(fā)展的序幕，運營商基于該實驗星開展了大量技術驗證與應用推廣工作。
2023年初，我國首顆超百Gbps容量的高通量衛(wèi)星——中星26號即將發(fā)射，該星是我國第一顆系統設計和運營服務整體性能匹及國際水平的高通量衛(wèi)星，它的發(fā)射將全面開啟我國衛(wèi)星互聯網應用服務新時代。
一、衛(wèi)星互聯網的內涵
1、衛(wèi)星互聯網的定義
2005年，休斯網絡（HughesNet）公司提出要在美國為家庭用戶提供寬帶上網服務，這是衛(wèi)星運營商首次推出以“衛(wèi)星互聯網”命名的服務。此后的十多年，衛(wèi)星互聯網就成為衛(wèi)星通信面向大眾消費市場和眾多細分行業(yè)應用提供經濟實惠的衛(wèi)星寬帶通信服務的代名詞。
衛(wèi)星互聯網是以衛(wèi)星網絡作為接入網絡的互聯網及服務，是衛(wèi)星通信技術與互聯網技術、平臺、應用和商業(yè)模式結合的產物。“衛(wèi)星互聯網”不僅是接入手段的改變，也絕不僅是地面互聯網業(yè)務的簡單復制，而是一種新的能力、新的思想和新的模式，并將不斷催生出新的產業(yè)形態(tài)、業(yè)務形態(tài)和商業(yè)模式。
圖1 衛(wèi)星互聯網的三種應用場景
根據服務對象和商業(yè)模式不同，衛(wèi)星互聯網有三種應用場景：
1.手機或者計算機通過衛(wèi)星熱點（衛(wèi)星終端+Wifi或網線）接入互聯網。衛(wèi)星運營商直接面向最終用戶提供互聯網接入服務；
2.手機用戶通過衛(wèi)星基站（衛(wèi)星終端+基站）接入運營商的移動互聯網。衛(wèi)星運營商和地面運營商合作向地面手機用戶提供泛在的移動互聯網接入服務；
3.行業(yè)用戶在衛(wèi)星互聯網上構建虛擬專網。衛(wèi)星運營商向大客戶提供衛(wèi)星互聯網專線服務。
根據成熟度，衛(wèi)星互聯網有三類業(yè)務：
1.地面互聯網業(yè)務向衛(wèi)星網的復制；
2.傳統衛(wèi)星通信業(yè)務的互聯網化；
3.衛(wèi)星通信廣域、大連接特性與互聯網應用相結合的創(chuàng)新業(yè)務。
第一類業(yè)務是當前衛(wèi)星互聯網業(yè)務的基礎，第二類和第三類是衛(wèi)星互聯網業(yè)務發(fā)展方向，尚待挖掘。
2、衛(wèi)星互聯網的典型特征
衛(wèi)星通信經歷了從專線、專網到衛(wèi)星互聯網應用發(fā)展的三個時期。上世紀60-80年代，衛(wèi)星通信主要用于跨洋電視轉播和長途電話，屬于點到點通信為主的專線時代；1980年代中期，高功率轉發(fā)器和地面電子信息技術進步共同推動VSAT技術成熟，用戶終端天線口徑從十幾米降低到幾米左右，衛(wèi)星通信使用門檻大幅降低，中小企業(yè)用戶也能租用轉發(fā)器構建專用網絡，滿足內部通信需要，衛(wèi)星通信進入專網時代。至今專網仍然是衛(wèi)星通信的主要應用方式之一。進入二十一世紀，采用多點波束和頻率復用技術的高通量衛(wèi)星出現，通信速率和系統容量均大幅增加，開啟了衛(wèi)星互聯網應用時代。
和衛(wèi)星專網通信相比，衛(wèi)星互聯網具有以下顯著特征：
一是支持大帶寬和高速率的網絡。衛(wèi)星網絡的總容量和通信速率要滿足ITU對寬帶接入的基本要求，這是衛(wèi)星互聯網應用的前提。Wildblue等早期衛(wèi)星互聯網業(yè)務發(fā)展到一定規(guī)模后由于系統容量太小，只能限制用戶規(guī)模和速率。
二是易用好用、價格親民的終端。易于安裝和使用、性價比高的終端是衛(wèi)星互聯網服務千行百業(yè)、走進千家萬戶的必要條件。用戶規(guī)模和終端成本相輔相成，用戶規(guī)模越大越能降低終端成本，終端越便宜越能促進用戶增長。
三是大帶寬需求的殺手锏應用。高清視頻回傳、流媒體等大帶寬業(yè)務需求是衛(wèi)星互聯網蓬勃發(fā)展的基礎。隨著人們對泛在高速互聯接入的迫切需求的增加，航空互聯網、海洋互聯網和普遍服務等業(yè)務成為衛(wèi)星互聯網發(fā)展的重要推動力。
四是開放的互聯網運營模式。從專網向公網和平臺化運營轉變是衛(wèi)星通信從管道向互聯網運營的必由之路。公網相比專網具有更大的規(guī)模效益和網絡外部效益，推動衛(wèi)星互聯網規(guī)模化和產業(yè)化發(fā)展。
二、國際衛(wèi)星互聯網發(fā)展歷程
衛(wèi)星互聯網的發(fā)展史也是高通量衛(wèi)星的應用史。根據容量大小和靈活性，高通量衛(wèi)星可以劃分為四代。
表 1 高通量衛(wèi)星代系發(fā)展
第一代（2010年以前）：以WildBlue-1、Spaceway-3為代表的高通量衛(wèi)星開始使用窄點波束和頻率復用技術，吞吐量小于10Gbps。
第二代（2017年以前）：以KA-SAT、ViaSat-1為代表的高通量衛(wèi)星大量使用窄點波束和頻率復用技術，吞吐量在100Gbps左右。
第三代（2023年以前）：以ViaSat-2為代表的高通量衛(wèi)星通形成數百個更窄點波束，吞吐量超過200Gbps，衛(wèi)星具有一定靈活性。
第四代（2023年以后）：以Viasat-3為代表的新一代高通量衛(wèi)星使用全數字波束成型復用技術將進一步提升在軌可重構的軟件定義能力，支持按需動態(tài)容量生成和使用，同時單星容量將超過500Gbps，甚至可達到Tbps級別，將進一步提升衛(wèi)星互聯網的承載能力和服務質量。
根據產業(yè)規(guī)模、承載業(yè)務類型和網絡服務水平，可將全球衛(wèi)星互聯網發(fā)展分為三個階段：培育階段、成熟階段、全面發(fā)展階段。
通信速率直接影響用戶體驗，是衡量網絡服務水平的重要標志。設備商傾向將理想條件下的最高測試速率作為宣傳設備性能的指標，而運營商面臨達不到承諾速率會被用戶投訴的風險，因此采用更加保守的承諾信息速率（CIR）衡量網絡服務能力。下文提到的各運營商的服務速率均為CIR。
圖2 衛(wèi)星互聯網產業(yè)發(fā)展階段
表 2 衛(wèi)星互聯網產業(yè)發(fā)展階段特點
培育階段（2010年以前）：
全球絕大部分衛(wèi)星互聯網業(yè)務集中在美國，以家庭互聯網業(yè)務為主，美國WildBlue公司（后被衛(wèi)訊公司收購）利用Anik F2和WildBlue-1號衛(wèi)星為美國家庭提供Ka寬帶上網業(yè)務，受限于系統總容量，僅為用戶提供512kbps的下行速率。休斯網絡公司2008年利用Spaceway-3衛(wèi)星推出Gen3產品，向美國家庭用戶提供Ka上網業(yè)務，最高下行速率5Mbps。
成熟階段（2010年以后）：
隨著Viasat-1、Viasat-2兩顆高通量衛(wèi)星的發(fā)射，衛(wèi)訊公司的高通量衛(wèi)星容量超過400Gbps，提供家庭寬帶服務的速率有了明顯提升，從視頻傳輸質量上來看，逐步實現了對小屏（12Mbps/360p）、標清（25Mbps/
480p）、高清（50Mbps/720p）、全高清（100Mbps/1080p）的支持。
表 3 Viasat公司服務套餐
隨著Jupiter-1和Jupiter-2衛(wèi)星的發(fā)射，休斯網絡公司在軌容量超過300Gbps，相繼推出Gen4和Gen5服務，為用戶提供更高的服務速率。
表 4 HughesNet公司服務套餐
全面發(fā)展階段（2023年以后）：
隨著1Tbps的超大容量衛(wèi)星發(fā)射，運營商能為用戶提供更高的上下行速率，將推動衛(wèi)星互聯網業(yè)務進入新的發(fā)展階段。能夠為大型民航飛機、游輪提供高速接入能力。
通過對歐美高通量衛(wèi)星發(fā)展歷程和主要衛(wèi)星互聯網運營商服務情況的分析，可以得出以下啟示：
1、Ka頻段是高通量的主要發(fā)展方向。由于Ku頻率資源有限以及自適應調制編碼等抗雨衰技術的不斷進步，Ka頻段已經成為大容量高通量衛(wèi)星的主用頻率。
2、大容量衛(wèi)星是運營商向用戶提供優(yōu)質服務的基礎。系統總容量有限時，運營商只能限制用戶體驗速率，并控制用戶規(guī)模。一旦容量擴大，運營商立即推出更高速的流量套餐，為用戶提供更優(yōu)質的服務。衛(wèi)訊和休斯每次的套餐升級都與新衛(wèi)星運行同步推出。
3、運營商擁有的系統容量越大競爭力越強。衛(wèi)訊公司擁有更多的系統容量，在激烈的市場競爭中比休斯網絡公司更有主動權。衛(wèi)訊在同等價位下可提供更高的速率，或者在同等速率下價格更低。
三、我國衛(wèi)星互聯網發(fā)展情況
1、我國高通量衛(wèi)星資源布局情況
2017年，我國首顆高通量衛(wèi)星——中星16號衛(wèi)星的成功發(fā)射拉開了我國衛(wèi)星互聯網發(fā)展的序幕。2020年，亞太6D衛(wèi)星發(fā)射成功。2022年末和2023初中星19號、26號高通量衛(wèi)星發(fā)射后，將建成首張完整覆蓋國土全境及“一帶一路”重點地區(qū)的Ka頻段高軌衛(wèi)星互聯網，推動我國衛(wèi)星互聯網走向大規(guī)模實用階段。
中星16號主要覆蓋了我國人口密集地區(qū)及東南沿海大部地區(qū)。中星19搭載Ka頻段高通量載荷主要覆蓋中美航線，服務航空互聯網。中星16、中星19和亞太6D由于容量較低，對照國外高通量衛(wèi)星發(fā)展水平，均屬于初期高通量試驗衛(wèi)星。中星26號衛(wèi)星使用Ka全頻帶提供饋電傳輸以及用戶鏈路通信，創(chuàng)新性設計星地一體備份環(huán)機制，為用戶提供高更可靠的衛(wèi)星互聯網接入，服務水平相當于第二代高通量衛(wèi)星，能夠支持使用最小便攜式終端天線0.45米、機載終端0.45米、船載終端0.45米等典型終端，提供上行最大可達200Mbps，下行最大可達450Mbps的通信能力。
當前，中國衛(wèi)通正在積極開展我國第三代高通量衛(wèi)星的論證，該衛(wèi)星容量超過300Gbps，覆蓋我國國土及“一帶一路”區(qū)域，將大幅提高我國高通量衛(wèi)星容量，并推動我國衛(wèi)星互聯網業(yè)務的國際化工作進入新階段。
圖3 我國Ka衛(wèi)星互聯網覆蓋圖
（中星16號、中星19號和中星26號衛(wèi)星覆蓋示意圖）
表 7 我國高通量衛(wèi)星
2、我國衛(wèi)星互聯網市場培育情況
我國高通量衛(wèi)星在容量和靈活性方面相比國外仍有差距，但在應用方面高起點與高標準，與國外主流服務產品能力相當，在上行速率方面甚至還有明顯的優(yōu)勢。可以說用第一代衛(wèi)星提供了國外第二代衛(wèi)星的服務水平。
經過多年努力，我國高軌衛(wèi)星互聯網已在航空、海事、普遍服務、應急、自然資源等多個領域實現了應用推廣。
在海洋互聯網領域，面向海上運輸、漁業(yè)、資源開發(fā)、環(huán)境保護、海洋執(zhí)法等應用需求，強化信息感知、平臺資源共享服務能力，為海上應用提供遠程監(jiān)控、視頻會議、數據傳輸等服務。
在航空互聯網領域，協同民航總局、各航司以及網絡設備供應商，加速航空互聯網產品、技術、服務模式創(chuàng)新。2020年7月，利用中星16號衛(wèi)星，我國首架Ka寬帶高速衛(wèi)星互聯網飛機首航，實現了150Mbps的互聯網接入能力，為單個乘客提供類似4G效果的空中上網體驗。自首飛以來，累計服務航班1784架次，為近2萬名旅客提供上網服務。隨著我國航空互聯網服務從試飛走向運營，已有青島航空、國航、川航等多家航空公司正在穩(wěn)步推進Ka高通量系統裝機。
在普遍服務領域，利用高通量衛(wèi)星互聯網服務偏遠地區(qū)生產生活，搭建遠程教育、遠程醫(yī)療通道，實現城鄉(xiāng)優(yōu)質資源共享。在西藏林芝地區(qū)，開通了高通量衛(wèi)星互聯網服務，為當地提供優(yōu)質網課和豐富的教育資源。
在應急通信領域，提供語音通信、視頻會議、視頻回傳等必要的應急通信保障。在應急救援方面，為無人機、應急通信車提供穩(wěn)定可靠、大帶寬高速通信鏈路，在防災減災領域，構建“全面要素感知+多通信手段傳輸”的集成網絡，搭建“端系統+平臺+網絡”整體解決方案。
在自然資源監(jiān)測領域，為地處偏遠、地形復雜的林牧地區(qū)提供高速率、高質量的視頻監(jiān)控與傳輸服務。利用寬帶與窄帶衛(wèi)星鏈路相結合的方式為北京松山、四川臥龍等自然保護區(qū)提供數據獲取和外界綜合通信服務。2022年，與國家林草局聯合開展衛(wèi)星互聯網在智慧林草領域的創(chuàng)新應用。
四、我國衛(wèi)星互聯網即將邁入新時代
進入數字經濟時代，衛(wèi)星通信應用進一步融入經濟社會民生的各領域、全過程。應用需求日趨多樣化、場景化，從話音、數據、流量等基本需求到面向應急、自然資源、電信普遍服務等行業(yè)解決方案，并向著為航空互聯網、海洋互聯網等領域提供綜合信息服務方向發(fā)展。新場景、新應用與新模式的探索發(fā)展將進一步打開我國衛(wèi)星通信產業(yè)發(fā)展空間。
中國衛(wèi)通近幾年持續(xù)圍繞“網絡、平臺和終端”打造衛(wèi)星互聯網全鏈路核心能力，構建一張高速泛在、天地一體、公專結合的衛(wèi)星網絡，開發(fā)兼具電信和互聯網特色的基礎運營和應用平臺，帶動終端廠商研制各種型譜的終端，聯合合作伙伴和用戶結合具體用戶場景實現業(yè)務全鏈條打通和閉環(huán)，初步構建了以平臺為核心的Ka衛(wèi)星互聯網運營生態(tài)，為衛(wèi)星互聯網業(yè)務全面鋪開做好充分的準備工作。
推動我國衛(wèi)星互聯網產業(yè)健康持續(xù)發(fā)展是包括運營商、制造商、集成商，甚至用戶在內的所有人的共同責任，讓我們攜起手來，團結協作，共同期待中星26的成功發(fā)射，全面開啟我國衛(wèi)星互聯網新時代。
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