小棗君：今天這篇文章，是《風雨滄桑 50 年：中國衛(wèi)星通信的發(fā)展歷程》系列文章的最后一篇（下篇），閱讀：（上）（中）。
最近十年以來，整個社會對衛(wèi)星通信的關注度不斷提升，各種新聞報道層出不窮。
究其原因，有兩個方面。一，來自市場和用戶對衛(wèi)星通信的旺盛需求；二，衛(wèi)星通信技術發(fā)生演進，讓以前不可能的事情，變成了可能。
今天這篇文章，我們就詳細了解一下，衛(wèi)星互聯網的那些事兒。
█ 衛(wèi)星通信的技術演進
上世紀 70-80 年代，衛(wèi)星通信剛剛誕生的時候，主要用于電視和廣播信號轉播，還有一些電話、電報和傳真需求。
那時候，國際互聯網（Internet）都還沒有成型，所以，也沒有什么衛(wèi)星上網的概念。
80 年代末 90 年代初，美國摩托羅拉開始搞銥星計劃，就是衛(wèi)星電話為主，業(yè)務速率僅有 2.4Kbps（銥星一代）。這種速率，根本談不上什么用戶體驗，能聽清楚對方說話就不錯了。
我們國家衛(wèi)星通信起步較晚。如前篇文章所說，1984 年，我們才發(fā)射了第一顆有實用價值的通信衛(wèi)星（東方紅 2 號）。1986 年，我們建成了第一張衛(wèi)星公用傳輸網（主要基于國外購買的設備）。
最早的時候，衛(wèi)星通信所使用的技術，以 SCPC（單路單載波）、FDM / FM（頻分復用 / 頻率調制）為主，都是模擬通信技術。
隨著 80 年代國內程控電話業(yè)務大爆發(fā)，加上 90 年代初國內開始接觸互聯網，行業(yè)專家們發(fā)現：當時衛(wèi)星通信采用的模擬技術，沒辦法適應地面公共通信網絡的數字通信技術升級，落伍了。
于是，衛(wèi)星通信，開始轉向了 IDR（中速數據速率）技術。
IDR 業(yè)務是由 Intelsat 在 1980 年代中期提供的一種新型數據通信業(yè)務。相對于傳統(tǒng)的 FDM / FM，IDR 是一種數字制式升級，屬于 TDM / FDMA（時分復用 / 頻分多址）體制。
IDR 有 1.544、2.048、6.312 和 8.448Mbps 四種信息速率。它與 DCME（數字電路倍增設備）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。
1993 年 5 月，原郵電部引進加拿大 Spar 公司的 IDR 設備，對國內各地的衛(wèi)星地面站進行升級和新建。
盡管 IDR 實現了數字信號升級，也提升了帶寬，但對于日益增長的用戶需求來說，還是杯水車薪。
于是，一種新型技術開始崛起并迅速普及，那就是大名鼎鼎的 VSAT。
VSAT，全名叫做 Very Small Aperture Terminal，甚小孔徑終端。請注意，VSAT 通常是指系統(tǒng)，并不僅僅是一個終端。
一套完整的 VSAT 系統(tǒng)，由通信衛(wèi)星上的轉發(fā)器、地面大口徑主站（中樞站）以及眾多小口徑的小站共同構成。
VSAT 解決的是衛(wèi)星通信“平民化”的問題。
首先是地面站的小型化。所謂的“甚小孔徑”，到底有多??？0.3-2.4 米。這就很輕便了，一個人都能背著到處走。稍微大一點的，也可以車載，開著車到處走。
除了輕便之外，VSAT 還有組網靈活、成本低、應用多、安裝操作簡單等特點，非常有利于衛(wèi)星通信的普及。
1984 年，Intelsat 首次開設了 VSAT 業(yè)務。我國很快跟進，1988 年，原中國通信廣播衛(wèi)星公司引進國外通信設備，建成我國第一個 VSAT 通信網。它包括 1 個主站和 35 個端站，為我國鐵道部、能源部、地震局、海洋局、民航局、海關總署、經濟信息中心和農業(yè)銀行等 8 個行業(yè)部門提供通信服務。
后來，我們國家建設無線尋呼網、證券信息廣播、村村通 / 戶戶通工程，都大量采用了 VSAT。還有很多遠洋船用通信、飛機通信、企業(yè)和政府專網，也采用了 VSAT。
2008 年汶川地震之后，電信運營商為了應對自然災害，引進了大量的 VSAT 設備，作為地面光纖網絡的備份，以及應急通信的工具。
█ 高通量通信衛(wèi)星
進入 21 世紀后，Internet 互聯網繼續(xù)蓬勃發(fā)展。無處不在的網絡連接需求，刺激了衛(wèi)星互聯網的能力演進。衛(wèi)星通信星想要發(fā)展，就必須像地面蜂窩移動通信網絡一樣，進行帶寬容量升級。
很多讀者聽說過三種軌道：GEO（地球同步軌道）、MEO（中地球軌道）、LEO（低地球軌道）。
以前，發(fā)射衛(wèi)星的成本極高。所以，就希望一顆衛(wèi)星能覆蓋很大的范圍。想要覆蓋范圍大，就必須把衛(wèi)星放得更高，也就是 GEO 高地球軌道。
如下圖所示，三顆就能覆蓋整個地球：
高軌道衛(wèi)星，雖然覆蓋面積大，但距離遠，通信就更困難。那個時候，通信技術也不是很成熟，所以，無線信道的帶寬比較低，通信速率比較慢。
后來，衛(wèi)星通信技術開始逐漸升級，終于開始出現了新一代通信衛(wèi)星，那就是 —— 高通量通信衛(wèi)星（HTS，High Throughput Satellite）。
所謂“高通量”，是指這種衛(wèi)星的帶寬能力比傳統(tǒng)衛(wèi)星（低通量，1-2Gbps 以內）多了幾倍甚至幾十倍。
它是如何做到的呢？
首先，使用了更高的頻段。
傳統(tǒng)衛(wèi)星普遍使用 4-8GHz 的 C 波段，頻率較低且太過擁擠。而高通量通信衛(wèi)星，廣泛使用 Ku 波段（12-18GHz）和 Ka 波段（27-40GHz）。頻率資源豐富，帶寬也就跟著上去了。
其次，衛(wèi)星平臺的升級。
就像我們前篇介紹的東 3、東 4、東 5，衛(wèi)星平臺體積越來越大，負載能力越來越強，而且升級了供電技術（電推動加化學推動，混合動力），使得電能上可以保證大帶寬所需要的大功耗。
第三，轉發(fā)器數量的增加。
這個也是平臺負載能力升級帶來的好處。信號轉發(fā)器的數量直線上升，意味著車道增加，帶寬也跟著增加。
第四，天線波束技術的升級。
天線技術提升，尤其是采用點波束，也可以增強信號能力。這相當于把光“聚焦”，不覆蓋大面積，集中覆蓋小面積，有利于速率提升。
2005 年 8 月 11 日發(fā)射的泰國 Thaicom 4（又名 IPSTAR）通信衛(wèi)星，號稱是世界上第一顆高通量衛(wèi)星。
這顆衛(wèi)星由美國勞拉公司研制，重約 6.5 噸，功率 14 千瓦，是當時世界上最大的商業(yè)通信衛(wèi)星，大到必須要由一枚法國阿麗亞娜 5 型火箭才能將它送入軌道。
Thaicom 4 衛(wèi)星的總帶寬高達 45Gbps，可為用戶提供上行鏈接速度 4Mbps，下行速度 2Mbps 的數據服務。
我們國家的第一顆高通量衛(wèi)星，是 2017 年 4 月 12 日發(fā)射的中星 16（一開始叫實踐十三，后來改名中星 16）。這顆衛(wèi)星采用 Ka 頻段多波束寬帶通信系統(tǒng)，總容量達 20Gbps。
2019 年，我們發(fā)射了中星 18 號，不過失敗了。2020 年 7 月 9 日，我們成功發(fā)射了“亞太 6D”，這是中國首顆 Ku 頻段高通量寬帶衛(wèi)星，通信總容量達到 50Gbps，單波束容量可達 1Gbps 以上。
據悉，我國首顆超百 Gbps 容量的高通量衛(wèi)星 —— 中星 26 號，將于 2023 年初發(fā)射。
目前，世界最強的高通量衛(wèi)星，應該是美國 Viasat 公司的 Viasat-3，據說通量達到 Tbps 級別，不過發(fā)射時間好像一直在延期。
█ 低軌通信衛(wèi)星的崛起
除了提升衛(wèi)星通量之外，行業(yè)發(fā)現，隨著衛(wèi)星發(fā)射成本的逐步下降，我們還有另外一種提升衛(wèi)星數據傳輸能力的途徑 —— 那就是向中軌和低軌發(fā)展。
道理很簡單：軌道低了，雖然覆蓋范圍小了，但是我們可以用數量來彌補覆蓋。就像蜂窩小區(qū)一樣，用大量的衛(wèi)星，密集覆蓋。
對于衛(wèi)星互聯網，行業(yè)一般將其發(fā)展分為三個階段。
第一個階段，是 80-90 年代，以銥星為代表。當時，衛(wèi)星通信的自我定位存在問題。他們試圖用衛(wèi)星替代基站，步子邁得太大，很快就紛紛破產失敗了。
2000 年以后，是第二個階段。這次，他們的想法比較務實，就是打算“吃剩飯”。
他們把自己定位為地面通信系統(tǒng)的補充，專門為海上、偏遠地區(qū)等地方的用戶，提供網絡服務。雖然看上去比較邊緣，但實際上蛋糕也很大。
其中最具代表性的企業(yè)，是 O3b。
2007 年，格雷格?懷勒（Greg Wyler）創(chuàng)立了 O3b Networks 衛(wèi)星公司。他們通過與電信運營商合作，為島嶼或船舶提供寬帶衛(wèi)星通信服務。
為了平衡成本和服務體驗，O3b Networks 選擇了中軌道（MEO）來部署衛(wèi)星。他們運營的衛(wèi)星星群在赤道上空，距地球約 8000 公里。這個距離，使得 O3b 的地面站擁有更高的傳輸速率，更低的時延。
2009 年，O3b 獲得了 SES（歐洲衛(wèi)星公司）、谷歌、匯豐銀行的投資。2013 年，O3b 經過多年努力，終于擁有了 12 顆衛(wèi)星，正式啟動服務。很快，他們就實現了盈利目標。后來，2016 年 8 月，SES 整體收購了 O3b。
格雷格?懷勒并沒有停止折騰，早在 2012 年的時候，他就成立了另外一家英國公司，名字叫 WorldVU Satellite。后來，這家公司的名字改成 OneWeb。
除了格雷格?懷勒之外，另一位大佬也看中了互聯互聯網的潛力，決定入局，那就是大家都熟知的當代“鋼鐵俠”—— 埃隆?馬斯克（Elon Musk）。
2014 年初，馬斯克和格雷格?懷勒曾經共同規(guī)劃過 WorldVu 的星座計劃。結果，幾個月后，他就退出了，決定單干。
2015 年，他基于自己的太空探索技術公司 （SpaceX），正式提出了星鏈（Starlink）項目。
星鏈項目最初計劃發(fā)射 4425 顆衛(wèi)星，2018 年 11 月增加 7518 顆，合計 1.2 萬顆。2019 年 10 月，SpaceX 又增加 3 萬顆，總數達 4.2 萬顆。
按照馬斯克的規(guī)劃，這些衛(wèi)星將為全球范圍內的客戶，提供高速寬帶互聯網服務。
星鏈的出現，標志著衛(wèi)星互聯網進入了第三個階段，也就是低軌寬帶衛(wèi)星互聯網時代。
2020 年 3 月 30 日，OneWeb 申請破產保護。而馬斯克的星鏈這邊，目前進展還算順利。截至 2022 年 9 月，SpaceX 已經擁有超過 2300 顆星鏈衛(wèi)星在軌運行，激活用戶超過 50 萬。
OneWeb 之所以玩砸了，是因為無法在資本市場募集到足夠多的錢。而星鏈之所以成功，是因為 SpaceX 擁有可以回收的獵鷹火箭，同時借助一箭多星技術，能夠大幅降低了發(fā)射成本。（OneWeb 不具備衛(wèi)星發(fā)射能力，之前讓某國幫忙發(fā)射，就出現了對方拒絕發(fā)射的問題。馬斯克的個人光環(huán)，也幫助星鏈搞到了更多的錢，可以放心燒。）
除了星鏈和 OneWeb 之外，其實國外還有很多公司在搞低軌星座項目，例如韓國三星的太空互聯網項目，亞馬遜的 Kuiper 項目，Telesat 的 Telesat LEO 項目等。
█ 國內的衛(wèi)星互聯網項目進展
國外低軌衛(wèi)星互聯網項目搞得風生水起，我們自然也不能缺席。
眾所周知，我們國家通信基礎設施非常強大，光纖、移動通信覆蓋廣泛，速率和帶寬全球領先，能夠滿足絕大部分用戶的需求。
但是，我們仍然需要發(fā)展衛(wèi)星通信。因為它非常、非常、非常重要。
首先，我們國家幅員遼闊，很多偏遠地區(qū)還是存在覆蓋盲區(qū)。運營商所說的網絡覆蓋率達到 99%，指的是“人口覆蓋率”。而“國土覆蓋率”，僅有 30% 左右。也就是說，大量的深山、沙漠、戈壁無人區(qū)等地區(qū)，是沒有手機信號的。
對于資源勘探、森林防火、搶險救災、探險旅游、野生動物保護等用途，衛(wèi)星是重要的通信手段，也是救命手段。
這幾年很火的物聯網，也開始有衛(wèi)星方面的需求，主要用于資產管理、地質災害監(jiān)測等。
除了陸地之外，衛(wèi)星通信的兩個重要應用領域，就是船用通信和機載通信（飛機通信）。這些需求數量是極為龐大的，而且，都是高價值客戶，愿意掏錢。
如果沒有自己的衛(wèi)星互聯網，我們不僅要把市場份額拱手讓人，還可能在特殊情況下，受制于人。
2008 年汶川地震，我們使用的就是國外的衛(wèi)星電話。結果，莫名其妙還中斷服務了十多個小時。自那之后，國內就開始發(fā)力搞自己的衛(wèi)星互聯網系統(tǒng)。
除了上述原因之外，我們要搞衛(wèi)星互聯網，尤其是低軌 LEO 衛(wèi)星，還有資源搶占的因素。
根據賽迪顧問研究報告數據，地球近地軌道可容納約 6 萬顆衛(wèi)星。據預測，到 2029 年，地球近地軌道將部署總計 5.7 萬顆低軌衛(wèi)星。所以，再不搶，空間軌道資源就沒了。
除了空間軌道資源，我們還要搶頻段資源。
空間通信頻段這個東西，國際原則是“要打先申請、先申請先用”。低軌衛(wèi)星的主要通信頻段（Ku 和 Ka）逐漸趨于飽和，這也是要趕緊下手的。
接下來，我們看看，國內在低軌衛(wèi)星互聯網方面的進展。
首先看國家隊。
星鏈計劃推出不久后，我們國家的中國航天科技和航天科工集團，就分別提出了“鴻雁工程”和“虹云工程”低軌衛(wèi)星通信星座計劃。
前者計劃發(fā)射 300 顆低軌通信衛(wèi)星，組建國內首套寬窄帶結合的太空通信網。
后者計劃發(fā)射 156 顆衛(wèi)星（距離地面 1000 公里），也建一個星載寬帶全球移動互聯網絡，致力滿足單顆衛(wèi)星 4Gbps 的高速接入需求。
兩大計劃公布后，都已發(fā)射了試驗衛(wèi)星。
后來，情況有了一些變化。
2020 年 4 月 20 日，國家發(fā)改委首次將衛(wèi)星互聯網和 5G、工業(yè)互聯網等一起，列入信息基礎設施，明確了建設衛(wèi)星互聯網的重大戰(zhàn)略意義。
2021 年 4 月 26 日，中國衛(wèi)星網絡集團有限公司（星網集團）在雄安新區(qū)注冊成立。行業(yè)普遍認為，這個新成立的大型央企，將會重新整合資源，致力于建設一個更加龐大的低軌衛(wèi)星移動通信與空間互聯網系統(tǒng)。
國內民營企業(yè)這邊，也有所行動。
2020 年 1 月 16 日 11 時 02 分，民營公司銀河航天成功發(fā)射了首顆低軌寬帶通信衛(wèi)星。執(zhí)行本次發(fā)射任務的火箭，是快舟一號甲運載火箭。
該衛(wèi)星是全球首顆 Q / V 頻段的低軌寬帶衛(wèi)星。衛(wèi)星升空運行后，可提供 10Gbps 帶寬通訊能力，覆蓋 30 萬平方公里，相當于大約 50 個上海市的面積。
除了低軌，我們也沒有放棄高軌和中軌。
前幾篇里提到了中國衛(wèi)通。
2018 年 3 月，工信部向中國衛(wèi)通頒發(fā)了基礎電信業(yè)務經營許可，批準中國衛(wèi)通在全國范圍內經營衛(wèi)星移動通信業(yè)務和衛(wèi)星固定通信業(yè)務。這意味著，中國衛(wèi)通成了“第五大運營商”。
這一變化，和國內外衛(wèi)星互聯網的蓬勃發(fā)展趨勢密不可分。
除了前面提到的高通量衛(wèi)星中星 16 和 26 之外，中國衛(wèi)通在衛(wèi)星互聯網上還有很多積極布局。
海洋互聯網方面，中國衛(wèi)通的“海星通”，已經為 6000 艘中國船舶和海上平臺提供了服務，覆蓋了全球 95% 以上的航線。
航空互聯網方面，中國衛(wèi)通也于 2020 年成立了星航互聯，完成國產 Ka 寬帶飛機商用首飛。
目前，中國衛(wèi)通在沿著國際主要航線，不斷擴大自己的覆蓋范圍。
另外一家在高軌和中軌布局的，是中國電信。
2008 年，中國電信把中國衛(wèi)通給了航天科技集團之后，并沒有放棄對衛(wèi)星通信的追求。2009 年 4 月 21 日，中國電信集團有限公司設立衛(wèi)星通信有限公司。2017 年 12 月 15 日，中國電信股份有限公司設立了衛(wèi)星通信分公司（以下簡稱中國電信衛(wèi)星分公司），專門從事衛(wèi)星通信業(yè)務。
中國電信自己搞的衛(wèi)星通信項目，叫做“天通一號”。
2016 年 8 月 6 日，天通一號 01 星發(fā)射升空，是項目的首星。目前，已經發(fā)射了 3 顆，分別是 01、02、03 星。2018 年 5 月，中國電信的自主衛(wèi)星電話實現商用放號，號段為 1740。
根據規(guī)劃，天通一號覆蓋的范圍包括中國全境及領海、中國周邊區(qū)域、中東、非洲等相關地區(qū)，以及太平洋、印度洋大部分海域。
天通一號的手機大家在網上都能買到，便宜點的也就 5000 塊一個。 在近幾年的重大自然災害中，天通一號均有不錯的表現。
最后一個要介紹的是中信衛(wèi)星。
我在前幾篇就介紹過，中信集團在 1980 年代參與組建了亞洲衛(wèi)星，后來一直是亞洲衛(wèi)星的股東。
為了便于在我國境內合法合規(guī)地開展衛(wèi)星通信業(yè)務，根據有關部門的要求，中信集團把亞洲衛(wèi)星在中國的業(yè)務移交給中信網絡有限公司，并專門組建了中信衛(wèi)星（中信網絡有限公司北京衛(wèi)星通信分公司）。
中信衛(wèi)星的衛(wèi)星數量不多，只有幾顆，但也覆蓋了亞洲、大洋洲、中東、俄羅斯以及非洲東北部地區(qū)，具備較強的衛(wèi)星通信服務能力。
█ 結語
好啦，洋洋灑灑說了那么多，該介紹的都介紹了。
正如本文開頭所說，全社會對衛(wèi)星通信的關注度越來越高，手機廠商也開始打衛(wèi)星通信的主意。也許不久后，我們的手機就能支持直接衛(wèi)星通信，這也不是完全不可能。
未來 6G，對衛(wèi)星通信也有規(guī)劃布局。不過，主要是集中在空天一體化方面，研究如何讓衛(wèi)星和地面通信系統(tǒng)進行協作，并不是讓衛(wèi)星來取代地面基站。相信隨著 5G-Advanced 的推進，后續(xù)會有更多的研究進展公布。
總而言之，衛(wèi)星通信的發(fā)展前景廣闊。衛(wèi)星互聯網只是一個過程。人類的目標，是建設一個空天一體化的立體全維度網絡平臺，讓通信真正實現無處不在。
讓我們期待這一天早日到來。
本文來自微信公眾號：鮮棗課堂 （ID：xzclasscom），作者：小棗君
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