作者：郭正標----- 轉(zhuǎn)自衛(wèi)星與網(wǎng)絡雜志

首先，讓我們暢想一下未來的生活方式

? ? ? ?2025年的某個夏日清晨，馬克先生醒來，摘下耳機，手指在混合現(xiàn)實眼鏡上切換了一個頻道——昨晚陪伴他入睡的，是某個戶外愛好者在南極洲架設的12K全景攝像頭直播的極地雪景，和海冰的絲絲聲。起床后，馬克先生享用了妻子給他準備的早餐——馬克太太遠在國際空間站，剛剛結(jié)束工作的她，通過手機能夠遠程控制地球上家中的一系列智能機器。

? ? ? ? 馬克先生用手指切換著頻道，實時了解私人金融業(yè)務的狀況——他通過衛(wèi)星星座在蘇黎世做金融高頻交易，原本這項業(yè)務的數(shù)據(jù)傳輸需要繞經(jīng)多個國際網(wǎng)關(guān)，現(xiàn)在利用星座間激光傳輸即可完成。其中購買的一家來自中國的一帶一路空間信息服務企業(yè)，收益頗豐。

? ? ? ? 早餐后，馬克先生收拾行李出門，今天他要去國外出差。趕赴機場的路上，為了避免交通擁堵，他的智能汽車已經(jīng)和路網(wǎng)對接，并與幾輛同行的汽車互聯(lián)。幾輛車通過一段郊區(qū)，卻仍然可以跟來往車輛互聯(lián)進行變道、超車，絲毫沒有遲滯感。

? ? ? ?登機后，馬克先生戴起混合現(xiàn)實眼鏡，閱讀最新的新聞資訊。偶爾他也會購買茶水和點心，熱情的空中乘務員并不直接收取現(xiàn)金，因為她已經(jīng)收到銀行發(fā)來的付款信息。馬克先生今天要會見的客戶是做全球航運的，據(jù)介紹今年財報特別理想，因為通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)調(diào)配船舶資源，實現(xiàn)經(jīng)濟巡航，節(jié)省了大量燃料，從而節(jié)約了大筆開支。

? ? ? ?飛行途中，馬克先生接到老友電話，邀請他到自己在遠東地區(qū)投資的農(nóng)場考察。老友開玩笑道：“在這種寒冷荒蕪的地區(qū)，我?guī)缀醪还蛡蚬と耍怯山尤胄l(wèi)星網(wǎng)絡的智能設備來照顧農(nóng)作物，澆水、施肥一應俱全?！?/p>

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡不是地面網(wǎng)絡的替代

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? ? ? ? 天基互聯(lián)網(wǎng)并不是一個最新才出現(xiàn)的熱詞，諸多基于各種模式的天星地網(wǎng)、天基網(wǎng)絡或者獨立的天網(wǎng)與地網(wǎng)方案，很早之前就都被提了出來。SpaceX、Facebook、Oneweb、Iridium等公司近年來都推出了各自的天網(wǎng)方案，例如，Oneweb正在通過幾百顆低軌衛(wèi)星形成組網(wǎng)覆蓋，F(xiàn)acebook的無人機互聯(lián)網(wǎng)以及今年9月發(fā)生爆炸的Amos-6通信衛(wèi)星等等。而太空夢想家馬斯克最近推出的星座計劃更是高達4225顆。

? ? ? ? 在國內(nèi)，12月7號國務院通過了《十三五國家信息化規(guī)劃》，李克強總理在匯報中提出，實施寬帶鄉(xiāng)村和中西部地區(qū)中心城市基礎(chǔ)網(wǎng)絡完善工程，采用蜂窩、光纖、低軌星座等多種方式，加快實現(xiàn)農(nóng)村及偏遠地區(qū)4G網(wǎng)絡覆蓋。信威、歐比特、光啟等企業(yè)無不把視角瞄準覆蓋全球的“空天信息網(wǎng)絡”戰(zhàn)略布局；同時，航天科技集團成立了商業(yè)化的長征火箭公司，東方紅公布鴻雁星座計劃，航天科工提出福星計劃等等，謀求轉(zhuǎn)型的國企也在緊鑼密鼓地布局之中；一大批初創(chuàng)的商業(yè)航天公司更是發(fā)揚了靈活的優(yōu)勢，一路攻城拔寨。

? ? ? 低軌衛(wèi)星星座雖有不少運營成功的案例，而血淋淋的案例也非常普遍。銥星計劃原本是一項非常具有前景和優(yōu)勢的項目，借助低軌通信，采用多星組網(wǎng)的方式，提供原本高軌衛(wèi)星所不具備的通信能力。但是銥星的領(lǐng)導層似乎遺忘了一點，那就是現(xiàn)代通信技術(shù)的高速發(fā)展，等到銥星產(chǎn)品成熟了，地面現(xiàn)代通信網(wǎng)早已日新月異，這直接導致了銥星的破產(chǎn)。

? ? ? ?其實衛(wèi)星通信終究只是一個位于天空的基站而已，企圖完全依賴衛(wèi)星星座網(wǎng)絡取代地面網(wǎng)絡的想法，是不可取的。衛(wèi)星通信真正適合的，還是那些地面網(wǎng)絡覆蓋不到、或者建設成本高昂的地區(qū)。

? ? ? ? 從高容量上來看，衛(wèi)星網(wǎng)絡無法承載難以想象的用戶接入——即使激光通信組網(wǎng)，最多也只能扛住十幾G帶寬，難以與地面網(wǎng)絡同時接入數(shù)億人口的吞吐能力相抗衡。

? ? ? ?并且在地面網(wǎng)絡覆蓋非常好的今天，衛(wèi)星通信競爭力弱，需求被極大壓縮。一方面是因為高昂的發(fā)射、制造及運營成本，衛(wèi)星通信的終端價格和使用費用都會將普通老百姓拒之門外。另一方面，則是復雜的使用環(huán)境并不利于在普通的消費者市場推廣——互聯(lián)網(wǎng)用戶是一類對用戶體驗要求非常高的群體，而且他們的基數(shù)非常龐大，據(jù)統(tǒng)計截止2016年，全球約有30億互聯(lián)網(wǎng)用戶，其中絕大多少都是普通消費者。如果這些消費者，使用傳統(tǒng)的手機終端、按照傳統(tǒng)繳納手機話費的方式就能享有衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務，那么衛(wèi)星應用行業(yè)才有可能打開巨大的通信市場。

? ? ? ?如今，我國也開始發(fā)展自己的通信衛(wèi)星系統(tǒng)，既有大S衛(wèi)星“天通一號”，也有即將發(fā)射的Ka衛(wèi)星“中星16號”。此類消費市場國外很早就開始布局，例如高軌的海事衛(wèi)星?，F(xiàn)在我們參與進來，無非是想通過降低資費標準，降低終端成本打動那一部分余量市場。本來就是市場有限的行業(yè)，是否真的能產(chǎn)生大量的消費需求？值得思考，有待觀察的。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?衛(wèi)星通信的突破點

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ——基于5G標準的毫米波低軌星座

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? ? ? ?2015年可以說是5G元年，各種概念開始浮出水面。5G，即第五代通信技術(shù)。3GPP定義了5G的三大場景，分別是：增強型移動寬帶，能夠在人口密集區(qū)為用戶提供1Gbps用戶體驗速率和10Gbps峰值速率，在流量熱點區(qū)域，可實現(xiàn)每平方公里數(shù)十Tbps的流量密度；海量物聯(lián)網(wǎng)通信，不僅能夠?qū)⑨t(yī)療儀器、家用電器和手持通訊終端等全部連接起來，還能面向智慧城市、環(huán)境監(jiān)測、智能農(nóng)業(yè)、森林防火等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標的應用場景，并提供具備超千億網(wǎng)絡連接的支持能力；低時延、高可靠通信，主要面向智能無人駕駛、工業(yè)自動化等需要低時延、高可靠性連接的業(yè)務，能夠為用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業(yè)務可靠性保證。

? ? ? ?如果我們換個角度從通信技術(shù)發(fā)展史方向去思考，1G時代我們解決的是信息傳遞的有無；2G時代我們解決了模擬轉(zhuǎn)數(shù)字，信息傳遞終于有了標準的語言；3G時代我們解決的是信息傳遞的種類，從此語音、文字、視頻等多媒體信息的傳輸都成為可能；4G時代我們解決了信息傳遞的速率問題，高清語音、視頻直播都成為現(xiàn)實。那么下一代5G時代，通信史當中哪幾個環(huán)節(jié)還沒有被克服呢？那就是信息傳遞的廣度和豐度，在繼承和發(fā)揚4G時代高速率的同時，也只有在這兩個點上取得突破的通信標準，才能稱得上是新一代通信技術(shù)。

? ? ? 那么我們?nèi)绾巫屪詣玉{駛的汽車在世界任意一個地點行駛？我們?nèi)绾巫専o數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)終端隨時隨地接入？我們?nèi)绾巫屖澜绺鞯氐娜藗兡軌螂S時隨地地溝通？為了實現(xiàn)信息傳遞的廣度和豐度，我們巧妙的利用相控陣、多天線技術(shù)，找到了毫米波新的頻譜，推出來高效的3D-MIMO，多址接入的辦法。那么思考一下我們除了在地面設置更多的微基站之外，是否可以將其搬到太空當中，如此覆蓋下來，對其影響的范圍、可連接的豐富度而言是不可估量的。

? ? ? 所以我們提出，基于5G標準的毫米波低地球軌道互聯(lián)網(wǎng)星座，與NB-ioT(窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng))的結(jié)合，堪稱對5G的低時延、高可靠和低功耗大連接的完美詮釋。

? ? ? ?NB-iot可以解決5G通信中的豐度需求，讓無數(shù)的智能終端連接起來；如果有了衛(wèi)星星座在廣度上的支持，那么很多應用場景都可以實現(xiàn)。低軌星座位于近地軌道，距離地面僅幾百公里，延遲完全滿足設備需求?；?G標準的毫米波低軌星座與NB-ioT，一個用于廣域間的網(wǎng)絡連接，一個實現(xiàn)用戶本地間的低功耗的設備連接，可謂優(yōu)勢互補。

? ? ?可行性分析

? ? ?標準先行

? ? ? 世界各國紛紛開始布局5G通信，就在7月，美國成為全球第一個正式分配5G頻譜的國家。美國聯(lián)邦通訊委員會(FCC)有代表稱，新規(guī)將充分考慮新的無線服務、衛(wèi)星信號和聯(lián)邦政府的使用狀況，在新型無線服務、當前和未來的衛(wèi)星業(yè)務、聯(lián)邦應用之間進行頻譜需求平衡。2016年9月，歐盟委員會公布了“5G for Europe”，宣布在年底前制定完整的5G部署路線圖，并且在2018年開始預商用5G，且要求成員國在2020年之前均要選取城市提供5G服務。而且，歐盟也明確在2016年底前提供多個頻段頻譜供測試用，且2017年前確定6GHz、毫米波等頻譜資源供5G使用。2016年11月，中國華為公司主推的Polar Code（極化碼）方案，擊敗美國主推的LDPC和法國主推的Turbo2.0成為5G控制信道eMBB場景編碼方案。中國移動牽頭的5G系統(tǒng)系統(tǒng)設計也正式啟動標準化，該項目將在2017年底制定《5G系統(tǒng)總體架構(gòu)及功能》及《5G系統(tǒng)基本流程》兩個基礎(chǔ)性標準。這一系列舉措，都為實施基于5G標準天地共享頻譜的低地球軌道互聯(lián)網(wǎng)通信衛(wèi)星星座奠定了理論及標準基礎(chǔ)。

? ? ? ?技術(shù)基礎(chǔ)已具備

? ? ? 如果我們從技術(shù)層面上研究一下，基于5G標準的毫米波低軌互聯(lián)網(wǎng)星座，是否可能在未來5年內(nèi)伴隨5G通信一起成熟起來。答案是明確的，國內(nèi)在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)儲備已經(jīng)很豐厚。毫米波新頻譜代表著高速率，大容量，低地球軌道代表著低功耗，低時延，互聯(lián)網(wǎng)星座則代表了IP協(xié)議和大連接，而這些都是對5G通信標準的定義內(nèi)容。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?發(fā)射支持

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? ? ? 首先我們看一看火箭運載能力，想要脫離地心引力，把批量的幾百公斤的衛(wèi)星送到低地球軌道，沒有強大的火箭支持是不夠的。在我國老一輩航天人和新一代航天人的努力下，搭建起了完整的、獨立自主的航天體系，既具備了完整的火箭制造工業(yè)又擁有完善的衛(wèi)星制造體系。在發(fā)射市場高度成熟、商業(yè)航天興起的今天，我國的火箭發(fā)射的常態(tài)化和經(jīng)濟性，尤其是長征五號、長征七號這系列大推力經(jīng)濟適用性火箭的成功研發(fā)表明，中國火箭足以支持發(fā)射大規(guī)模星座、進行全球組網(wǎng)。

? ? ? ? 衛(wèi)星發(fā)射成本在不斷下降。最近即將發(fā)射的下一代銥星，搭載SpaceX獵鷹9火箭，可實現(xiàn)一箭10星發(fā)射。并且在成熟的商業(yè)發(fā)射環(huán)境下，應用和保險服務都日趨完善，以往高不可攀的衛(wèi)星發(fā)射成本被極大的壓縮了。據(jù)統(tǒng)計顯示，銥星單顆發(fā)射成本在680萬美金左右，整個星座總發(fā)射費用才幾億美金而已，僅僅是我國建設一個摩天大樓的成本。而一箭多星技術(shù)我國早已掌握，2015年發(fā)射的長征6號火箭取得一箭20星的成就，刷新了當時的行業(yè)記錄。就發(fā)射成本而言，眾所周知我國的火箭發(fā)射報價是全世界絕無僅有的，就連SpaceX也很難與我們競爭。更難能可貴的是，在保證如此低廉的發(fā)射報價的同時還能保持非常高的成功率。除了國家隊，我們還很欣喜地發(fā)現(xiàn)，一批民營的初創(chuàng)企業(yè)正在私人火箭領(lǐng)域積極探索，他們將火箭制造與互聯(lián)網(wǎng)思維相結(jié)合，也許還能進一步降低發(fā)射成本，這種類型的小型火箭是對國家隊打火箭的合理補充。

? ? ? 就在不久前的11月11日，主席、總理簽署了第672號令，公布修訂后的《無線電管理條例》，確立頻譜資源分配“雙軌”制。新《條例》規(guī)定，無線電頻率資源的分配可以采用行政和市場兩種方式進行，確立了指配、招標、拍賣并存的資源分配制度。其中對于地面公眾移動通信使用頻率等商用無線電頻率，可以采取招標、拍賣的方式實施許可，充分發(fā)揮市場在資源配置中的作用。無線電管理條例的修改讓民營企業(yè)可以通過市場化手段參與到5G低軌星座頻率的競爭，同時國家層面也將協(xié)助積極進行未來頻率規(guī)劃，盡快讓毫米波的頻率納入到3GPP有關(guān)發(fā)展第五代通信的進程中來。

頻率資源

新技術(shù)發(fā)展解決應用的最后難關(guān)

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終端體積

? ? ? 想讓普通消費者接受和使用，那么移動終端的尺寸和成本就不能太高。讓航運企業(yè)為一艘船安裝體積較大的接收天線是可行的；如果要求消費者使用比現(xiàn)代智能手機還難看的設備作為日常聯(lián)系的通信工具，則幾乎是死路一條。然而目前，連SpaceX和Oneweb也沒有能夠很好地解決這個問題，Oneweb的終端仍然和銥星終端一樣累贅。

? ? ?波束控制，數(shù)字多天線電子相控陣技術(shù)的應用是解決這一問題的關(guān)鍵。那么電子相控陣技術(shù)最新的發(fā)展趨勢是什么？是否可以實現(xiàn)平價并能夠安裝到高顏值的智能設備中？答案是肯定的，那就是發(fā)展基于硅半導體基的電子相控陣天線。此技術(shù)可使幾公分大小的晶圓當中擁有大量的發(fā)射接收陣列，而晶圓陣列通過大批量生產(chǎn)到足以安裝智能設備當中，使其可以直接與太空中的衛(wèi)星進行信號傳輸。

? ? ? ?如此，天地之間不再有頻率之爭，共享并利用相同的頻率，在不同的環(huán)境下實現(xiàn)終端信號的無縫切換。城市里信號好，就用地面基站信號，飛機上、海船上、偏遠地區(qū)則可直接接入低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡。

? ? ? ?衛(wèi)星制造技術(shù)實現(xiàn)突破指日可待

? ? ? ?要在600公里的軌道向地面?zhèn)鬏斝盘?，確保低時延和低功耗以及大面積精確化地覆蓋用戶，我國的衛(wèi)星制造技術(shù)能否實現(xiàn)？

? ? ? 我們有理由相信，只要有足夠的動機，突破這個技術(shù)障礙不成問題。

? ? ? ?在衛(wèi)星制造大軍中,作為國家隊的航天科技五院、上海八院、航天東方紅、海特衛(wèi)星等企業(yè)已經(jīng)具備了抓總的能力；大量的高校、科研院所也能夠提供最新的技術(shù)支持并源源不斷的輸出人才資源；而近年興起的衛(wèi)星創(chuàng)業(yè)公司更是促進了這一進程，他們帶來了互聯(lián)網(wǎng)運作思路，使得衛(wèi)星制造產(chǎn)業(yè)生機盎然。依托國家隊長久積累的衛(wèi)星制造技術(shù)，融合民營企業(yè)在傳統(tǒng)消費電子行業(yè)積累的領(lǐng)先微電子設計制造能力，要實現(xiàn)低軌衛(wèi)星需要的參數(shù)還是有相當?shù)陌盐盏摹?/p>

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?5G時代通信網(wǎng)絡的融合

? ? ? 要時刻明白一點，地面網(wǎng)絡將始終是5G通信的主體，沒有它的5G時代是不完整的，而衛(wèi)星通信只是對地面網(wǎng)絡的有效補充。如銥星星座那樣，企圖用低軌星座完全取代地面基站，是不現(xiàn)實的。

? ? ? 我們猜想，未來5G通信衛(wèi)星與地面通信網(wǎng)絡之間，存在一個競爭、互補以及融合的過程。我國5G時代的通信網(wǎng)絡運營，既需要利用到移動、聯(lián)通、電信的地面基礎(chǔ)設施，也需要中國衛(wèi)通、鑫諾衛(wèi)星、亞太衛(wèi)星這樣的衛(wèi)星運營商來配合。也許，國家將設立專門的天地一體化通信運營商，或者將其融合到傳統(tǒng)運營商服務體系中。用戶在各種網(wǎng)絡中選擇使用，在街道的營業(yè)廳就可以辦理。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?愿景

? ? ? 我們呼吁國家盡早開放這一領(lǐng)域，讓更多的民營資本能參與進來，推動和促進這個產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。在此過程中，既要處理好各國政府間的關(guān)系，同行業(yè)企業(yè)間的關(guān)系，也要處理好新通信體系和舊有體系的相互關(guān)系。

? ? ? 如果就建設成本和市場價值而言，發(fā)展星座項目是否擁有很高的效費比，是否能帶動國家經(jīng)濟發(fā)展，提高創(chuàng)新能力，改善人民生活水平呢？

? ? ? 據(jù)測算：2014年全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)規(guī)模為2030億美元，其中衛(wèi)星通信服務業(yè)規(guī)模為1229億美元。全球在軌衛(wèi)星中，通信衛(wèi)星占據(jù)半壁江山，比例達 51%，而其中商業(yè)通信衛(wèi)星占比 37%。衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)是航天產(chǎn)業(yè)當中絕對是一枝獨秀，其服務用戶數(shù)量，帶來的市場價值更是其他衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)所難以超越的。而在今天，如果衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)得以發(fā)展，其面對的市場機遇是驚人的，以航空領(lǐng)域應用為例，每年有多少乘客期待能在飛機這個信息孤島上上網(wǎng)？僅機艙互聯(lián)網(wǎng)一項，就是至少千億級別的市場。

? ? ? ?此外，衛(wèi)星星座的制造發(fā)射和市場運營，將帶動一大批研發(fā)及配套企業(yè)，為通信行業(yè)，半導體行業(yè)，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)提供大量的工作崗位和技術(shù)儲備，可以顯著的提高產(chǎn)業(yè)核心競爭力。

? ? ? 據(jù)估算，發(fā)展一套擁有80顆左右衛(wèi)星的星座，采用我國自主的火箭，衛(wèi)星部件國內(nèi)自主設計制造，總建設造價可以控制在50億人民幣以內(nèi)。而一旦建成，它可以無縫的同運營商網(wǎng)絡融合起來，每年可以產(chǎn)生上百億的價值，性價比極高。

? ? ? ?發(fā)展基于5G標準低軌互聯(lián)網(wǎng)星座，是踐行國家一帶一路戰(zhàn)略的有力嘗試?！耙粠б宦贰狈秶鷥?nèi)，尚有哈薩克斯坦、巴基斯坦、蒙古等經(jīng)濟較落后國家，他們?nèi)狈W(wǎng)絡基礎(chǔ)設施，一旦低軌通信星座成型，很有可能會讓這些國家跳過4G，一躍進入5G時代；而南中國海、馬六甲海峽、印度洋，都是貨船往來通商的要地，對移動通信的需求之大不難想象；印度尼西亞這樣的多島國家，無法鋪設光纜網(wǎng)絡，他們對衛(wèi)星通信的需求則更為迫切。建設5G標準的低軌互聯(lián)網(wǎng)星座，同時使我國大量智能電子產(chǎn)品能夠伴隨輸出，實現(xiàn)行業(yè)利潤增長；同時也促進了當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展，加強了國際間的交流與合作，實現(xiàn)共同繁榮。

? ? ? ?在世界科技快速進步的今天，機遇轉(zhuǎn)瞬即逝，我們認為，我國發(fā)展基于5G標準的天地一體化互聯(lián)網(wǎng)絡的戰(zhàn)略性機遇已經(jīng)到來，抓住此輪機遇，我國完全可以實現(xiàn)偉大超越，掌握行業(yè)國際話語權(quán)，并有力帶動行業(yè)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)中國民族的偉大復興。