《参军策》卷十五:高通量卫星时代来临,开启卫星通信新纪元-上

高通量卫星,开启卫星通信新纪元

1.1卫星通信作为地面通信的重要补充,应用前景广阔

通信卫星是用于无线电通信中继的人造地球卫星。通信卫星是指在地球轨道上作为无线电通信中继站的人造地球卫星,通过反射或转发无线电信号,实现卫星通信地球站之间或地球站与航天器之间的通信。通信卫星是各类卫星通信系统或卫星广播系统的空间部分,除各国自行经营的通信卫星外,一些国际组织也经营了许多通信卫星,进行商业运行。

全球在轨卫星超过半数为通信卫星。截止2015年,全球共有在轨卫星1381颗,与2011年在轨卫星数量(986颗)相比,5年期间卫星数量增长了39%。全球在轨卫星中,通信卫星数量707颗,占据半壁江山,比例达51%,而其中商业通信卫星占比37%,军民两用通信卫星占比14%。

卫星通信系统由空间段、地面段和用户段组成。

•空间段:指卫星或者卫星星座,用于地面站设备和用户设备之间的数据转发,实现天地通信。

•地面段:指卫星地面关口站、地面卫星控制中心、跟踪、遥测和指令站。关口站是卫星系统与地面公众网的接口,地面用户可通过关口站出入卫星系统形成链路。地面段是卫星网络的管理段,完成卫星网络与地面网络的连通,分配资源并计费。

•用户段:指各种用户终端,包括车载、机载、船载终端,以及手机、电脑等便携移动终端。

卫星通信系统与地面通信网络构成天地互联网络实现全球无缝覆盖。在一般通信方面,以地面骨干通信网络为主,卫星通信为辅,作为地面通信网络的补充和备份,卫星通信主要覆盖地面网络难以覆盖的低密度地区和偏远地区;在一些特殊领域应用卫星通信具有优势,如远洋通信、应急通信、军用通信、防汛救灾、科考勘探等,应用空间巨大。

通信卫星用途广泛,军民融合度高。通信卫星广泛用于军用、商业和科研通信,近五年发射的通信卫星有70%为商业用途,但很多通信卫星同时承担军事任务和满足民用需求,军民融合度很高。通信卫星按用途可分为军用指挥通信卫星、直播卫星、海事通信卫星和跟踪和数据中继卫星等。

1.2高通量卫星大幅提升容量并降低单位带宽成本,成为重要发展趋势

高通量通信卫星(HTS,High Throughput Satellite),也称高吞吐量通信卫星,是相对于使用相同频率资源的传统通信卫星而言的,主要技术特征包括多点波束、频率复用、高波束增益等。

相比于传统通信卫星,高通量卫星在容量及单位带宽成本方面具有优势,带来与地面网络竞争的可能性。高通量卫星建造费用稍高于传统通信卫星,但火箭发射、发射保险的费用与传统卫星持平,我们将ViaSat公司的高通量卫星与普通卫星进行对比,高通量卫星在容量和单位带宽成本等方面具有优势。

• 容量优势:ViaSat-1卫星容量高达140Gbps,相当于63颗传统卫星的容量总和;而ViaSat-2卫星容量则达到了300Gbps。

• 制造成本:ViaSat-1卫星造价4.9亿美元;而容量两倍于ViaSat-1的ViaSat-2造价5.3亿美元,费用稍有增长,其中制造费用3.6亿美元,发射和保险费1.7亿美元。高通量卫星的制造费用高于传统通信卫星,发射与保险费用与传统卫星相当。

• 单位带宽成本优势:卫星容量大幅提升极大地降低了单位带宽成本,即将发射的ViaSat-2卫星单位带宽成本低至175万美元/Gbps,远低于传统通信卫星的单位带宽成本,在高通量卫星中也处于绝对低位。

高通量卫星通过多点波束、频率复用、高波束增益等关键技术提升卫星容量。

•多点波束:使用大量的点波束实现广域范围覆盖,利用天线波束将空间分割出互不重叠的多个逻辑信道,以满足同频、同时向多点通信的目的,代价是增加了卫星通信天线的复杂度和技术难度。

•频率复用:将带宽分为多个子波段,基于多点波束技术,使得大量不相邻的点波束之间可以使用相同频率,显著增加了频率利用率和卫星通信容量。如果要保障波束间无干扰,则需要使用窄波束且波束间隔较远,但实际中为保证覆盖的连续性,波束间会有重叠,故可使用极化复用和地区隔离相结合的方式重复使用频率,来扩展通信容量。

•高增益波束:采用多波束技术和频率复用技术增大通信容量,为了提高频谱资源复用率,希望波束数量尽量多而波束宽度尽量小,因此高增益窄波束成为未来通信卫星的发展趋势,高增益天线技术可以提高卫星G/T值,并简化了地面终端设备,使其小型化。

在应用方面,高通量卫星基本适用于传统通信卫星的各个领域,在宽带接入、卫星中继站、移动通信、广播通信等方面具有更广阔的竞争力和应用前景。

•宽带接入:容量大幅提升极大地降低了使用成本,价格和网速上远优于传统卫星,可与地面宽带竞争。

•卫星中继站:可为没有地面通信网络覆盖的偏远地区、海岛、沙漠、山区提供高速通信服务。

•移动通信:为车辆、轮船、飞机等移动载体提供高速联网服务,极大地改善当前网速慢或者完全无网络的用户体验。

•广播通信:快速传送高清视频,可传输数量更多的4K超高清节目。

1.3高通量卫星多数位于地球同步轨道,轨位稀缺属于战略资源

通信卫星的主要运行轨道大致包括地球同步轨道、中轨道、低轨道。通信卫星根据运行轨道高度的不同大致可分为低轨道(LEO)卫星、中轨道(MEO)卫星和地球同步轨道(GEO)卫星,卫星通过地球同步转移轨道(GTO)进入地球同步轨道。基于不同轨道构建的卫星通信系统,在系统设计复杂度、在轨维护成本、发射成本、卫星寿命、星地通信时延等方面,具有不同特点。

多数高通量卫星选择使用地球同步轨道(GEO)。绝大多数高通量卫星选择地球同步轨道,主要原因有如下几方面:

•覆盖区域的优势:单颗星覆盖区域广,可覆盖地球表面超过40%的区域,有利于为固定区域提供服务。在覆盖区域内,任何地球站之间可以实现24小时不间断通信,服务十分稳定。

•卫星组网的优势:卫星系统构建简单,3颗同步地球卫星就可覆盖除两极外绝大多数区域,系统卫星数少,运营和在轨维护性价比高。

•卫星寿命优势:不受大气阻力影响,寿命在15年以上,摊薄单位带宽成本。

地球同步轨道轨位由国家申请,属于国家层面争夺的战略性稀缺资源。地球同步轨道轨位由国际电信联盟(ITU)管理和分配,遵循“先申报先使用”的原则,由国家向ITU申请。除留给亚太和拉丁美洲地区特定的广播通信轨位外,其他可使用轨位由国家向ITU申请,公示批准后即可使用;若轨位已被使用,则需通过ITU与使用者协商,在保证频率无冲突、通信有保障的条件下共用轨位。

地球同步轨道有效轨位资源紧张。根据学者Lawrence Roberts计算,地球同步轨道可总共容纳卫星1800颗。根据国际电联(ITU)统计,目前在轨运行的同步轨道卫星共计522颗,另有登记在册未发射的卫星超过800颗,考虑很多轨位处在太平洋、大西洋等广域海洋上空,可利用性较小,而人口密集的亚洲、欧美地区可用轨位十分有限。此外,大量的卫星碎片侵占了可用轨位,使得有效轨位资源更加紧张。

中、低轨道高通量卫星另辟蹊径,刚刚起步。目前中轨道的高通量卫星已有成功运营案例,例如O3b;低轨道高通量卫星正在规划中,例如OneWeb。中、低轨道高通量卫星系统方案的优点在于:1)通信时延远小于同步轨道卫星,拓展可新的应用领域;2)大大降低了单颗星的研制及发射成本,降低了参与商业应用的门槛。但综合来看,中、低轨道多星组网的方案在设计难度以及在轨运营管理的复杂程度方面要远高于同步轨道卫星,后期的运营维护的费用也更高,几种方案孰优孰劣目前并无定论。

1.4C/Ku空间频率资源紧张,高通量卫星向Ka高频段发展

高通量卫星一般选用C、Ku和Ka频段。根据国际电联规定,卫星通信一般使用L、S、C、X、Ku和Ka频段。一般来说,频段越低,电波进入雨层中引起的衰减越小,绕射能力越强,对终端天线的方向性要求也低,适合低速率通信和移动通信;而频段越高,情况正好相反,雨衰相对较大,但适合高速数据传输。

C频段和Ku频段资源紧张,通信卫星向高频段发展。一方面,由于C频段和Ku频段带宽有限,且发展较早,当前已接近饱和,若高通量卫星要使用,则需传统的Ku/C卫星退出服务才能腾出频率;另一方面,与地面移动通信系统之间对频谱资源的争夺也越来越激烈。空间频谱资源的紧张,成为制约卫星通信发展的重要因素,日益增长的带宽需求推动卫星通信向更高频段Ka甚至Q/V频段发展。

当前大多数高通量卫星多采用Ka频段。由于Ka频率资源丰富,可用频带宽,因此Ka频段成为当前高通量卫星的首选。Ka频段可用于同步卫星通信的带宽达到3.5GHz,超过了现有的L、S、C、Ku频段的总和。此外,Ka高通量卫星还具有频率高、抗干扰性强、天线灵活易控等优势。

频率资源由各国无线电管理部门向ITU申请使用。与轨位资源相同,频率资源由各国无线电管理部门向ITU申请使用,分配原则同样遵循“先申报先使用”。主管部门必须在卫星网络投入使用前不早于5年,但不晚于2年,向ITU申报并公布拟使用的卫星频率和轨道资源。并且,卫星频率和轨道资源在登记后的7年内,必须发射卫星启用所申报的资源,否则所申报的资源自动失效。

全球高通量卫星进入快速发展期,供需两端齐增长

2.1迎来密集发射期,供需两端进入快速发展阶段

高通量卫星起步较早,发展历经三代。第一颗高通量卫星Thaicom 4于2005年发射,属于泰国Thaicom公司,标志着通信卫星进入高通量时代。经过三代发展,随着多波束覆盖、频率复用等技术使用,各国的高通量卫星向着系统容量更大、用户终端更小、业务速率更大的高通量方向发展。

高通量卫星的建设如火如荼,多数卫星通信运营商已完成布局,16家卫星通信公司高通量卫星投入运营。根据Euroconsult数据,截止2015年,已有16家卫星通信公司的高通量卫星开始运营,有9家将陆续发射其首颗高通量卫星。根据通信卫星运营商的计划,到2017年,将有25家卫星运营商开展高通量卫星通信业务。

O3b、Intelsat、Inmarsat公司高通量卫星通信完成全球布局,其他公司以区域覆盖为主。综合客户资源、投资能力、轨位频段获取等多方面因素,卫星通信运营商大多提供区域覆盖,仅有少数几家能提供全球覆盖,高通量卫星系统更是如此。O3b、Intelsat、Inmarsat公司已率先完成全球覆盖,提供宽带接入、高速移动通信、广播通信等服务,ViaSat公司也将在2019年实现全球覆盖,其他公司则是区域覆盖。

1)数量快速增长

高通量卫星已迎来密集发射期,在轨数量占比将逐步提升。通信卫星是迄今为止发射数量第二、在轨数量第一的航天器。2015年,全年共发射31次,成功将52颗通信卫星送入预定轨道。截止到2015年,全球已有707颗通信卫星在轨运行,其中有48颗左右为高通量卫星。根据NSR数据,自2015年起,高通量卫星进入发射密集期,通信卫星将以发射高通量卫星为主,Ku频段的传统卫星也将不断退役,为Ku高通量卫星提供轨位,高通量卫星数量占比将逐步提升。

2)容量快速增长

高通量卫星年发射容量大幅提升,有望超过600Gbps。2005-2014年,传统通信卫星总发射容量为400Gbps,宽频(Ka频段)高通量卫星总发射容量为950Gbps。根据NSR数据,2016年、2018年宽频高通量卫星发射容量均将超过600Gbps。

高通量卫星容量供应量2023年将达2500Gbps,占通信卫星总容量比例从25%提升到50%。高通量卫星虽然单颗容量大,但由于数量较少,2015年仅占通信卫星总容量25%;根据NSR的预测,随着高通量卫星的密集发射,到2023年,高通量卫星容量总供应量将达到2500Gbps,占总卫星容量比例超过50%。

高通量卫星容量需求2023年将达1310Gbps,年复合增速达31%。2013年,高通量卫星容量使用量仅为109Gbps,全球范围内,尤其是发达国家,对高移动网速、宽带接入的需求量极大,直接刺激高通量卫星加速发射,通信容量快速增长。根据NSR预测,高通量卫星容量需求2023年将达到1310Gbps,年复合增速高达31%,占通信卫星总带宽总需求的比例将从2013年的17%提升到2023年的50%。

高通量卫星容量长期供大于求,带宽使用率有所提升,但仍低于传统通信卫星。容量使用率是衡量通信卫星运营状态的重要参数,使用率越高说明盈利能力越强。高通量卫星容量使用率在2013年仅为18%,根据NSR预测,2023年有望超过50%,但仍不及传统卫星70%以上的使用率。高通量卫星使用率较低的原因主要有二:

•高通量卫星密集发射及运营商间的竞争使得供应端增幅远超需求端;

•宽带接入是高通量卫星最大容量占用业务,与地面网络竞争仍处劣势,导致容量使用量有限,大部分地面通信网无法覆盖区域的市场有待开拓。

3)收入快速增长:

高通量卫星收入年复合增速有望超过30%,占通信卫星总收入比例有望达到50%。虽然高通量卫星由于容量扩张带来了终端使用价格大幅下降,且卫星运营商的增多使得竞争更加激烈,但终端用户强烈的使用需求推动市场快速扩张。根据NSR预测,高通量卫星收入年复合增速将超过30%,高通量卫星收入占通信卫星总收入的比例将由2015年的15%增长到2025年的50%。

高通量卫星收入占比低于带宽占比。根据NSR预测,高通量卫星带宽、收入占比分别将在2023年、2025年突破50%,同时期的收入占比要低于带宽占比。同时期收入占比低于带宽占比,主要原因:一是高通量卫星单位带宽成本较低,产品价格也较低,收入占比会低于带宽占比;二是高通量卫星带宽使用率在2023年以前未超过50%,收入效应未得到充分释放。

2.2发展具有地域性特征,欧美领先,亚太最具潜力

高通量卫星区域发展不均衡,市场重心仍在欧美。由于不同地区的科技、生产力和消费水平参差不齐,高通量卫星建设成本相对较高,而发展中国家的卫星宽带通信消费能力较低,因此高通量卫星系统建设重心仍在欧美地区。高通量卫星覆盖区域主要集中在欧美地区,20家主要卫星运营商中有一半来自欧美地区。

亚太地区是全球第二大市场,高通量卫星容量需求有望10年增长13倍。亚太地区是高通量卫星第二大市场,2014年亚太地区高通量卫星容量需求仅为17Gbps,根据NSR预测,2023年该需求将达到236Gbps,10年间有望增长13倍。

全球各大运营商加入亚太地区市场争夺。亚太地区则是全球第二大高通量卫星市场,目前,亚洲地区高通量卫星运营商主要是iPStar。从2013年开始,O3b 、休斯、国际通信卫星公司、国际移动卫星公司(INMARSAT)等公司也在积极开拓基于高通量卫星的LTE和4G基站中继市场,将目标锁定在亚太地区。

•中国市场:iPStar与中国电信卫星和中国香港协同通信公司建立合作关系,由后者代理销售iPStar在中国市场的11 G b i t / s卫星容量(占卫星总容量的24%),主要业务为基站和IP中继以及企业联网。

•日本市场:iPStar有4家移动运营商客户。

•东南亚市场:2014年,O3b成功发射了8颗中轨道卫星,已与东帝汶、马来西亚、巴基斯坦、索马里、密克罗尼西亚群岛等国家和地区的移动运营商签署了预售合同。

2.3运营服务模式相对成熟,商业化前景广阔

高通量卫星价值链由卫星运营、电信港设施、关口站设施、网络运营、服务提供、最终用户等环节组成。

•卫星运营:指卫星本身,用于天地间数据通信。

•电信港设施:互连卫星、光纤、微波的枢纽,并提供托管功能。

•关口站设施:通信转接站,有足够容量用于分发数据。

•网络运营:卫星地面网络的运作。

•服务提供:直接面向终端客户提供服务。

•最终用户:卫星通信的最终使用者。

根据空间卫星段和地面网络段的设计和运营是否独立,高通量卫星价值链环节的不同组合,形成了封闭式和开放式两类商业运营模式。传统的C/Ku频段卫星的多采用开放式运营模式,空间段运营和地面段运营分开进行。而Ka频段HTS卫星有所不同,由于应用方向更加侧重于宽带接入及高速数据传输,对卫星和地面网络的一体化设计和运营具有更高要求,因此出现了开放式和封闭式两种运营模式。

开放式的模式是独立运营模式,卫星运营商只运营空间段卫星转发器资源,独立运营商要完全建立自己的网络和运营支撑系统。运营商把卫星的物理带宽(MHz)、转发器出售或出租给大的客户,由该客户购买关口站及其他地面设备,完成组网,向其客户提供服务。例如,欧洲的Avanti、SES,亚洲的Ipstar等网络。

封闭式运营模式由一个实体公司来运营卫星、构建关口站、采购地面终端,再直接、或通过一个或多个合作伙伴向最终用户提供服务。例如,北美地区的Hughes、Viasat Exede,欧洲的Tooway以及中东地区的YahClick等网路。封闭式运营模式可细分为垂直一体化模式、批发分销模式和虚拟运营三种。

•垂直一体化模式:运营商拥有完整的业务支撑系统,拥有最终用户,是一种B2C模式。卫星运营商通过运营高通量卫星或租赁高通量卫星容量、管理和运营地面网络/网关基础设施,直接面向终端用户提供卫星服务并收取费用,适合用户规模大、应用环境一致性强的市场。该模式对卫星运营商的能力提出极高要求,必须进行大量投资进行卫星和地面系统的建设和运营,而地面运营基础设施的搭建、服务的定制以及终端用户的市场开拓并不容易,也并非是传统卫星通信运营商的强项。

•批发分销模式:运营商向服务提供商提供服务,服务提供商拥有最终客户,是一种B2B模式。卫星运营商拥有卫星和网络,但不直接面向终端用户,采用批发分销方式,把服务批发给本地分销商,减少了市场推广相关的投资和市场风险。服务提供商负责根据业务需求设计业务支撑系统,确定用户费用标准和服务等级,发展客户,并完成客户管理,包括设备安装服务等工作。服务提供商也可以绑定特定行业或特定客户,提供定制服务。

•虚拟运营:虚拟运营商要在卫星运营商地面网络平台上建设自己的运营支撑系统,以管理自己的业务。虚拟运营商与批发分销商的区别在于拥有自己的运营支撑系统。虚拟运营商比批发分销商更加自主,投入更大;而卫星运营商则无需管理运营系统和开发市场,运营开支大幅减少。

高通量卫星采用开放式还是封闭式运营模式,取决于卫星能力、覆盖区域、地面系统建设等多方面因素,目前多以封闭式居多。高通量卫星运营模式的选择,需要综合考虑卫星容量、覆盖区域、细分市场、运营商对卫星产业链和地面互联网接入商的控制力,以及是否在特定市场具有完善的市场营销渠道、售后服务网络等因素。目前大多数高通量卫星星上馈线链路波束位置固定,故其关口站位置是固定的,客户自建关口站的地理位置相对受限,因此,目前多以封闭式运营模式为主。在实际应用中,封闭式系统中的垂直一体化及批发分销两种模式可以兼容。

北美国家国土广阔,运营商实力雄厚,以垂直一体化模式为主。北美卫星运营相对成熟,Viasat、Hughes等公司整合了一批下游企业,建立了各自销售渠道和网络。由于服务运营商有强大的销售网络,Viasat等公司与DISHNETWORK、NRTC、DirectTV等服务运营商也签订了分销。据统计在系统投入运营的前3个月,37%的客户来自批发分销合作伙伴,而63%来自其自有的销售网络。

欧洲国家国土狭小,欧洲卫星公司采用批发分销模式。欧洲也是卫星运营成熟市场,由于国土面积较小,卫星运营公司通常找大卫星公司批发卫星通信资源,再转售用户;或者向大卫星公司购买/出租频段资源,自行运作地面用户系统及服务。

亚洲市场高通量卫星处于起步阶段,采用批发分销模式。亚太地区市场成熟度远不如欧美地区,高通量卫星业务处于起步阶段,主要由各服务提供商向各大卫星运营公司购买服务,然后销售给终端客户。覆盖区域的优势:单颗星覆盖区域广,可覆盖地球表面超过40%的区域,有利于为固定区域提供服务。在覆盖区域内,任何地球站之间可以实现24小时不间断通信,服务十分稳定。

高通量卫星服务商的收入来源分为容量收入、服务收入和设备收入三大类。

•容量收入:一类是向终端用户出售流量;一类是向服务提供商出售或租赁频段或流量。

•服务收入:向客户提供通信服务及增值服务,以收取服务费。

•设备收入:向终端客户出售卫星电视终端、宽带终端、移动通信终端等。

2.4民用方面:宽带接入、通信中继、移动通信等应用领域前景广阔

高通量卫星的应用领域与传统通信卫星相同,主要分为卫星消费通信、卫星固定通信、卫星移动通信三大领域。高通量卫星可以胜任传统通信卫星的应用领域,并且更具速度和容量优势。

卫星消费通信是卫星通信的主要收入来源,占2015年卫星通信总收入的83%。2015年,全球卫星通信业务总收入1256亿美元,卫星消费通信业务收入1043亿元美元,占比83%,其中卫星电视直播收入占比高达81.5%;卫星固定通信业务收入179亿美元,占比14%;卫星移动业务占比3.4亿美元,占比3%。

高通量卫星行业的收入结构不同于传统通信卫星行业,市场应用更侧重流量数据通信端,宽带接入、移动通信、中继通信有望成为主要应用领域。高通量卫星的特点是高容量降低单位带宽成本,使得数据流量费用降低,更加切合需求不断上涨的数据流量市场。根据NSR的预测,2024年高通量卫星行业收入构成将与当前通信卫星行业的收入构成有很大差别:

•公众宽带:2024年将占高通量卫星行业收入的23.6%,是最大收入来源,而2015年宽带业务收入仅在通信卫星行业占据1.5%。

•移动通信:2024年将占高通量卫星行业收入的22.3%,是第二大收入来源,而2015年移动通信收入仅在通信卫星行业占据2.7%。

•中继通信:2024年将占高通量卫星行业收入的15%,在2015年通信卫星行业中由于体量偏小并没有单独统计,而是并入移动通信的类别。

•企业商用和公务通信:2024年将分别占高通量卫星行业收入的18.6%和17%,虽然该部分份额按用户类型划分,但从应用方式看仍将以宽带接入和移动通信为主。

•广播通信:并非高通量卫星的主要应用领域,虽然2015年作为通信卫星行业最大收入来源,占比高达81.5%,但预计2024年仅占高通量卫星行业收入的3%。

高通量卫星行业的带宽需求和收入结构差异较大,高带宽占用并不代表高收入。根据NSR预测数据,不同应用场景占用的高通量卫星带宽和获得的收入结构差异较大,例如:2024年公众宽带业务将占据78%的高通量卫星带宽,收入仅占23.6%;而带宽占用仅为3.9%的移动通信却贡献了22.3%的收入。收入差异是源于不同应用场景的带宽定价机制不同,高带宽占用并不代表高收入。

1)宽带接入业务:面向解决偏远地区30-40%人口的宽带上网问题

偏远地区网络建设成本较低是高通量卫星相对地面宽带最大优势。根据Avanti公司测算,地面宽带连通最后1%人口的建设费用将是连通前95%人口的40倍,而高通量卫星的网络建设不受地域影响,是相对地面宽带最大的优势。

世界40%的人口居住在相对偏远地区,流量消费仅占总流量的15%,市场潜力巨大。根据Avanti公司提供的数据,目前世界30%的人口居住在1%的陆地面积上,消费了60%的数据流量;有45%的人口居住在地面宽带不易到达的区域,流量消费仅占15%,是最大的潜在市场。

高通量卫星宽带费用虽然稍贵于地面宽带费用,但综合考虑网络建设成本,高通量卫星方案仍具备相当的竞争力。对比高通量卫星服务商Hughes和地面宽带xfinity服务商产品情况,相同价格档位的产品,虽然Hughes在网速和流量上有较大劣势,但仍能提供10Mbps以上的优质网速。如果考虑偏远地区地面宽带高昂的建设费用,高通量卫星宽带方案具有相当竞争力。

高通量卫星宽带用户有望实现快速增长。随着各地区高通量卫星投入运营,高通量卫星宽带用户数有望快速提升,根据NSR预测,到2023年,高通量卫星宽带终端用户数有望达到880万人,约为2014年的3.5倍。

•美国公司:休斯公司和卫讯公司已分别发展了100万和60万以上的宽带用户。

•欧洲公司:欧洲通信卫星公司、SES公司分别拥有10万以上的宽带用户。

市场机会以非城市地区为主,但用户培养需要时间,并且前期定价会处于低位。由于城市地面宽带用户的使用习惯和稳固的市场格局已经形成,预计高通量卫星宽带接入在很长一段时间内很难对城市地面宽带产业形成冲击。短期看,我们认为市场机会将主要集中在非城市区域,但由于经济水平发展的不均衡,非城市区域的购买力往往十分有限,因此,一方面培养用户需要更长的时间,另一方面在推广应用的前期预计高通量卫星宽带产品的定价将会处于低位。

2)通信中继业务:具有覆盖优势和成本优势,面向偏远地区的数据流量需求

卫星中继站直接接受卫星信号,信号强且衰减较少。地面中继站是通过各基站进行层层信号转发,最终将信号送达终端客户,信号在每层转发中均会有衰减,最高可能衰减50%以上,影响了用户体验。而卫星中继站直接接收卫星信号连接核心网络,信号衰减较少,保证了连接质量。

高通量卫星大幅降低卫星中继站费用,仅为地面中继站总费用的47%。中继站费用由建设费用、使用费用和维护费用三部分构成,传统卫星中继站费用仅比地面中继站低10%,成本优势不大;高通量卫星中继站由于无需承担场地租赁、光网核心站的运行费用,使得使用费用降幅高达60%,总费用仅为地面中继站的47%,成本优势十分明显。

卫星中继通信单位带宽收益高。根据NSR预测,2024年高通量卫星中继将会以5.2%的带宽贡献15%的收入,具有较高的单位带宽收益。

4G普及导致移动数据流量暴增,偏远地区的移动数据流量需求有望驱动卫星中继站规模快速增长。进入4G时代后,移动数据流量暴增,发展中地区、偏远地区、海岛、沙漠、山区等区域的数据流量需求将主要通过卫星中继基站满足。2014年,全球卫星中继站仅20个,根据NSR预测,到2023年,卫星中继站将达6000个。

3)移动通信业务——“动中通”,船载、机载、车载移动通信的最佳解决方案。

全球海洋产业规模巨大,但海洋通信能力发展严重滞后。海洋产业非常庞大,相关产业总价值24.2万亿美元,总产值2.5万亿美元,相当于全球第六大经济体,全球85%的贸易是通过海运完成。然而,弱小的海洋通信能力与密集的远洋航线完全不匹配。根据Euroconsult数据,截止到2016年,全球海洋卫星通信总带宽仅有66Gbps,低于700个深圳家庭的宽带总和。目前,海洋船舶及钻井平台共计70万条,每条船的平均带宽不足100K,相当于陆地上使用固定电话拨号上网的水平。

远洋船舶通信需求迫切,卫星通信是唯一解决方案。海洋通信需求十分强烈,在抵御灾害、船舶防卫、人员通信、海洋监管等方面有广阔应用。但由于海上无法建立通信基站,卫星通信是实现海洋通信的唯一方式。

海洋通信需求提升驱动高通量卫星的船载应用快速发展。由于高通量卫星相比于传统的通信卫星具有更大的容量、和更低的带宽成本,为提升海洋通信能力的提升带来了经济有效的解决方案。2014年,配备高通量卫星终端的远洋船舶仅6艘,;根据NSR预测,配备高通量卫星终端的远洋船舶数量有望从2014年的6艘,快速增长到到2023年的22000艘。根据Akamai《2016年第四季度互联网发展状况报告》,2016年全球平均带宽为7Mbps。假设到2023年,远洋船舶平均带宽能达到7Mbps,则总带宽需求将有望超过150Gbps。

机载通信方面,后舱通信是高通量卫星应用的主要需求来源。机载通信分为前舱通信和后舱通信,前舱通信是安全业务通信,手段十分成熟;后舱通信是指航空客舱通信娱乐,用于乘客介入互联网或与地面人员语音通信。随着智能手机、平板电脑等移动电子设备的普及,后舱通信需求呈显著增长态势。

高通量卫星具备覆盖优势和成本优势,有望成为机载后舱通信的发展方向。机载后舱通信有地面基站(ATG)和卫星通信两大途径,目前全球提供机载后舱通信服务的航班有一半左右是通过地面基站提供服务。相比于传统卫星通信以及地面基站通信方式,高通量卫星通信具有大容量、低带宽成本、无地面建设费用、覆盖区域广的优势,未来有望成为机载后舱通信领域的重要发展方向。

机载后舱通信市场2025年收入有望达到46.5亿美元,其中高通量卫星收入占比有望从2015年的3%提升到2025年的45%。面对密集的航线,各大卫星运营商纷纷发射高通量卫星并进军机载后舱通信市场。根据NSR预测,到2025年,机载后舱通信收入将由2015年的16亿美元增长至46.5亿美元;同时,高通量卫星收入占比也将由3%提升至45%。

北美是机载后舱通信最大市场,亚欧市场快速成长。北美地区长期保持最大机载后舱通信市场地位,并有望将在未来继续保持。根据NSR预测,亚太地区和欧洲地区2025年提供机载后舱通信的航班有望分别达到6256、5465架次,是全球的第二和第三大市场,机载后舱通信需求十分迫切。

2.5军用方面:战术通信使用专用卫星星座,战时可租用商业卫星提升能力

现代战争对卫星通信带宽需求日益剧增。军用通信卫星是现代战争的生命线,战场上70%以上的通信是靠军用通信卫星完成。美军在海湾战争时带宽需求仅100Mbps,在伊拉克战争时的带宽需求达到4Gbps,是海湾战争时的近40倍。美国国防部2010年估测,发动一场立体化联合作战需要至少16Gbps的带宽,随着照片和视频精度的不断提升,数据包增大,这个需求量仍在快速提升。

高通量卫星在军事领域作用日益突显,实现高速数据传输,提高战场信息和数据传输的时效性。美军完成从发现目标到定位、瞄准、攻击、评估战果这五大步骤,海湾战争需要100分钟,科索沃战争为40分钟,阿富汗战争为20分钟,伊拉克只需10分钟。战场信息和数据传输的时效性是决定战争胜负的关键因素,通信卫星带宽提升是美军作战效率大幅提高的保障。高通量卫星的高容量、高速在传递大量作战数据时优势十分明显。

高通量卫星在军事应用领域具有效果好、安全性高、使用成本低三大优势。与传统军事通信卫星相比,高通量卫星在军事领域应用有先天性优势。

无人机卫星通信带宽占用量大,是高通量卫星军用的重要推力。无人机承担侦察和武装打击任务,需要把实时的高分辨红外影像、雷达探测信息回传到指挥中心,数据传输量大,传输速度要求高,传输延时必须要小,大航程无人机要求更高,故利用高通量卫星进行无人机通信是最佳解决方案。根据美国国防部计划,到2022年,美军将装备大航程无人机650架;世界范围内,大规模装备无人机也是军队发展趋势。无人机的大量装备,对卫星带宽提出了较高要求,加速了高通量卫星在军用通信的应用。

欧美拥有专用的军用高通量卫星星座,处于全球领先地位。目前,仅美国独立拥有军用高通量卫星星座WGS(Wideband Global SATCOM system),该星座由10颗卫星组成,于2007年开始组建,用以替换上一代DSCS通信卫星星座。在欧洲,法国、意大利联合研发了一颗军用高通量卫星Athena-Fidus卫星,用于补充窄带卫星Syracuse 3的通信功能,覆盖整个欧洲大陆。

军用通信卫星带宽长期不足,租用商业通信卫星是常态,战时租借量大。各国军用通信卫星的带宽增速远低于需求增速,军用通信卫星带宽长期处于不足的状态。由于各大卫星运营商已建立多个高通量卫星系统,包括美国在内的西方军事强国均向运营商租用高通量卫星用以军事用途,在战争时期租用量更是巨大。伊拉克战争时期,美军动用卫星超过160颗,其中一半以上是商业卫星。根据Euroconsult统计,军方商业卫星带宽租用量在2011年达到峰值12.5GHz,在2011年底美军从伊拉克撤军后租用量开始下降,到2016年下降近20%。O3b、Inmarsat、Intelsat等大型卫星运营商均向军方提供高通量卫星服务。