淺談5G與低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)時代的同步衛(wèi)星通信運營
——以老撾一號衛(wèi)星為例

文 | 趙歡 司華奇 鄭志興 李宗元

1.重慶兩江衛(wèi)星移動通信有限公司成都分公司 2. 老撾亞太衛(wèi)星有限公司

一、前言

同步衛(wèi)星通信的應用最早可追溯至20世紀60年代，在中低軌衛(wèi)星通信方式出現(xiàn)以前一直占據(jù)著衛(wèi)星通信市場的絕對主導地位，根據(jù)相關(guān)行業(yè)研究報告，其占比一度曾超過90%。但近年來，伴隨著5G網(wǎng)絡建設的推進與國內(nèi)外若干低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設計劃的提出，同步衛(wèi)星通信業(yè)務的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出明顯放緩的趨勢（無論根據(jù)業(yè)內(nèi)統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果或行業(yè)用戶的直觀反饋都可看出）。但另一方面，同步衛(wèi)星自身仍有其不可替代的地位與價值。對于同步衛(wèi)星運營商而言，如何在新時代的通信行業(yè)發(fā)展中找準自身市場與業(yè)務定位，在同步衛(wèi)星的壽命周期內(nèi)實現(xiàn)回收建設成本與盈利的目標，不僅是商業(yè)化運營需要解決的當務之急，對未來的全球互聯(lián)網(wǎng)建設也可提供非常有益的參考。

本文以近年來老撾一號通信衛(wèi)星（軌位128.5° E）的運營實踐為例，探討了同步衛(wèi)星在5G與低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)時代的運營定位問題。老撾一號衛(wèi)星于2015年底發(fā)射升空，搭載擴展C/Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器載荷，是非常典型的傳統(tǒng)同步衛(wèi)星。本文將從技術(shù)、應用與市場等多個方面對相關(guān)經(jīng)驗進行探討，并為其他衛(wèi)星運營商提供參考。

二、同步衛(wèi)星通信與低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、5G網(wǎng)絡的簡要對比

近年來已有較多關(guān)于5G或低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的研究文獻及行業(yè)分析報告發(fā)布，大多集中在探討新一代通信網(wǎng)絡的技術(shù)與應用優(yōu)勢。但根據(jù)衛(wèi)星通信運營實踐中得出的經(jīng)驗，同步衛(wèi)星通信的若干優(yōu)勢在特定領(lǐng)域內(nèi)仍然相當明顯，遠未到可被替代的地步，可從多個不同維度體現(xiàn)。

1. 技術(shù)層面

（1）對比要素

從電信運營商的角度，對通信網(wǎng)絡技術(shù)層面的評價通常聚焦兩個方面，即用戶體驗的提升（包括網(wǎng)絡帶寬、時延、在網(wǎng)用戶數(shù)等指標）及運營商網(wǎng)絡建設過程面臨的技術(shù)問題。

（2）同步衛(wèi)星通信與地面5G網(wǎng)絡

國際電信聯(lián)盟（ITU）提出的5G網(wǎng)絡三大應用場景包括增強移動寬帶、超低時延高可靠通信與海量機器類通信，用戶體驗非常出色，尤其相較于轉(zhuǎn)發(fā)器容量固定、通信時延高達數(shù)百毫秒且無法通過技術(shù)手段改進的同步衛(wèi)星而言，優(yōu)勢非常明顯。但另一方面，相關(guān)研究也早已提到了5G網(wǎng)絡建設面臨的挑戰(zhàn)。由于5G基站的覆蓋范圍僅有4G的1/10左右，即意味著需要10倍數(shù)量的5G基站才能完成與目前4G相當?shù)挠行Ц采w率，對于在4G時代便難以完成大規(guī)模網(wǎng)絡建設的眾多第三世界國家，繼續(xù)緊跟這一技術(shù)發(fā)展趨勢的難度可想而知。此外，地面網(wǎng)絡建設受制于地理條件及自然災害抵抗性差的缺點在5G網(wǎng)絡建設中也更加突出。在這一情況下，同步衛(wèi)星所提供的大范圍通信網(wǎng)絡覆蓋仍是必不可少的電信基礎(chǔ)服務。

同時，在實際的電信運營中，5G的三大應用場景往往也并非100%的硬性需求。除少數(shù)的業(yè)務類型（如網(wǎng)絡游戲、遠程實時控制等）外，用戶在多數(shù)情況下對于網(wǎng)絡帶寬與時延并不特別敏感，尤其是在用戶數(shù)量少、分布稀疏時更加明顯，同步衛(wèi)星的技術(shù)指標可滿足常規(guī)應用的需求；而針對需要海量終端接入的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，近年來同步衛(wèi)星也已有相關(guān)業(yè)務推出（例如我國天通一號衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務）。

（3）同步衛(wèi)星通信與低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)

低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)自20世紀90年代國外的銥星（Iridium）系統(tǒng)開始便已在全球的電信行業(yè)中嶄露頭角，近年來，隨著美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的星鏈（Starlink）與國內(nèi)鴻雁、虹云等低軌衛(wèi)星星座建設計劃的提出，以及2020年我國“新基建”發(fā)展正式將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入建設內(nèi)容，受到業(yè)內(nèi)更加廣泛的關(guān)注。低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)綜合了5G與衛(wèi)星通信的部分優(yōu)點，既提供與地面網(wǎng)絡接近的帶寬與時延（如星鏈的實測結(jié)果為用戶下行帶寬達到50Mbit/s以上，時延約20ms），又規(guī)避了地面通信網(wǎng)絡受制于地理條件與自然災害的局限性，被廣泛認為是未來全球互聯(lián)網(wǎng)建設中的重要環(huán)節(jié)。

但在技術(shù)層面上，目前的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)也存在一些明顯的局限性。某種意義上，低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與5G的相似之處是通過建設龐大的骨干通信網(wǎng)絡（前者是天基，后者是地基），將技術(shù)難題交由系統(tǒng)側(cè)解決，盡可能改善用戶端的體驗。而相比目前大多還處于區(qū)域化服務階段的5G網(wǎng)絡，定位于全球無縫覆蓋的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)面臨的骨干網(wǎng)絡數(shù)據(jù)落地傳輸與交換的挑戰(zhàn)更加嚴峻。目前國內(nèi)外幾大星座的解決方案大概分為兩類，一是通過大量建設地面關(guān)口站（如星鏈計劃的第一階段僅在美國境內(nèi)便規(guī)劃了26座Ka關(guān)口站），這在同步衛(wèi)星通信中是難以承受的負擔（涉及在其他國家建設地面站時還會面臨額外的政治、經(jīng)濟層面風險）；二是通過目前尚未完全成熟、成本高昂的激光通信等技術(shù)實現(xiàn)星間鏈路數(shù)據(jù)交換。

低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)自身采用的技術(shù)也可能面臨意料之外的問題。從無線通信的本質(zhì)而言，更大的帶寬意味著更高的無線頻率（Ka頻段或更高的Q/V頻段），熱帶地區(qū)常見的雨衰問題也會更加嚴重；在星上載荷低成本與用戶終端小型化、低功耗的約束前提下，甚至可能完全抵消由于衛(wèi)星軌道高度低所帶來的信號強度優(yōu)勢；C頻段的衛(wèi)星通信仍是目前雨衰抵抗效果最佳的衛(wèi)星通信方式。另外，由于低軌衛(wèi)星單星覆蓋范圍較小，同步衛(wèi)星業(yè)務中占比很大的廣播類業(yè)務（如衛(wèi)星電視直播）反而在低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)中難以實現(xiàn)（否則將成比例地占用所有衛(wèi)星的帶寬資源，得不償失）。因此，技術(shù)層面上，同步衛(wèi)星通信與低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)更多的是互補而非競爭關(guān)系。

2. 運營層面

不少可公開查詢的投資建議或行業(yè)分析報告中，不約而同地提到了低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與5G網(wǎng)絡運營存在的風險，即優(yōu)良的用戶體驗往往以前期網(wǎng)絡建設的巨大投入與后期高昂的運營維護成本為代價。20世紀90年代被譽為“技術(shù)神話”的第一代銥星系統(tǒng)商業(yè)運營不足兩年便宣布破產(chǎn)是最好的例證。2020年，包括頭部企業(yè)一網(wǎng)公司（OneWeb）在內(nèi)的若干家商業(yè)航天企業(yè)申請破產(chǎn)，業(yè)內(nèi)在分析經(jīng)驗教訓時也認為，除2020年新冠肺炎疫情帶來的不可抗力因素外，商業(yè)航天企業(yè)初創(chuàng)階段“造血”功能的缺乏、對資本的高度依賴及缺乏長期穩(wěn)定合同作為業(yè)務來源是主要原因。而國內(nèi)的地面5G網(wǎng)絡建設面臨的盈利模式不夠清晰，尚未回收4G網(wǎng)絡建設成本等壓力也同樣不容忽視。相比之下，根據(jù)實踐經(jīng)驗，已有多年運營經(jīng)驗與相對成熟商業(yè)模式的同步衛(wèi)星通信反而風險相對較低。

三、老撾一號通信衛(wèi)星近年來的運營實踐

1. 運營背景

老撾一號通信衛(wèi)星作為我國航天援外“整星出口”的典型案例及“一帶一路”倡議的重點示范項目，其成功發(fā)射與入軌不僅是我國與其他國家在航天高科技領(lǐng)域合作的典范，對于受讓國而言，擁有完全自主產(chǎn)權(quán)、頻譜資源及運營權(quán)的同步衛(wèi)星本身也是其國家級電信基礎(chǔ)設施建設的重要內(nèi)容。老撾一號衛(wèi)星搭載擴展C/Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，C頻段可覆蓋東南亞全境及我國大部分地區(qū)，Ku頻段則主要覆蓋中南半島、印度東部以及尼泊爾等國部分地區(qū)，截至2020年底仍有10年以上在軌壽命。

2. 市場特點分析

近年來（尤其2018年后），隨著新一代5G網(wǎng)絡、Ka高通量同步衛(wèi)星、低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等新型通信服務的出現(xiàn)，僅搭載C/Ku轉(zhuǎn)發(fā)器且容量相對較小的老撾一號衛(wèi)星，業(yè)務不可避免地受到了沖擊，包括現(xiàn)有轉(zhuǎn)發(fā)器租賃客戶流失，無法滿足行業(yè)用戶提出的若干新需求，DTH廣播業(yè)務面臨IP電視挑戰(zhàn)等。隨著通信技術(shù)的進步以及業(yè)務發(fā)展，用戶自發(fā)地將會對通信網(wǎng)絡的體驗提出更高的需求，如帶寬盡量更大、時延盡量更低、可靠性更高以及資費更便宜等，同步衛(wèi)星由于存在固有的局限性，用戶體驗（尤其網(wǎng)絡帶寬）無法提升，對業(yè)務的推廣帶來一定影響。

但另一方面，市場需求與動態(tài)的變化也可以看作一次洗牌機會，有助于傳統(tǒng)同步衛(wèi)星運營商更清晰地認識自身的市場與業(yè)務定位。東南亞地區(qū)地面網(wǎng)絡基建落后的現(xiàn)狀在可預見的未來若干年內(nèi)仍然難以獲得根本性改善，同步衛(wèi)星通信的業(yè)務空間仍有較穩(wěn)定的保障；東南亞自然災害頻發(fā)的現(xiàn)實情況也使得衛(wèi)星通信成為必不可少的應急通信手段。因此，至少在東南亞地區(qū)，同步衛(wèi)星的不可替代性在通信行業(yè)與市場內(nèi)仍有較為明顯的體現(xiàn)。

3. 運營模式與策略

根據(jù)上述市場特點，老撾一號衛(wèi)星近年來的運營模式與策略做了針對性的調(diào)整，在固守并穩(wěn)步發(fā)展既有優(yōu)勢業(yè)務的同時，以國家層面的政策性支持等利好條件為契機，在相關(guān)業(yè)務領(lǐng)域也進行了積極的探索與實踐。

（1）傳統(tǒng)優(yōu)勢業(yè)務

考慮東南亞地區(qū)現(xiàn)狀，同步衛(wèi)星運營的傳統(tǒng)優(yōu)勢業(yè)務主要包括衛(wèi)星電視廣播與應急通信/臨時性通信保障任務。

首先是衛(wèi)星電視廣播業(yè)務，近年來老撾一號衛(wèi)星的電視用戶數(shù)保持穩(wěn)定增長的態(tài)勢，至2020年底在網(wǎng)用戶已突破30萬，其業(yè)務收入足以成為同步衛(wèi)星運營轉(zhuǎn)型探索期間的基本保障。此外，衛(wèi)星電視廣播在老撾國家郵電部提出的“村村通電視”規(guī)劃中也將是必不可少的組成部分。

其次則是應急通信與臨時性通信任務保障工作。衛(wèi)星通信基本不依賴于地面設施，是目前災害救援應急通信或臨時性通信任務保障的首選，在水災等自然災害常見的東南亞地區(qū)更加明顯。近年來在老撾一號衛(wèi)星的運營實踐中，此類業(yè)務也是重要的組成部分，在部分極端情況下（如2018年夏季的阿速坡省水壩潰壩導致的嚴重水災），甚至在近一個月的時間內(nèi)是現(xiàn)場唯一可用的通信手段，重要性不言而喻。此外，對于臨時性的通信任務，技術(shù)成熟、可快速部署的同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)也具有明顯的應用優(yōu)勢。老撾一號衛(wèi)星自投入運營后，已承擔了2016年東盟峰會會場監(jiān)控視頻專網(wǎng)傳輸、2017年習近平主席訪問老撾新聞報道素材回傳、中老鐵路建設工地網(wǎng)絡保障、老撾國內(nèi)多次重大新聞與社會事件現(xiàn)場新聞素材傳輸與通信保障等任務，產(chǎn)生了良好的社會與經(jīng)濟效益。

（2）新型業(yè)務探索

2019年，老撾國家郵電部曾頒布指導性意見，要求使用國外衛(wèi)星服務（如泰星，Thaicom）的政府部門在現(xiàn)有合同到期后，陸續(xù)轉(zhuǎn)回自主產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星。借助這一政策性的利好因素，老撾一號衛(wèi)星運營近年來將政府及大型企事業(yè)單位專網(wǎng)通信作為業(yè)務開拓的新方向并取得了一定成果。與個人消費者不同，專網(wǎng)類應用往往更加注重通信服務的穩(wěn)定性、私密性等指標。對于領(lǐng)土面積較小、地面網(wǎng)絡建設不夠完備的東南亞國家，利用同步衛(wèi)星搭建中小規(guī)模通信專網(wǎng)是性價比與實用性都較高的解決方案。老撾一號衛(wèi)星目前較為典型的合作案例包括為老撾國家財政部搭建的12個省財政廳與萬象總部的VSAT視頻會議專網(wǎng)，為老撾民航空管局搭建的VSAT語音指揮調(diào)度系統(tǒng)等。

四、同步衛(wèi)星通信未來運營方向思考

同步衛(wèi)星的發(fā)射與運營固然在政治層面上有著占頻保軌與保障空間主權(quán)的意義，而如何通過商業(yè)化運營回收前期建設成本并產(chǎn)生利潤則是經(jīng)濟層面應該考慮的問題。作為一顆仍有10年以上在軌壽命的同步衛(wèi)星，面臨行業(yè)與市場變化絕不應固步自封，更不能坐以待斃，而應當主動探索適應新形勢的運營模式。根據(jù)近年來衛(wèi)星通信市場需求的變化，并參考業(yè)內(nèi)已有案例，以下想法可作為未來的運營方向參考。

（1）多星組網(wǎng)聯(lián)合運營

單顆同步衛(wèi)星理論上可覆蓋約1/3的地球表面積，但實際上由于頻譜資源劃分、落地權(quán)等約束條件，通常僅采用賦型波束覆蓋較小的區(qū)域，直接制約著業(yè)務開展。因此，通過多顆衛(wèi)星聯(lián)合運營實現(xiàn)用戶端無縫切換，從而拓展業(yè)務覆蓋范圍及提升用戶數(shù)量，是當前國內(nèi)外同步衛(wèi)星運營商常用的運營方式，我國的中國衛(wèi)通及國外瑟拉亞（Thuraya）、國際移動衛(wèi)星公司（Inmarsat）等運營商都采用了這種方式。但對于原本隸屬于不同運營商的衛(wèi)星，解決不同業(yè)務平臺互聯(lián)互通是開展聯(lián)合運營的先決條件。

（2）與低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合運營

近年來，國內(nèi)外的衛(wèi)星通信行業(yè)已開始探討在未來的全球互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中如何利用同步衛(wèi)星與低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)層面互補性，實現(xiàn)聯(lián)合運營的問題。聯(lián)合運營可能采用的形式有多種，技術(shù)層面最容易實現(xiàn)的方式是同時部署兩種衛(wèi)星通信終端，在基帶與網(wǎng)絡層面聚合，用戶端則提供透明網(wǎng)絡接入。此種方式在大型的用戶平臺上較容易實現(xiàn)，目前已有的典型案例是在大型遠洋郵輪。根據(jù)相關(guān)報道，國外皇家加勒比郵輪于2014年率先應用了O3b中軌衛(wèi)星星座提供遠洋郵輪寬帶上網(wǎng)服務，在當時的郵輪行業(yè)中屬于突破性的進展。但由于O3b星座自身設計的局限性，僅能覆蓋南北緯45°以內(nèi)的地區(qū)，郵輪行駛至緯度較高地區(qū)（如英國北海區(qū)域）仍然使用同步衛(wèi)星提供的網(wǎng)絡接入。近年來老撾一號衛(wèi)星與亞太地區(qū)的郵輪運營商也進行了類似合作的前期論證。另一種方式則是利用同步衛(wèi)星作為低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的中繼傳輸節(jié)點（星鏈星座的遠景規(guī)劃中也提到了這一功能），既發(fā)揮了同步衛(wèi)星覆蓋范圍廣的優(yōu)勢，也可部分規(guī)避低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)地面建站的問題，相對而言發(fā)展前景更加廣闊。

五、結(jié)束語

與地面通信網(wǎng)絡的升級換代類似，衛(wèi)星通信也面臨著技術(shù)、業(yè)務與市場變化所帶來的挑戰(zhàn)。老撾一號衛(wèi)星主要服務的東南亞地區(qū)具有一定的地方特色，近年來的運營實踐總結(jié)以及對未來業(yè)務/運營方向的思考，對國內(nèi)外其他同樣面臨轉(zhuǎn)型需求的同步衛(wèi)星運營商也有一定的參考價值。