全面开启我国卫星互联网应用服务新时代
2017年，中星16号（实践13）卫星的发射拉开了我国卫星互联网发展的序幕，运营商基于该实验星开展了大量技术验证与应用推广工作。
2023年初，我国首颗超百Gbps容量的高通量卫星——中星26号即将发射，该星是我国第一颗系统设计和运营服务整体性能匹及国际水平的高通量卫星，它的发射将全面开启我国卫星互联网应用服务新时代。
一、卫星互联网的内涵
1、卫星互联网的定义
2005年，休斯网络（HughesNet）公司提出要在美国为家庭用户提供宽带上网服务，这是卫星运营商首次推出以“卫星互联网”命名的服务。此后的十多年，卫星互联网就成为卫星通信面向大众消费市场和众多细分行业应用提供经济实惠的卫星宽带通信服务的代名词。
卫星互联网是以卫星网络作为接入网络的互联网及服务，是卫星通信技术与互联网技术、平台、应用和商业模式结合的产物。“卫星互联网”不仅是接入手段的改变，也绝不仅是地面互联网业务的简单复制，而是一种新的能力、新的思想和新的模式，并将不断催生出新的产业形态、业务形态和商业模式。
图1 卫星互联网的三种应用场景
根据服务对象和商业模式不同，卫星互联网有三种应用场景：
1.手机或者计算机通过卫星热点（卫星终端+Wifi或网线）接入互联网。卫星运营商直接面向最终用户提供互联网接入服务；
2.手机用户通过卫星基站（卫星终端+基站）接入运营商的移动互联网。卫星运营商和地面运营商合作向地面手机用户提供泛在的移动互联网接入服务；
3.行业用户在卫星互联网上构建虚拟专网。卫星运营商向大客户提供卫星互联网专线服务。
根据成熟度，卫星互联网有三类业务：
1.地面互联网业务向卫星网的复制；
2.传统卫星通信业务的互联网化；
3.卫星通信广域、大连接特性与互联网应用相结合的创新业务。
第一类业务是当前卫星互联网业务的基础，第二类和第三类是卫星互联网业务发展方向，尚待挖掘。
2、卫星互联网的典型特征
卫星通信经历了从专线、专网到卫星互联网应用发展的三个时期。上世纪60-80年代，卫星通信主要用于跨洋电视转播和长途电话，属于点到点通信为主的专线时代；1980年代中期，高功率转发器和地面电子信息技术进步共同推动VSAT技术成熟，用户终端天线口径从十几米降低到几米左右，卫星通信使用门槛大幅降低，中小企业用户也能租用转发器构建专用网络，满足内部通信需要，卫星通信进入专网时代。至今专网仍然是卫星通信的主要应用方式之一。进入二十一世纪，采用多点波束和频率复用技术的高通量卫星出现，通信速率和系统容量均大幅增加，开启了卫星互联网应用时代。
和卫星专网通信相比，卫星互联网具有以下显著特征：
一是支持大带宽和高速率的网络。卫星网络的总容量和通信速率要满足ITU对宽带接入的基本要求，这是卫星互联网应用的前提。Wildblue等早期卫星互联网业务发展到一定规模后由于系统容量太小，只能限制用户规模和速率。
二是易用好用、价格亲民的终端。易于安装和使用、性价比高的终端是卫星互联网服务千行百业、走进千家万户的必要条件。用户规模和终端成本相辅相成，用户规模越大越能降低终端成本，终端越便宜越能促进用户增长。
三是大带宽需求的杀手锏应用。高清视频回传、流媒体等大带宽业务需求是卫星互联网蓬勃发展的基础。随着人们对泛在高速互联接入的迫切需求的增加，航空互联网、海洋互联网和普遍服务等业务成为卫星互联网发展的重要推动力。
四是开放的互联网运营模式。从专网向公网和平台化运营转变是卫星通信从管道向互联网运营的必由之路。公网相比专网具有更大的规模效益和网络外部效益，推动卫星互联网规模化和产业化发展。
二、国际卫星互联网发展历程
卫星互联网的发展史也是高通量卫星的应用史。根据容量大小和灵活性，高通量卫星可以划分为四代。
表 1 高通量卫星代系发展
第一代（2010年以前）：以WildBlue-1、Spaceway-3为代表的高通量卫星开始使用窄点波束和频率复用技术，吞吐量小于10Gbps。
第二代（2017年以前）：以KA-SAT、ViaSat-1为代表的高通量卫星大量使用窄点波束和频率复用技术，吞吐量在100Gbps左右。
第三代（2023年以前）：以ViaSat-2为代表的高通量卫星通形成数百个更窄点波束，吞吐量超过200Gbps，卫星具有一定灵活性。
第四代（2023年以后）：以Viasat-3为代表的新一代高通量卫星使用全数字波束成型复用技术将进一步提升在轨可重构的软件定义能力，支持按需动态容量生成和使用，同时单星容量将超过500Gbps，甚至可达到Tbps级别，将进一步提升卫星互联网的承载能力和服务质量。
根据产业规模、承载业务类型和网络服务水平，可将全球卫星互联网发展分为三个阶段：培育阶段、成熟阶段、全面发展阶段。
通信速率直接影响用户体验，是衡量网络服务水平的重要标志。设备商倾向将理想条件下的最高测试速率作为宣传设备性能的指标，而运营商面临达不到承诺速率会被用户投诉的风险，因此采用更加保守的承诺信息速率（CIR）衡量网络服务能力。下文提到的各运营商的服务速率均为CIR。
图2 卫星互联网产业发展阶段
表 2 卫星互联网产业发展阶段特点
培育阶段（2010年以前）：
全球绝大部分卫星互联网业务集中在美国，以家庭互联网业务为主，美国WildBlue公司（后被卫讯公司收购）利用Anik F2和WildBlue-1号卫星为美国家庭提供Ka宽带上网业务，受限于系统总容量，仅为用户提供512kbps的下行速率。休斯网络公司2008年利用Spaceway-3卫星推出Gen3产品，向美国家庭用户提供Ka上网业务，最高下行速率5Mbps。
成熟阶段（2010年以后）：
随着Viasat-1、Viasat-2两颗高通量卫星的发射，卫讯公司的高通量卫星容量超过400Gbps，提供家庭宽带服务的速率有了明显提升，从视频传输质量上来看，逐步实现了对小屏（12Mbps/360p）、标清（25Mbps/
480p）、高清（50Mbps/720p）、全高清（100Mbps/1080p）的支持。
表 3 Viasat公司服务套餐
随着Jupiter-1和Jupiter-2卫星的发射，休斯网络公司在轨容量超过300Gbps，相继推出Gen4和Gen5服务，为用户提供更高的服务速率。
表 4 HughesNet公司服务套餐
全面发展阶段（2023年以后）：
随着1Tbps的超大容量卫星发射，运营商能为用户提供更高的上下行速率，将推动卫星互联网业务进入新的发展阶段。能够为大型民航飞机、游轮提供高速接入能力。
通过对欧美高通量卫星发展历程和主要卫星互联网运营商服务情况的分析，可以得出以下启示：
1、Ka频段是高通量的主要发展方向。由于Ku频率资源有限以及自适应调制编码等抗雨衰技术的不断进步，Ka频段已经成为大容量高通量卫星的主用频率。
2、大容量卫星是运营商向用户提供优质服务的基础。系统总容量有限时，运营商只能限制用户体验速率，并控制用户规模。一旦容量扩大，运营商立即推出更高速的流量套餐，为用户提供更优质的服务。卫讯和休斯每次的套餐升级都与新卫星运行同步推出。
3、运营商拥有的系统容量越大竞争力越强。卫讯公司拥有更多的系统容量，在激烈的市场竞争中比休斯网络公司更有主动权。卫讯在同等价位下可提供更高的速率，或者在同等速率下价格更低。
三、我国卫星互联网发展情况
1、我国高通量卫星资源布局情况
2017年，我国首颗高通量卫星——中星16号卫星的成功发射拉开了我国卫星互联网发展的序幕。2020年，亚太6D卫星发射成功。2022年末和2023初中星19号、26号高通量卫星发射后，将建成首张完整覆盖国土全境及“一带一路”重点地区的Ka频段高轨卫星互联网，推动我国卫星互联网走向大规模实用阶段。
中星16号主要覆盖了我国人口密集地区及东南沿海大部地区。中星19搭载Ka频段高通量载荷主要覆盖中美航线，服务航空互联网。中星16、中星19和亚太6D由于容量较低，对照国外高通量卫星发展水平，均属于初期高通量试验卫星。中星26号卫星使用Ka全频带提供馈电传输以及用户链路通信，创新性设计星地一体备份环机制，为用户提供高更可靠的卫星互联网接入，服务水平相当于第二代高通量卫星，能够支持使用最小便携式终端天线0.45米、机载终端0.45米、船载终端0.45米等典型终端，提供上行最大可达200Mbps，下行最大可达450Mbps的通信能力。
当前，中国卫通正在积极开展我国第三代高通量卫星的论证，该卫星容量超过300Gbps，覆盖我国国土及“一带一路”区域，将大幅提高我国高通量卫星容量，并推动我国卫星互联网业务的国际化工作进入新阶段。
图3 我国Ka卫星互联网覆盖图
（中星16号、中星19号和中星26号卫星覆盖示意图）
表 7 我国高通量卫星
2、我国卫星互联网市场培育情况
我国高通量卫星在容量和灵活性方面相比国外仍有差距，但在应用方面高起点与高标准，与国外主流服务产品能力相当，在上行速率方面甚至还有明显的优势。可以说用第一代卫星提供了国外第二代卫星的服务水平。
经过多年努力，我国高轨卫星互联网已在航空、海事、普遍服务、应急、自然资源等多个领域实现了应用推广。
在海洋互联网领域，面向海上运输、渔业、资源开发、环境保护、海洋执法等应用需求，强化信息感知、平台资源共享服务能力，为海上应用提供远程监控、视频会议、数据传输等服务。
在航空互联网领域，协同民航总局、各航司以及网络设备供应商，加速航空互联网产品、技术、服务模式创新。2020年7月，利用中星16号卫星，我国首架Ka宽带高速卫星互联网飞机首航，实现了150Mbps的互联网接入能力，为单个乘客提供类似4G效果的空中上网体验。自首飞以来，累计服务航班1784架次，为近2万名旅客提供上网服务。随着我国航空互联网服务从试飞走向运营，已有青岛航空、国航、川航等多家航空公司正在稳步推进Ka高通量系统装机。
在普遍服务领域，利用高通量卫星互联网服务偏远地区生产生活，搭建远程教育、远程医疗通道，实现城乡优质资源共享。在西藏林芝地区，开通了高通量卫星互联网服务，为当地提供优质网课和丰富的教育资源。
在应急通信领域，提供语音通信、视频会议、视频回传等必要的应急通信保障。在应急救援方面，为无人机、应急通信车提供稳定可靠、大带宽高速通信链路，在防灾减灾领域，构建“全面要素感知+多通信手段传输”的集成网络，搭建“端系统+平台+网络”整体解决方案。
在自然资源监测领域，为地处偏远、地形复杂的林牧地区提供高速率、高质量的视频监控与传输服务。利用宽带与窄带卫星链路相结合的方式为北京松山、四川卧龙等自然保护区提供数据获取和外界综合通信服务。2022年，与国家林草局联合开展卫星互联网在智慧林草领域的创新应用。
四、我国卫星互联网即将迈入新时代
进入数字经济时代，卫星通信应用进一步融入经济社会民生的各领域、全过程。应用需求日趋多样化、场景化，从话音、数据、流量等基本需求到面向应急、自然资源、电信普遍服务等行业解决方案，并向着为航空互联网、海洋互联网等领域提供综合信息服务方向发展。新场景、新应用与新模式的探索发展将进一步打开我国卫星通信产业发展空间。
中国卫通近几年持续围绕“网络、平台和终端”打造卫星互联网全链路核心能力，构建一张高速泛在、天地一体、公专结合的卫星网络，开发兼具电信和互联网特色的基础运营和应用平台，带动终端厂商研制各种型谱的终端，联合合作伙伴和用户结合具体用户场景实现业务全链条打通和闭环，初步构建了以平台为核心的Ka卫星互联网运营生态，为卫星互联网业务全面铺开做好充分的准备工作。
推动我国卫星互联网产业健康持续发展是包括运营商、制造商、集成商，甚至用户在内的所有人的共同责任，让我们携起手来，团结协作，共同期待中星26的成功发射，全面开启我国卫星互联网新时代。
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