6G与卫星互联网：空天一体化，下一代通信技术的模样（附报告下载）

6G与卫星互联网：空天一体化，下一代通信技术的模样（附报告下载）

以下是具体分析：

通信技术——每十年都会发生巨大变化

移动通信技术推动了信息技术产业快速发展，提高了人民生活水平，促进了社会发展繁荣。 自20世纪80年代以来，移动通信技术每十年就会发生一次新的革命。

▲ 移动通信技术从1G向5G演进

1G是第一代移动通信技术，是一种基于模拟技术的蜂窝无线电话系统。 起源于20世纪80年代，完成于20世纪90年代，主要采用模拟调制技术和频分多址（FDMA）技术。 该技术的主要缺点是频谱利用率低、信令干扰语音业务。

在1G时代，频分多址（FDMA）是最基本的多址方式。 FDMA按照载频划分信道，每个信道占用一个载频，并且要满足相邻载频之间的传输带宽要求。 频分多址是模拟移动通信中最常用的多址方式，每个载波频率之间的间隔为30kHz或25kHz。 在FDMA技术下，不同的用户占用不同的频段，从而避免相互干扰，实现区分。

2G是第二代移动通信技术，主要采用数字时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）技术。 2G技术下，电子邮件、软件等信息无法直接传输； 仅提供通话和一些移动通信技术规范，例如时间和日期传输。 然而，手机短信SMS()可以在2G的某些规格中实现。

第二代移动通信数字无线标准主要有：欧洲的GSM和美国高通公司推出的IS-。 我国主要使用GSM，美国和韩国主要使用CDMA。

3G是第三代移动通信技术，其最基本的特征是智能信号处理技术。 智能信号处理单元将成为基本功能模块，支持语音和多媒体数据通信。 它可以提供前两代产品无法提供的各种宽带信息服务，如高速数据、慢速图像和电视图像。

3G系统的通信标准有WCDMA、TD-SCDMA和TD-SCDMA三个分支。 在中国，中国移动采用TD-SCDMA，中国电信采用，中国联通采用WCDMA。

▲3G通信标准

4G是第四代移动通信技术，主要以正交频分复用（OFDM）为核心技术。 4G技术是融合3G和WLAN的技术产品，可以传输高质量的视频图像，图像传输质量可与高清电视相媲美。

正交频分复用（OFDM）是一种无线环境下的高速传输技术。 OFDM技术具有高度可扩展的网络结构、良好的抗噪声性能和抗多信道干扰能力，可以为无线数据技术提供更高质量（更高速率、更低时延）的服务和更好的性价比。 可以为4G无线网络提供更好的解决方案。

5G是最新一代蜂窝移动通信技术。 5G并不是一项独立的、全新的无线接入技术，而是现有无线接入技术的技术演进以及新增的一些补充无线接入技术综合解决方案的总称。

▲ 5G移动通信的三大关键技术

卫星互联网，5G中后期新技术

卫星互联网是基于卫星通信的互联网，可以实现多个地球站之间的通信。 卫星互联网是指基于卫星通信技术，通过发射特定数量的卫星形成大规模网络，向地面和空中终端提供宽带互联网接入等通信服务。

▲卫星通信原理

卫星互联网的发展经历了三个阶段：

1、在与地面通信网络竞争阶段，提供语音、低速数据、物联网等服务。 随着地面通信系统的快速发展，卫星通信系统在通信质量、资费价格等方面逐渐处于劣势，在竞争中失利。

2、地面通信网络补充阶段，对地面通信系统进行补充和延伸，以新铱星、环球星、轨道通信为代表。

3、与地面通信网络融合阶段，以 、 等为代表的企业正在主导新型卫星互联网星座的建设。 卫星工作频段逐渐增加，卫星互联网建设逐步进入宽带互联网时代。

▲卫星互联网发展阶段

卫星根据轨道高度主要分为低、中、高轨道三类。 其中，低轨卫星具有传输时延小、链路损耗低、发射灵活等优点，是卫星互联网服务的主流实现方式。

▲ 卫星分类

具体来说，低轨卫星系统具有以下两大优势：

1、可实现全球互联网的无缝连接服务。 传统高轨同步轨道卫星建设成本高、通信盲点大、时间长、带宽有限，已不能满足全球大规模互联的容量需求。 相比之下，低轨卫星系统比高轨卫星系统传输时延更低，可靠性更高，损耗降低29.5dB，可实现无缝的全球互联网连接服务。

▲低轨卫星的优势

2.低轨卫星通信的核心应用场景包括偏远地区通信、海洋作业和科研宽带、航空宽带、灾害应急通信等。 其中，偏远地区应用市场主要包括卫星电话、网络电视和卫星宽带； 海洋作业及科研应用市场包括卫星定位和海事卫星电话； 航空应用市场主要包括机载Wifi； 容灾应用市场包括紧急呼叫、数据保护与恢复以及异地容灾系统等。

▲ 低轨卫星通信核心应用场景

近年来，在、、、等公司的带领下，卫星互联网产业步入了快速发展时期。 2014年以来，我国针对该产业出台了一系列措施，积极推动卫星应用产业和商业卫星的发展。 特别是，国家发改委于2020年4月20日首次明确了“新基建”的范围，包括信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施三个方面。 其中，信息基础设施主要是指基于新一代信息技术演进而产生的基础设施，包括5G、物联网、工业互联网、卫星互联网等。 卫星互联网首次纳入国家层面通信网络基础设施范畴。

▲ 我国卫星互联网产业政策

国内不少企业开始积极布局卫星互联网产业。 “十三五”期间，以中国航天科技和中国航天科工为主导的两大国有企业提出了“红燕星座”和“红云工程”低轨卫星互联网计划，发射了测试卫星。 其中，“红燕”星座是我国首个全球低轨卫星移动通信和空间互联网系统，可在全球范围内实现宽窄带结合，为用户提供实时双向通信。

“鸿云计划”星座致力于满足全球移动互联网的高速接入需求。 它由156颗低轨卫星组成，每颗卫星支持最大4Gbps速率。 目前，国内不少企业已开始积极布局卫星互联网产业。 随着该计划的逐步启动，我国卫星互联网产业有望迎来快速发展。

卫星互联网产业链分为卫星制造、卫星发射、地面设备、卫星运营与服务四个部分。 其中，卫星制造分为卫星平台和卫星有效载荷； 卫星发射包括火箭制造和发射服务； 地面设备包括固定地面站、移动站和用户终端； 卫星运营和服务包括卫星移动通信服务、宽带广播服务和卫星固定服务。 据赛迪智库测算，预计到2030年，中国卫星互联网整体市场规模将达到1000亿。

▲卫星互联网产业链

预计2023年，我国低轨卫星互联网卫星制造环节将迎来投资高峰。 2020年是卫星互联网元年。 根据未来智库的数据，预计2023年左右，我国低轨卫星互联网卫星制造投资规模将迎来高峰。

▲我国低轨卫星互联网卫星制造投资规模预计2023年达到峰值

根据《2018年中国商业航天产业投资报告》数据，预计到2025年我国将发射约3100颗商业卫星，单颗卫星的制造成本为429万美元，而单颗卫星的制造成本卫星与亚马逊的价格只有5000万和100万美元。 相比之下，我国卫星制造成本仍有进一步优化的空间。 未来，卫星制造企业的毛利率和竞争力有望提高，并可能持续受益。

降低成本可以从以下四个部分入手：

火箭回收技术。 火箭回收技术是指火箭发射后回收再利用的技术，可以实现资源的循环利用，提高火箭的重复利用率，降低成本。 官网显示，其“猎鹰9号”火箭首次发射报价为6198万美元，第13次发射报价仅为288万美元，为首次报价的4.65%，大幅降低了发射报价。发射成本。

“一支箭，更多星”。 卫星发射环节主要包括火箭制造和发射服务。 火箭制造包括推进系统、火箭本体制造、遥测系统、发动机制造、制导与控制系统、安全自毁系统等部件； 发射服务包括火箭控制系统、中止系统、发射和遥测系统以及发射场建设。 近年来，我国火箭发射技术取得重大突破。 “一箭多星”、火箭回收等技术直接推动了发射成本的降低。

“天地一体化+商业运营”新模式。 “十三五”期间，我国运载火箭技术研究院研制的火箭已为老挝、白俄罗斯等国家提供国际商业发射服务。 2015年，火箭院在老挝一号广播通信卫星项目中首创“天地一体化+商业运营”新模式，为国际商业发射市场拓展了新思路，增强了长征号的国际竞争力系列运载火箭。

运营服务是卫星产业价值链中占比最高的环节，通信卫星运营是重要组成部分。 随着技术的进步、市场需求的增长和商业化程度的提高，卫星在通信、气象、遥感、广播、导航等领域发挥着重要作用，应用领域不断丰富。

据美国卫星产业协会统计，2018年全球卫星产业总收入2774亿美元，同比增长3.3%； 卫星服务实现收入1265亿美元，占卫星产业收入的45.6%。 其中，通信卫星运营是卫星服务业的重要组成部分，包括卫星广播、卫星固定、卫星移动服务等。

▲卫星运营服务占比最高

北斗三号系统全面建成，推动产业迈上新台阶。 2020年7月，北斗三号全球卫星导航系统正式启动，我国成为世界上第三个独立拥有全球卫星导航系统的国家。 随着该系统的全面建成，我国卫星导航与位置服务产业将进入长期稳定增长阶段。 据我国卫星导航定位发布的《2020年中国卫星导航定位服务产业发展白皮书》数据显示，导航定位服务产业总体产值已达3450亿元，有望形成未来数万亿规模的时空信息服务新市场。

当前，国家正在积极推进“新基建”发展战略，而基于北斗精准时空技术的应用，是新型基础设施建设迈向数字化、智能化不可或缺的重要抓手，并实现升级转型。 导航与位置服务产业发展的重要力量。

▲北斗全球卫星导航系统全面建成，性能进一步提升

星链计划

星链（）计划是2015年启动的一项计划，旨在为全球用户提供高速、快速的卫星发射网络通信。 目前，已发射1205颗“星链”卫星。 2015年，该公司提出计划，利用大量低轨高通量卫星组成星座，为全球用户提供高速、快速的网络通信。 据官网信息显示，美国东部时间2021年3月4日上午，新一批60颗互联网卫星将被送入轨道。 此次发射使发射卫星总数达到1,205颗。

▲星链计划已发射1205颗“星链”卫星

▲ 具有低延迟、轻松设置、兼顾偏远地区三大优势

全球组网分三步实现，总共约1.2次发射。 万颗卫星。 该计划分为三个步骤：

1、发射1600颗低轨近地卫星实现初步覆盖，分布在32个轨道，每个轨道50颗卫星；

2、共2825颗卫星分四组发射，实现全球组网，每组轨道数量和轨道倾角不同；

3、发射7518颗卫星，形成低轨星座。 其中，前两步卫星工作频率在传统的Ka和Ku频段，第三步是频率从40GHz到75GHz的V频段。

作为马斯克保护伞的一部分，星链项目和特斯拉的自动驾驶汽车可以形成协同效应。 通过无线通信技术，车辆的车载设备不仅可以为车辆行驶时的车距提供保证，还可以帮助车主实时导航，提高交通运营效率。 特斯拉利用该服务为特斯拉车辆添加卫星接收器，使每辆特斯拉车型都可以直接连接到网络，并且特斯拉可以向其所有车辆推送无线软件更新。

星链计划应用于远程医疗，帮助土著部落成员获得医疗保健服务。 远程医疗是指依靠计算机技术和遥感、遥测、遥控技术，利用大医院或专科医疗中心的医疗技术和医疗设备，对边远地区、海岛、船舶上的伤病员进行远程救治。且医疗条件较差。 远程诊断、治疗和咨询不仅可以减少运送患者的时间和成本，还可以使医生突破地域限制，共享患者病历和诊断照片。 2020年12月，与加拿大FSET信息技术公司合作，为原住民部落带来互联网服务。 目前，其3000名会员已能够享受医疗保健服务等多种内容。

计划助力 VR。 高清直播。 VR是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机模拟系统。 它使用计算机生成一个模拟环境，让用户沉浸其中。 它具有沉浸式、交互性、自主性等特点。 2018 年 9 月，日本亿万富翁企业家前泽友作宣布将成为第一位付费乘客执行绕月任务。 该计划预计于2023年实施，旅程将以高清VR直播，并利用星链项目的中继卫星来解决月球背面的通信死角。

星链项目可以将云计算推向太空。 云计算是一种基于互联网，按需向计算机等设备提供共享的软硬件资源和信息的计算方法。 其中，提供资源的网络称为“云”。 2020年10月，微软宣布推出Azure Space云计算平台，将与微软合作为Azure模块化数据中心提供高速、低延迟的卫星宽带。 灵活的卫星通信加上Azure提供的高性能计算、机器学习和数据分析功能，有助于进一步满足客户需求。

6G时代的航天融合

随着大数据社会的不断演进和普及，频谱资源不断减少但数据容量需求不断增加，更先进的通信技术逐渐被提上日程。 。 2019年，工业和信息化部成立了6G研究组，名为IMT-2030推进组，负责推进6G相关工作。 同年4月，奥卢大学举办了全球首届6G峰会，主题为“为6G的到来铺平道路”。 峰会上，各方集体展望未来，有媒体声称美国将跳过5G，与中国竞争6G。 6G整体性能也有望是5G的10-100倍，各项技术指标也将进一步提升：空口时延小于0.1ms、网络深度达到100%覆盖、毫米级感知和定位，功耗显着降低。 传输带宽将达到千兆级别，连接设备密度将达到每立方米数百个。

6G的应用场景基于5G但更广泛：空中高速上网（超越5G的广覆盖，实现100%深度覆盖，空中和太空上网）、全息通信（恢复多更真实的视觉、触觉、嗅觉等立体感知数据和赋能虚拟世界的真实三维显示能力）、先进智能工业（实现毫米级定位，深度参与工业制造，实现更先进的解决方案工业互联网）、人体智能孪生（通过无数对人体重要的人体传感器实时监测器官和各个系统，实现虚拟世界中人体数据的孪生）、智能移动载人平台（先进智能车联网、车联网、各类飞机、巡洋舰等载人工具）等。一方面，目前6G技术的趋势在于超维天线技术、天地一体化技术和太赫兹频段。

天地一体化技术通过建立弹性可重构的网络架构、高效的天基计算、天地统一资源管控机制，实现天地智能频谱共享、简单智能连接。高效灵活的移动性管理和路由机制。 输入、多波束协调传输及统一波形、多址、编码等设计。 未来，用户只需携带一台终端，即可实现全球无缝漫游、无感知切换。

建设空天地一体化网络对我国具有重要意义。 天地一体化网络提供全时空信息连续保障能力，实现“一带一路”周边地区覆盖和“四海两侧两洋”覆盖，满足重要陆地经济带、海外热点等信息服务需求。 空天地一体化网络技术快速发展，形成完善的网络体系，有利于占领航天技术制高点，抢占资源和技术先机。 目前，发展空天地一体化信息网络已成为6G共识，认为技术融合需要在5G时代得到实践，并在6G时代得到全面实现。

空天地一体化网络可以在各种业务场景中发挥重要作用。 对于环境监测、森林防火、无人机巡检、海运集装箱信息采集等海量连接的通信业务场景，空天地一体化网络可以有效扩大覆盖范围，满足更大连接、更低功耗的需求。 对于科考活动中人员的身体异常，可以通过广覆盖的空天地一体化网络通知附近的医护人员，并可以将人体的大量数字孪生数据同步给高层医护人员进行远程会诊。 此外，车联网业务要求大范围内高可靠、低时延的通信。 空天地网络的广域覆盖，可以满足数百公里范围内车辆和路测系统的信息传输需求和实时通信。

▲空天地一体化业务涉及多个领域