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低轨宽带星座分析之航空互联网
发表于:2021-07-08 14:09 分享至:
01 什么是低轨宽带星座?
低轨宽带星座是指利用众多运行在低轨道(轨道高度200-2000km)的卫星向地面提供宽带互联网接入服务的卫星通信系统。低轨宽带星座将卫星分布在众多轨道面上,完成组网,进而实现全球覆盖。因其位于LEO轨道,整个系统卫星数量众多,具备数据传输延时低、星座整体通信容量大、覆盖范围广的优势。这种优势可以提供完全不同于地球静止轨道传统通信卫星的服务能力(受限于静止轨道轨位资源和不可克服的传输延时),从而带来巨大的增量市场。即使是在诸如航空、航海、车联网、精准农业等传统商业场景上,也都将重新定义卫星通信的角色和地位。

目前全世界有许多公司提出了低轨宽带通信星座建设计划:
国际的Oneweb和Starlink等;
国内的航天科技集团(鸿雁星座)、航天科工集团(虹云星座)、银河航天(银河航天5G卫星星座)以及连尚网络都规划建设低轨宽带星座,前三者分别成功发射首发星,并开展了星地通信的验证工作。
以低轨宽带星座的优势来看,建设低轨宽带星座不论是在国家战略层面还是商业层面上看,都有着重要的意义。特别是商业层面,低轨移动宽带通信星座的建设可以推动实现天地网络一体融合、全球互联。与此同时,还将在目前加速铺开的5G地面网络、高轨高通量通信卫星商业服务的基础上带来新的消费增量。
02 航空宽带服务业务模式
当前国际上主流的航空宽带的商业模式主要有两种:乘客付费模式以及第三方付费模式。
乘客付费模式,即航空宽带服务由航空公司与电信运营商(卫星运营商/服务商)处对接来提供服务。乘客需要在航空公司或者电信运营商处付费。乘客根据自身需求可以按小时、单程或全天的方式购买。
第三方付费模式,即第三方企业(往往是一些流媒体企业或是电商平台)提供服务。乘客可以免费登录第三方企业的app或网站,完成消费后获得时长积分,进而消耗积分上网。

03 低轨通信星座,航空宽带最优解?
目前从技术上民航运输主要依靠ATG (Air to Ground地面基站方式)和卫星通信两种方案实现地空宽带通信。与卫星通信不同,ATG是在飞行空域或特定空域架设地面基站,以向天空进行覆盖,进而将民航接入互联网。
近年来,卫星提供服务的比重却在不断增大,随着卫星通信技术(高通量卫星)的不断发展,卫星通信已开始逐渐侵占ATG的市场占有率。
就目前来看,无论是高轨通信卫星方案还是ATG方案,都有其自身的优势,也有着一些难以克服的缺陷,从而使其在民航宽带服务中的应用受到相应的限制。如增加考虑尚未建成的低轨通信卫星星座方案进行对比,三种方案的优劣势如下表所示:

由上述表格可以看出,若考虑未来技术发展可能带来的改变:
ATG方式的劣势主要源自该技术的自身特性导致的灵活性差、成本高,以及跨国管理难以协调这些天然壁垒,这些方面的劣势难以通过技术革新的方式克服。高轨卫星通信所面临的轨道资源限制和延时也难以通过技术途径改变。低轨宽带星座的劣势都是源自当前技术的限制,可以通过技术革新进行修正。
未来低轨宽带星座建设完成并投入使用后,由于其数据传输延时低、数据传输速率高的优势,将更加适合航空宽带的应用。
04 我国航空宽带服务市场远未打开
从目前看,国内航班宽带覆盖率约为13%,国际航班宽带覆盖率约为37%,总体上我国航空宽带开发程度比较低。
从已覆盖的飞机来看,国内一小部分飞机航线采用的是ATG模式提供宽带服务,大部分通过高轨卫星提供服务,由于卫星通信容量、轨道高度等方面的原因,目前实际能够提供的航空宽带接入服务普遍存在着带宽低、延时高的特点。

从用户实际体验来说,可能仅能支持简单的网页浏览,一些应用如电影在线点播、视频通话、网络游戏、实时证券金融服务等都因网络带宽和延时所限难以满足。因此整体来看这部分业务服务能力非常局限。
基于用户体验差,航空公司将航空宽带视为“鸡肋”业务的恶性循环情况,低轨通信星座的出现,不仅可以解决带宽和时延方面的问题,还可以降低带宽租用价格。
05 航空宽带商业核心逻辑:升级性需求
对航空宽带业务来说,想要提升体验并实现收益,关键在于低延时、高速率、合理成本
其中,低延时是低轨通信星座的天然优势,高速率则可由巨型星座的巨大的网络来共同提供,而对于合理的成本,低轨通信卫星能够提供较低单价带宽价格较低的原因如下:
规模经济:大批量采购原材料和零组件使得采购成本降低。标准化:标准化的生产可以减少工艺装备投入,降低专用性费用。学习曲线:大量组批生产可以减少机器设备调试次数,缩短生产准备时间,从而节约生产制造成本。商用器件和互相备份:大量采用商用器件虽有可能降低单星的可靠性,但对于巨型星座来说,由于卫星数据巨大,当部分卫星出现故障时,有足够的回旋余地可以互相备份,从而从整体.发射效率:卫星设计时可以进行星箭一体优化,以达到对整流罩内空间以及火箭运力的最大程度利用,降低了发射成本。

在合理的成本下,航空宽带服务将产生升级性市场需求,即以低轨宽带星座为解决方案的航空宽带将在原有高轨卫星解决方案和ATG解决方案的基础上产生消费增量和市场增量,并打破我国航空宽带市场低质、低效的现状,形成良性健康的商业格局。
可以期待未来在鸿雁、银河航天等国内企业的努力下,我国商业航天产业将持续发力,为中国下一个万亿级别产业贡献自己的力量,为中国商业航天决策赋能。

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