中國(guó)電信衛(wèi)星研究院在《電信科學(xué)》發(fā)表論文：手機(jī)直連低軌衛(wèi)星的應(yīng)用場(chǎng)景及業(yè)務(wù)需求分析。該論文系統(tǒng)分析了手機(jī)直連低軌星座的技術(shù)路徑、應(yīng)用場(chǎng)景與商業(yè)可行性，指出 手機(jī)直連低軌星座在我國(guó)應(yīng)聚焦應(yīng)急通信和海量中低速連接等保底應(yīng)用，而非面向大眾的日常寬帶服務(wù)，以避免商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，并推動(dòng)天地一體化協(xié)同發(fā)展。

手機(jī)直連低軌衛(wèi)星的

應(yīng)用場(chǎng)景及業(yè)務(wù)需求分析

劉悅1，田野1，趙冬1，李彥坤1，楊虎嘯1，高然2，忻向軍3（1.中國(guó)電信股份有限公司衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)研究院，北京 100035；2.北京理工大學(xué)，北京 100081）

內(nèi)容簡(jiǎn)介

手機(jī)直連衛(wèi)星是低軌（low　earth　orbiting，LEO）星座系統(tǒng)的重要應(yīng)用方向之一。本文概述了手機(jī)直連衛(wèi)星的主要技術(shù)路線、應(yīng)用場(chǎng)景及業(yè)務(wù)類(lèi)型；分析了低軌星座的建設(shè)成本、承載能力、運(yùn)營(yíng)收入；提出了我國(guó)手機(jī)直連衛(wèi)星通信的主要應(yīng)用應(yīng)以廣覆蓋、海量連接為主，而衛(wèi)星大流量寬帶上網(wǎng)應(yīng)用存在商業(yè)閉環(huán)的風(fēng)險(xiǎn)；最后探討了結(jié)合應(yīng)用需求的技術(shù)發(fā)展建議。

在中國(guó)，衛(wèi)星通信服務(wù)應(yīng)更多面向應(yīng)急、防災(zāi)、救援等特定場(chǎng)景或大眾消費(fèi)者的特定時(shí)刻，作為語(yǔ)音、低速數(shù)據(jù)等通信保底手段的形式存在。如果期望手機(jī)直連低軌星座系統(tǒng)作為面向大眾消費(fèi)者、行業(yè)普及化、日?；耐ㄐ攀侄危浣ㄔO(shè)成本、營(yíng)收壓力和地面通信網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)都將面臨不可測(cè)的影響和巨大沖擊。

根據(jù)本文分析，建議業(yè)界后續(xù)聚焦廣覆蓋下的應(yīng)急處突、海量連接、中低速數(shù)據(jù)速率等衛(wèi)星通信主要業(yè)務(wù)類(lèi)型和應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)手機(jī)直連低軌星座的技術(shù)體制進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，基于天地一體化，共同推進(jìn)我國(guó)低軌星座系統(tǒng)的健康發(fā)展和技術(shù)演進(jìn)。

引用格式

劉悅,田野,趙冬,等.手機(jī)直連低軌衛(wèi)星的應(yīng)用場(chǎng)景及業(yè)務(wù)需求分析[J].電信科學(xué),2024,40(04):56-65.

0

引言

近年來(lái)，隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在通信基礎(chǔ)設(shè)施不完善的歐美、非洲、南美等地區(qū)，基于Ka、Ku高頻段的低軌星座系統(tǒng)面向用戶提供寬帶上網(wǎng)的服務(wù)得到了快速拓展，至2024年3月，美國(guó)Starlink低軌星座累積發(fā)射規(guī)模達(dá)到6 153顆，其中在軌服務(wù)衛(wèi)星數(shù)量為4 855顆，用戶規(guī)模突破260萬(wàn)，初步實(shí)現(xiàn)了年度營(yíng)收平衡。 2023年9月，中國(guó)電信基于高軌移動(dòng)通信衛(wèi)星的S波段，聯(lián)合華為公司發(fā)布的手機(jī)直連衛(wèi)星雙向語(yǔ)音通信的運(yùn)營(yíng)級(jí)產(chǎn)品，簽約用戶規(guī)模在短時(shí)間內(nèi)突破百萬(wàn)。隨后，Space X宣布將基于地面通信運(yùn)營(yíng)商的1.9 GHz低頻段用于開(kāi)展手機(jī)直連低軌星座試驗(yàn)，并于2024年1月發(fā)射了基于V2 Mini（Bus F9-3）版本的6顆試驗(yàn)衛(wèi)星。Starlink 手機(jī)直連試驗(yàn)衛(wèi)星在軌道高度爬升期間，初步實(shí)現(xiàn)了手機(jī)直連低軌衛(wèi)星發(fā)送推文、圖片及17 Mbit/s速率的單星能力。自此，手機(jī)直連衛(wèi)星徹底引爆了業(yè)界熱潮，學(xué)術(shù)界、運(yùn)營(yíng)商、產(chǎn)業(yè)鏈等各方進(jìn)一步加強(qiáng)了在手機(jī)直連衛(wèi)星賽道的技術(shù)和資源投入，紛紛制定計(jì)劃發(fā)射試驗(yàn)系統(tǒng)、開(kāi)展上星試驗(yàn)。 結(jié)合我國(guó)對(duì)低空經(jīng)濟(jì)、新能源汽車(chē)等行業(yè)的戰(zhàn)略規(guī)劃及其快速發(fā)展，衛(wèi)星通信行業(yè)對(duì)于船載、車(chē)載、機(jī)載終端直連低軌衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、物聯(lián)網(wǎng)、寬帶上網(wǎng)等能力，進(jìn)而滲透千行百業(yè)的設(shè)想逐步浮出水面，對(duì)低軌星座替代地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信能力的期盼出現(xiàn)了過(guò)熱趨勢(shì)[1-4]。 作為低軌星座系統(tǒng)的重要應(yīng)用方向之一，手機(jī)直連衛(wèi)星能否兼顧大帶寬、海量連接兩大應(yīng)用需求仍存在不確定和業(yè)界觀點(diǎn)難以統(tǒng)一的問(wèn)題。該問(wèn)題應(yīng)結(jié)合衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要應(yīng)用場(chǎng)景、建設(shè)成本、通信資費(fèi)的大眾承受度、通信承載能力、業(yè)務(wù)感知等多維因素綜合考量。

1

手機(jī)直連衛(wèi)星的技術(shù)路線

根據(jù)《電信業(yè)務(wù)分類(lèi)目錄（2015版）》[5]的規(guī)定，衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)分為衛(wèi)星移動(dòng)通信業(yè)務(wù)和衛(wèi)星固定通信業(yè)務(wù)。手機(jī)直連衛(wèi)星是傳統(tǒng)衛(wèi)星移動(dòng)通信業(yè)務(wù)下的創(chuàng)新應(yīng)用，與傳統(tǒng)的衛(wèi)星移動(dòng)通信應(yīng)用相比，手機(jī)直連衛(wèi)星應(yīng)用的用戶群體從行業(yè)用戶擴(kuò)展到了公眾用戶。而當(dāng)前手機(jī)直連衛(wèi)星成為行業(yè)焦點(diǎn)的原因之一是切實(shí)將衛(wèi)星通信的用戶群瞄準(zhǔn)了公眾消費(fèi)者。因此，手機(jī)直連衛(wèi)星聚焦的是面向公眾消費(fèi)者使用的智能手機(jī)直接與移動(dòng) 通信衛(wèi)星連接獲取通信服務(wù)的應(yīng)用形式。廣義來(lái)說(shuō)，手機(jī)直連衛(wèi)星不僅限于智能手機(jī)終端，其他終端如物聯(lián)網(wǎng)終端等也可以與衛(wèi)星進(jìn)行通信，構(gòu)成更大的通信網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前衛(wèi)星通信行業(yè)將手機(jī)直連衛(wèi)星的研發(fā)方向分為定制手機(jī)直連、存量手機(jī)直連、5G非地面網(wǎng)絡(luò)（non-terrestrial network，NTN）手機(jī)直連3種技術(shù)路線。

1.1

定制手機(jī)直連路線

定制手機(jī)直連衛(wèi)星一般由衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商、手機(jī)廠商、芯片廠商、衛(wèi)星地面段等共同合作研發(fā)，共享國(guó)際公認(rèn)的低于3 GHz的L段或S段衛(wèi)星移動(dòng)通信頻譜，定制雙模手機(jī)實(shí)現(xiàn)手機(jī)直連衛(wèi)星服務(wù)。例如：華為Mate50（4G+北斗短消息）、Mate60 Pro（5G+天通語(yǔ)音+短信），蘋(píng)果iPhone 14（5G+Globalstar短消息）等系列終端均基于該路線，提供語(yǔ)音、短信和短報(bào)文服務(wù)，我國(guó)的研究進(jìn)展暫時(shí)領(lǐng)先業(yè)界。

定制手機(jī)直連路線方案中，終端側(cè)必須支持衛(wèi)星移動(dòng)通信技術(shù)體制，因此需要在普通智能終端的硬件中額外加載所需定制的模塊，同時(shí)解決天線適配、系統(tǒng)小型化等問(wèn)題，以便支持通過(guò)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)接入的語(yǔ)音、短信等業(yè)務(wù)[6]。另外，支持衛(wèi)星專(zhuān)用體制的定制終端在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)兩種模式間的對(duì)接和轉(zhuǎn)換也是需要解決的問(wèn)題。

1.2

存量手機(jī)直連路線

存量手機(jī)的直連衛(wèi)星技術(shù)目前由國(guó)外新興低軌衛(wèi)星公司主導(dǎo)，通過(guò)與地面移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商合作，共享地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)低于3 GHz的低頻段頻譜資源，基于先進(jìn)的衛(wèi)星相控陣天線技術(shù)降低手機(jī)天線收發(fā)靈敏度，以低軌衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)地面蜂窩網(wǎng)信號(hào)（或基站上衛(wèi)星），在信關(guān)站或衛(wèi)星側(cè)實(shí)現(xiàn)多普勒效應(yīng)的預(yù)消除等技術(shù)，從而支持存量手機(jī)直連衛(wèi)星。美國(guó)Space X、AST等公司在該路線上正推進(jìn)相關(guān)試驗(yàn)，宣稱(chēng)具備發(fā)送推文、圖片和寬帶上網(wǎng)的能力，并預(yù)計(jì)2025年實(shí)現(xiàn)商用。

存量手機(jī)直連衛(wèi)星路線落地的關(guān)鍵是存量體制適配衛(wèi)星（特別是低軌衛(wèi)星星座快速變化的場(chǎng)景）需要依賴(lài)衛(wèi)星天饋系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)側(cè)增強(qiáng)來(lái)解決。衛(wèi)星平臺(tái)的設(shè)計(jì)制造水平、大規(guī)模相控陣天線的制造能力、火箭運(yùn)載規(guī)模衛(wèi)星發(fā)射能力等因素都是制約存量手機(jī)路線推廣的關(guān)鍵。

1.3

5G NTN手機(jī)直連路線

5G NTN技術(shù)是3GPP國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織主導(dǎo)，全球移動(dòng)通信設(shè)備商、運(yùn)營(yíng)商、芯片商、終端廠商、衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商等共同參與制定的非地面網(wǎng)技術(shù)體制。業(yè)界認(rèn)為，該技術(shù)是實(shí)現(xiàn)星地一張網(wǎng)、手機(jī)直連衛(wèi)星服務(wù)的重要路徑，具備與地面移動(dòng)通信網(wǎng)產(chǎn)業(yè)打通，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)規(guī)模拓展的巨大潛力[7-8]。

由于5G NTN源自5G新空口（new radio，NR）的整體技術(shù)架構(gòu)，因此可支持實(shí)現(xiàn)星地融合的天地一體化設(shè)計(jì)，為5G NR與5G NTN聯(lián)合服務(wù)提供了基礎(chǔ)。例如，在海洋通信應(yīng)用方面，5G NR可覆蓋港口及部分近海區(qū)域，而5G NTN可在中/遠(yuǎn)海區(qū)域或者地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋有欠缺的船基/岸基區(qū)域提供彌補(bǔ)服務(wù)[9]。又如，具備5G NTN能力的車(chē)聯(lián)網(wǎng)用戶可以根據(jù)用戶場(chǎng)景和需求選擇接入地面5G NR網(wǎng)絡(luò)或者5G NTN，并且可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況和用戶場(chǎng)景在地面5G NR網(wǎng)絡(luò)和5G NTN中直接切換。

5G NTN又分為窄帶IoT NTN和寬帶NR NTN。近兩年，國(guó)內(nèi)外基于IoT NTN技術(shù)的芯片（聯(lián)發(fā)科MT6825、展銳V8821）、終端模組（移遠(yuǎn)CC950U-LS）、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（中興、中信科）等產(chǎn)業(yè)取得了一定進(jìn)展，初步完成了功能性星地貫通測(cè)試。

應(yīng)用中以Skylo為代表的衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商已基于聯(lián)發(fā)科的IoT NTN芯片提供服務(wù)，使得智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)制造商能夠開(kāi)發(fā)使用衛(wèi)星連接的傳感器和可穿戴設(shè)備。2023年年底，銥星基于IoT NTN推出了“星塵計(jì)劃”提供地面窄帶物聯(lián)網(wǎng)及智能手機(jī)的語(yǔ)音、短信服務(wù)。以EchoStar、Viasat Inmarsat為代表的衛(wèi)星公司均有意復(fù)用現(xiàn)有高軌衛(wèi)星支持IoT　NTN服務(wù)，預(yù)計(jì)2029年前基于低軌衛(wèi)星系統(tǒng)的IoT NTN有望落地。面向手機(jī)直連的寬帶NR　NTN服務(wù)，預(yù)計(jì)會(huì)在2026年后逐步推進(jìn)。

2

手機(jī)直連衛(wèi)星的應(yīng)用需求

手機(jī)直連衛(wèi)星主要涉及手機(jī)、車(chē)載、船載、機(jī)載等通信終端的直連衛(wèi)星通信能力，面向無(wú)地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的消費(fèi)級(jí)用戶和行業(yè)用戶，提供語(yǔ)音、短信、寬帶上網(wǎng)等通信服務(wù)。由于中美移動(dòng)通信網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的完善程度和人群覆蓋率的差異，手機(jī)直連衛(wèi)星通信在中美兩國(guó)的主要應(yīng)用場(chǎng)景、定位和業(yè)務(wù)需求存在極大的差異。當(dāng)?shù)蛙壭l(wèi)星采用小于3 GHz的低頻段時(shí)，優(yōu)化后的衛(wèi)星天線可以小型化到適宜集成進(jìn)入手機(jī)，支撐低軌星座提供手機(jī)直連衛(wèi)星服務(wù)。而當(dāng)?shù)蛙壭l(wèi)星采用Ku、Ka等高頻段時(shí)，由于衛(wèi)星信 號(hào)的功率譜密度太低，必須采用較大尺寸的鍋型、板狀、相控陣天線用于終端側(cè)信號(hào)收發(fā)，比較適合行業(yè)級(jí)應(yīng)用，以行業(yè)終端直連衛(wèi)星模式為主[10-11]。

由于地面物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景已經(jīng)形成低成本、廣應(yīng)用的現(xiàn)狀，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)為了適配地面物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景，在成本控制方面具有較高的要求。衛(wèi)星通信相關(guān)的芯片、模組和終端，成本相比地面通信都相對(duì)較高，現(xiàn)階段天通衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模未完全打開(kāi)，亟需衛(wèi)星系統(tǒng)的IoT NTN有望落地。面向手機(jī)直連的寬帶NR NTN服務(wù)，預(yù)計(jì)會(huì)在2026年后逐步推進(jìn)。

2.1

中美基礎(chǔ)通信設(shè)施對(duì)比

中美光纖及通信基站的部署規(guī)模見(jiàn)表1，中國(guó)家庭的光纖入戶率超過(guò)93%，而美國(guó)僅25%，中國(guó)的通信基站站址數(shù)是美國(guó)的5倍、5G基站規(guī)模是美國(guó)的30倍，在地面通信基礎(chǔ)設(shè)施上，中國(guó)絕大部分用戶已實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，而美國(guó)則相差甚遠(yuǎn)。

2023年工業(yè)和信息化部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在中國(guó)，城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村已100%實(shí)現(xiàn)光纖入戶或移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋，因生活或日?；顒?dòng)區(qū)域缺乏地面通信基礎(chǔ)設(shè)施而無(wú)法接入網(wǎng)絡(luò)的用戶比例小于2%。與之相對(duì)，根據(jù)國(guó)外相關(guān)報(bào)道，美國(guó)約有2 000萬(wàn)人無(wú)法接入網(wǎng)絡(luò)，接近其人口比例的10%，同時(shí)約有1/3的美國(guó)農(nóng)戶尚未通寬帶。

因此，在中國(guó)，手機(jī)直連衛(wèi)星通信主要應(yīng)發(fā)揮應(yīng)急處理突發(fā)事件的作用，定位于地面通信網(wǎng)的補(bǔ)充覆蓋；在歐美，手機(jī)直連衛(wèi)星通信主要面向缺乏基礎(chǔ)通信設(shè)施區(qū)域的用戶群體，發(fā)揮基礎(chǔ)通信服務(wù)承載的作用，定位于基礎(chǔ)通信網(wǎng)的重要組成部分[12]。

2.1

中美手機(jī)直連衛(wèi)星業(yè)務(wù)對(duì)比

由于應(yīng)用場(chǎng)景不同，中國(guó)與歐美用戶在手機(jī)直連衛(wèi)星通信上愿付出的成本、選取的業(yè)務(wù)類(lèi)型、使用頻次等也存在極大差異。

在中國(guó)，使用衛(wèi)星通信或衛(wèi)星寬帶上網(wǎng)基本限于應(yīng)急救災(zāi)、大眾救援、野外施工、林野旅游、海洋作業(yè)等特殊場(chǎng)景，大部分通信需求或成本可接受的通信服務(wù)還是以通信接通為主，即資費(fèi)較低的語(yǔ)音、短數(shù)據(jù)、物聯(lián)類(lèi)應(yīng)用；在美國(guó)，通過(guò)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)使用語(yǔ)音、寬帶上網(wǎng)等服務(wù)則是部分人口的通信剛需。

鑒于中美兩國(guó)民眾對(duì)手機(jī)直連衛(wèi)星業(yè)務(wù)需求類(lèi)型的差異，2023年9月，中國(guó)電信發(fā)布的手機(jī)直連衛(wèi)星語(yǔ)音服務(wù)僅收取10元的月功能費(fèi)、且能自由訂閱和退訂，通過(guò)低價(jià)策略以培養(yǎng)用戶習(xí)慣；同時(shí)，Starlink對(duì)在歐美發(fā)展的衛(wèi)星寬帶上網(wǎng)用戶（未手機(jī)直連）收取150～250美元的月功能費(fèi)，該價(jià)格仍能被大量民眾接受。

由于衛(wèi)星服務(wù)設(shè)計(jì)貼合用戶需求，自2023年9月至2024年3月，中國(guó)電信新發(fā)展的手機(jī)直連衛(wèi)星語(yǔ)音用戶已過(guò)百萬(wàn)，Starlink新增衛(wèi)星寬帶上網(wǎng)用戶已超過(guò)50萬(wàn)。

2.3

手機(jī)直連衛(wèi)星與地面網(wǎng)的資費(fèi)比較

2.3.1 應(yīng)急語(yǔ)音、短信類(lèi)衛(wèi)星通信資費(fèi)

應(yīng)急語(yǔ)音、短信類(lèi)手機(jī)直連衛(wèi)星通信服務(wù)能為民眾所接受的資費(fèi)價(jià)格或成本約為10～30元/月。

在國(guó)內(nèi)，2023年9月中國(guó)電信推出的手機(jī)直連衛(wèi)星產(chǎn)品，主要面向及使用集成衛(wèi)星語(yǔ)音、短信等能力的大眾消費(fèi)類(lèi)終端用戶，按當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品資費(fèi)，簽約用戶在衛(wèi)星通信服務(wù)的每用戶平均收入（average revenue per user，ARPU）增值約為10元/（月·戶）。

在國(guó)外，自2022年至2023年，美國(guó)蘋(píng)果公司通過(guò)在iPhone終端上集成Globalstar的低軌星座短報(bào)文能力，為iPhone14用戶免費(fèi)提供兩年SOS應(yīng)急救援衛(wèi)星短報(bào)文通信能力。根據(jù)業(yè)界相關(guān)報(bào)道，蘋(píng)果公司為此已累計(jì)向Globalstar支付52.52億美元，iPhone14在2023年的全球銷(xiāo)售量為4 500萬(wàn)部，換算后iPhone14提供的手機(jī)直連衛(wèi)星短報(bào)文服務(wù)的成本為30元/（月·戶）。

2.3.2 國(guó)外地面與衛(wèi)星寬帶上網(wǎng)資費(fèi)

美國(guó)高低軌、地面通信網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商上網(wǎng)資費(fèi)一覽見(jiàn)表2，整理的國(guó)信證券調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，國(guó)外傳統(tǒng)高軌衛(wèi)星寬帶上網(wǎng)的資費(fèi)為每月50～100美元，國(guó)外地面移動(dòng)通信網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的資費(fèi)為每月25～35美元，而Starlink面向消費(fèi)級(jí)用戶的低軌星座寬帶上網(wǎng)資費(fèi)約為每月150美元、商業(yè)/行業(yè)用戶的資費(fèi)約為每月250美元。考慮美國(guó)地面5G基站的部署有限，通過(guò)地面通信網(wǎng)可獲得的上網(wǎng)速率相比Starlink無(wú)優(yōu)勢(shì)，故Starlink的資費(fèi)在基礎(chǔ)設(shè)施欠缺的區(qū)域尚有一定競(jìng)爭(zhēng)力。

2.3.3 國(guó)內(nèi)地面移動(dòng)通信資費(fèi)在考慮業(yè)務(wù)質(zhì)量（語(yǔ)音與短信主被叫隨遇接通，數(shù)據(jù)上網(wǎng)大于4 Mbit/s）相近的前提下，已被培養(yǎng)低價(jià)高質(zhì)體驗(yàn)的國(guó)內(nèi)消費(fèi)者在選取衛(wèi)星通信前會(huì)重點(diǎn)關(guān)注資費(fèi)價(jià)格。2023年中財(cái)報(bào)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通三大運(yùn)營(yíng)商移動(dòng)用戶的每月平均ARPU值是52元、46元和44元，3家的單用戶平均ARPU值為50元。該費(fèi)用僅為Starlink消費(fèi)者套餐的6%，且國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商的寬帶上網(wǎng)速率感知不弱于Starlink低軌星座，還提供單獨(dú)的語(yǔ)音服務(wù)時(shí)長(zhǎng)。 由上述分析可知，在國(guó)內(nèi)，手機(jī)直連衛(wèi)星產(chǎn)品，由于資費(fèi)價(jià)格，更適合作為一種應(yīng)急、野外、海洋等場(chǎng)景下的低價(jià)格增值服務(wù)，以補(bǔ)充地面網(wǎng)覆蓋的不足。在“寧可備而不用、不可用時(shí)無(wú)備”的思想逐漸深入人心的背景下，手機(jī)直連衛(wèi)星正快速成為手機(jī)、汽車(chē)等端側(cè)產(chǎn)品的標(biāo)配，但實(shí)際用戶愿意支付的資費(fèi)價(jià)格和預(yù)計(jì)業(yè)務(wù)使用率會(huì)遠(yuǎn)低于地面移動(dòng)通信網(wǎng)的話務(wù)模式。

3

手機(jī)直連低軌衛(wèi)星的

星座建設(shè)成本及運(yùn)營(yíng)分析

按業(yè)務(wù)類(lèi)型分，大帶寬和海量連接是兩類(lèi)完全不同的能力要求，在手機(jī)直連低軌衛(wèi)星系統(tǒng)同時(shí)面向兩大業(yè)務(wù)場(chǎng)景提供服務(wù)時(shí)，要統(tǒng)籌考慮建設(shè)成本、承載能力和消費(fèi)級(jí)的價(jià)格接受度，才能較清晰地分析未來(lái)手機(jī)直連衛(wèi)星規(guī)?；闹饕獞?yīng)用方向和業(yè)務(wù)類(lèi)型。

3.1 手機(jī)直連低軌星座的建設(shè)成本分析

以低軌星座運(yùn)營(yíng)商的業(yè)界頭部企業(yè)Starlink為例。Starlink報(bào)送美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（Federal Communications Commission，F(xiàn)CC）的資料顯示，其計(jì)劃建設(shè)的手機(jī)直連低軌星座系統(tǒng)共有2 016顆衛(wèi)星、軌道高度為525km，每個(gè)軌道72顆衛(wèi)星、支持星間鏈，單星支持256波束、采用波束凝視模式、預(yù)計(jì)可連續(xù)覆蓋約50萬(wàn)平方千米，全部部署后可實(shí)現(xiàn)全球連續(xù)覆蓋。 低軌星座的建設(shè)成本主要包括衛(wèi)星研制、火箭發(fā)射兩部分。國(guó)信證券相關(guān)研究報(bào)告顯示，Satrlink不同版本衛(wèi)星研制及發(fā)射成本見(jiàn)表3，在采用最新技術(shù)以及星艦可回收重復(fù)發(fā)射20次的前提下，基于V2版本且規(guī)模量產(chǎn)后單星造價(jià)為240萬(wàn)美元的條件下，Starlink要部署由2 000顆衛(wèi)星組成的手機(jī)直連低軌星座，保守估計(jì)，其總成本不低于60億美元（接近500億元）。

相關(guān)報(bào)告分析，基于星艦單次發(fā)射的燃料成本約200萬(wàn)美元，火箭成本約5億美元。若火箭按可回收重復(fù)發(fā)射20次計(jì)算，則星艦單次發(fā)射成本約為3 000萬(wàn)美元，按50顆手機(jī)直連低軌衛(wèi)星平攤（V2 Bus Starship-2版本），則發(fā)射單價(jià)為300美元/kg。該成本僅為目前國(guó)內(nèi)民營(yíng)航天發(fā)射單價(jià)（2萬(wàn)元/kg）的1/10～1/9。 若由國(guó)內(nèi)企業(yè)建設(shè)手機(jī)直連低軌星座，假設(shè)按單星成本5 000萬(wàn)元估算（衛(wèi)星研制加發(fā)射），則國(guó)內(nèi)建設(shè)上述衛(wèi)星系統(tǒng)預(yù)計(jì)約需1 000億元

3.2 手機(jī)直連低軌星座的營(yíng)收需求分析

低軌衛(wèi)星的有效運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為5～7年，按7年迭代更新周期計(jì)算，基于2 000顆衛(wèi)星的建設(shè)成本，則Starlink的手機(jī)直連低軌星座每月約需6億元的營(yíng)收額才能實(shí)現(xiàn)投入和產(chǎn)出平衡。如果以國(guó)內(nèi)當(dāng)前部署低軌星座的技術(shù)能力和成本估算，則國(guó)內(nèi)同等規(guī)模的低軌星座系統(tǒng)每月約需12億元的營(yíng)收額才能達(dá)到投入和產(chǎn)出平衡。 考慮到近年來(lái)國(guó)際形勢(shì)日趨嚴(yán)峻、美國(guó)正對(duì)中國(guó)進(jìn)行各領(lǐng)域的圍堵和斷鏈，短期內(nèi)我國(guó)手機(jī)直連低軌星座基本以國(guó)內(nèi)用戶為主?；谖覈?guó)消費(fèi)者使用通信服務(wù)的習(xí)慣及價(jià)格敏感性考慮，假設(shè)手機(jī)直連衛(wèi)星的單用戶ARPU值與國(guó)內(nèi)地面網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商一致，即50元/月，則在國(guó)內(nèi)至少需發(fā)展2 400萬(wàn)用戶才能初步達(dá)到營(yíng)收平衡，且這類(lèi)用戶需要享有不低于地面通信網(wǎng)的日常通信服務(wù)能力和業(yè)務(wù)感知。

3.3 手機(jī)直連低軌星座的用戶感知分析

按業(yè)界最新的低軌星座承載能力，第3.2節(jié)推算的2 400萬(wàn)國(guó)內(nèi)用戶難以享有與地面移動(dòng)通信網(wǎng)相同水平的服務(wù)能力和質(zhì)量。 首先，低軌衛(wèi)星在地球上空處于高速移動(dòng)狀態(tài)，如在距地500km高度的地球低軌道區(qū)間，圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)一周大約需要94 min，按中國(guó)陸地面積占地球表面積約2%的比例測(cè)算，2 000顆低軌衛(wèi)星組成的星座在同一時(shí)間處于中國(guó)陸地上空的衛(wèi)星僅有40余顆，由此每顆中國(guó)陸地上空的衛(wèi)星平均需承載60萬(wàn)用戶的日常通信需求。根據(jù)地面通信網(wǎng)的話務(wù)模型經(jīng)驗(yàn)，按話務(wù)忙時(shí)50%用戶激活率的保守估計(jì)，話務(wù)忙時(shí)每顆衛(wèi)星需要承載30萬(wàn)用戶的通信需求，假設(shè)每用戶在忙時(shí)僅使用20 min衛(wèi)星通信服務(wù)，則忙時(shí)單星需支持10萬(wàn)用戶的并發(fā)能力。如單星上配置的手機(jī)直連低頻帶寬達(dá)2×100 MHz，綜合2024年3月Starlink基于2×10 MHz系統(tǒng)帶寬測(cè)得17 Mbit/s手機(jī)直連通信速率峰值與地面通信網(wǎng)平均1.7 bit/Hz的經(jīng)驗(yàn)頻譜效率估算，如手機(jī)直連低軌衛(wèi)星具備32個(gè)波束同時(shí)工作的能力，按照波束頻段四色復(fù)用規(guī)避自干擾的設(shè)計(jì)，單用戶平均通信速率僅為13.6 kbit/s，僅為地面移動(dòng)網(wǎng)第二代通信系統(tǒng)的能力，即以語(yǔ)音、短信業(yè)務(wù)為主。 理想情況下，假如部署的手機(jī)直連低軌星座能達(dá)到6萬(wàn)顆的巨型規(guī)模，且衛(wèi)星可用低頻帶寬為2×100 MHz，當(dāng)在中國(guó)區(qū)發(fā)展2 400萬(wàn)用戶時(shí)，中國(guó)區(qū)單用戶的通信速率僅為400 kbit/s，尚不足地面移動(dòng)網(wǎng)第四代通信系統(tǒng)服務(wù)能力的1/5。 另外，部署上述低軌巨型星座的代價(jià)高昂。一是星座的建設(shè)投入預(yù)計(jì)高達(dá)2萬(wàn)～3萬(wàn)億元；二是星座需占用國(guó)內(nèi)地面三大移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商在Band3或Band1頻段的整個(gè)頻率，基于該頻段服務(wù)地面通信產(chǎn)業(yè)鏈上下游的電子產(chǎn)業(yè)、通信產(chǎn)業(yè)相關(guān)企業(yè)將受到巨大沖擊，涉及每年為國(guó)家貢獻(xiàn)數(shù)萬(wàn)億GDP的產(chǎn)業(yè)群；三是由于衛(wèi)星部署需考慮星間安全距離等因素，低頻頻率資源用于低軌衛(wèi)星的使用效率遠(yuǎn)不及地面移動(dòng)通信基站[13]。 當(dāng)前國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商為用戶提供的通信服務(wù)主要基于4G和5G移動(dòng)通信系統(tǒng)，能為每個(gè)用戶提供4 Mbit/s以上速率的通信承載能力。由此可見(jiàn)，低軌星座為用戶提供日常通信服務(wù)時(shí)的規(guī)?；休d能力遠(yuǎn)不及地面移動(dòng)通信網(wǎng)，在同等資費(fèi)條件下，國(guó)內(nèi)用戶基本不會(huì)選取手機(jī)直連衛(wèi)星通信作為自身的主要通信手段[14]。

3.4 面向低空經(jīng)濟(jì)的直連衛(wèi)星承載能力分析

即使面向行業(yè)用戶，也存在小規(guī)模低軌星座容量不足以承載規(guī)模化行業(yè)需求、巨型低軌星座代價(jià)太高的情況[15]。本節(jié)以低空飛行器的通信傳輸需求為例進(jìn)行說(shuō)明。3.4.1 低空經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域低空一般指從100 m到6 000 m之間的空域。低空飛行器類(lèi)型如圖1所示，低空航空器類(lèi)型一般分為載人飛行器、物流無(wú)人機(jī)、行業(yè)無(wú)人機(jī)和消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)，其應(yīng)用場(chǎng)景包括載人交通、安全巡檢、農(nóng)林保值、地理測(cè)繪、安防監(jiān)控、快遞物流和應(yīng)急等。

低空經(jīng)濟(jì)作為新質(zhì)生產(chǎn)力的代表，成為各方看好的新賽道。低空經(jīng)濟(jì)是以各種有人駕駛和無(wú)人駕駛航空器的低空飛行活動(dòng)（低空飛行產(chǎn)品/服務(wù)）為牽引，帶動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域融合發(fā)展的綜合性經(jīng)濟(jì)形態(tài)。涵蓋農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)等，貫通制造、飛行、保障、服務(wù)等領(lǐng)域，具有“多領(lǐng)域、跨行業(yè)、全鏈條”的特點(diǎn)[16-17]。

云圖智行披露的信息顯示，2023年全國(guó)低空經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)規(guī)模約為2.5萬(wàn)億元。《國(guó)家立體交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃綱要》中明確，至2035年，國(guó)內(nèi)支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展的商用和工業(yè)級(jí)飛行器預(yù)期達(dá)到2 600萬(wàn)架，無(wú)人機(jī)駕駛員需求也將增長(zhǎng)到63萬(wàn)名。3.4.2 低空經(jīng)濟(jì)的通信需求分析借助地面移動(dòng)通信網(wǎng)和衛(wèi)星通信網(wǎng)的通信管道，低空運(yùn)管服系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)低空航空器的全程監(jiān)管[18]。根據(jù)調(diào)查，各類(lèi)低空應(yīng)用場(chǎng)景的通信需求見(jiàn)表4。

以使用頻次最高的低空物流和未來(lái)交通為例，基于我國(guó)政府預(yù)測(cè)的2035年2 600萬(wàn)的商用和工業(yè)級(jí)飛行器規(guī)模，假如其中90%用于物流、10%用于未來(lái)交通，則測(cè)算得出的上行通信速率總計(jì)約需82.68 Tbit/s、下行約需15.6 Tbit/s。 根據(jù)Starlink發(fā)布的信息，其V2版衛(wèi)星在采用Ka、Ku頻段提供寬帶上網(wǎng)服務(wù)時(shí)，單星通信速率最高預(yù)計(jì)可達(dá)170 Gbit/s，中國(guó)區(qū)至少需要約500顆低軌衛(wèi)星才能滿足2035年中國(guó)區(qū)低空飛行器群的實(shí)時(shí)通信需求，推測(cè)該低軌星座的整體規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)2萬(wàn)顆衛(wèi)星，建設(shè)成本約需1萬(wàn)億元?？紤]低軌衛(wèi)星生命周期為7年，最終計(jì)算得出單架飛行器需支付的通信資費(fèi)約為3 200元/月。在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的用戶習(xí)慣和地面網(wǎng)通信資費(fèi)狀況下，低空飛行器用戶對(duì)上述通信費(fèi)用基本不可接受。即使可通過(guò)海外發(fā)展部分用戶承擔(dān)星座建設(shè)成本，但代價(jià)仍然太高。3.5 面向低速海量連接的手機(jī)直連服務(wù)能力分析前面各節(jié)主要基于用戶日常通信中的語(yǔ)音、寬帶上網(wǎng)等綜合需求，采取“盡力而為”模式來(lái)評(píng)估手機(jī)直連低軌星座的成本、效益和用戶感知。假設(shè)將手機(jī)直連低軌衛(wèi)星的業(yè)務(wù)類(lèi)型限定于語(yǔ)音（2.4 kbit/s）和低速數(shù)據(jù)（＜50 kbit/s）為主的應(yīng)急和非消費(fèi)級(jí)的日常通信需求，則隨著話務(wù)模型的變化，直連衛(wèi)星通信服務(wù)的資費(fèi)可以更低、可發(fā)展用戶規(guī)模呈數(shù)十倍增加、單用戶使用衛(wèi)星服務(wù)時(shí)的感知大幅提升。 以國(guó)內(nèi)部署2 000顆衛(wèi)星的手機(jī)直連低軌星座為例，預(yù)計(jì)投資1 000億元。面向應(yīng)急場(chǎng)景模式下的營(yíng)收分析見(jiàn)表5，采用應(yīng)急通信模式時(shí)，衛(wèi)星通信以增值業(yè)務(wù)方式簽約，單用戶的ARPU值降低為5元、通信速率提升至50 kbit/s級(jí)別，語(yǔ)音、圖文和小視頻業(yè)務(wù)可順利承載，國(guó)內(nèi)可發(fā)展的用戶規(guī)模能擴(kuò)展到3億，單月?tīng)I(yíng)收可增長(zhǎng)到15億元。該模式在提升用戶感知的同時(shí)，也易于實(shí)現(xiàn)低軌星座的成本收回。面向應(yīng)急場(chǎng)景時(shí)，手機(jī)直連低軌星座主要提供的是語(yǔ)音、物聯(lián)、中低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，通過(guò)限定用戶使用次數(shù)、時(shí)長(zhǎng)或流量，提供海量連接能力，將低軌星座資源發(fā)揮到極致。 采用類(lèi)似思路，面向低空經(jīng)濟(jì)的終端直連低軌星座如果以提供海量連接、保持連接不中斷為主要目標(biāo)，拋棄對(duì)寬帶回傳的過(guò)高要求時(shí)，低軌星座的總體規(guī)模和建設(shè)成本將大幅下降，更容易形成營(yíng)收平衡，潛在可發(fā)展的用戶規(guī)模也將大幅提升。假設(shè)2035年低空飛行器規(guī)模增至2 600萬(wàn)臺(tái)，采取海量連接的業(yè)務(wù)模式、單用戶衛(wèi)星通信速率限定不高于100 kbit/s，衛(wèi)星通道常在線且僅傳送飛行器姿態(tài)、狀態(tài)、位置、控制指令等低速數(shù)據(jù)時(shí)，低軌星座的規(guī)模將大幅降低到800顆，單用戶資費(fèi)下降到128元/（月·戶），更易被低空行業(yè)接受。面向低空的衛(wèi)星通信模式、成本和資費(fèi)對(duì)比見(jiàn)表6。

4

結(jié)束語(yǔ)

本在中國(guó)，衛(wèi)星通信服務(wù)應(yīng)更多面向應(yīng)急、防災(zāi)、救援等特定場(chǎng)景或大眾消費(fèi)者的特定時(shí)刻，作為語(yǔ)音、低速數(shù)據(jù)等通信保底手段的形式存在。如果期望手機(jī)直連低軌星座系統(tǒng)作為面向大眾消費(fèi)者、行業(yè)普及化、日?；耐ㄐ攀侄?，其建設(shè)成本、營(yíng)收壓力和地面通信網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)都將面臨不可測(cè)的影響和巨大沖擊。

根據(jù)本文分析，建議業(yè)界后續(xù)聚焦廣覆蓋下的應(yīng)急處突、海量連接、中低速數(shù)據(jù)速率等衛(wèi)星通信主要業(yè)務(wù)類(lèi)型和應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)手機(jī)直連低軌星座的技術(shù)體制進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，基于天地一體化，共同推進(jìn)我國(guó)低軌星座系統(tǒng)的健康發(fā)展和技術(shù)演進(jìn)。

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