物聯網概念一經提出就成為研究的熱點，其應用已經涉及人類活動的各個領域，根據Machina Research預測，到2025年世界范圍內的物聯網連接將達到甚至超過270億，突顯出巨大的潛力。但對于依靠無線接入的物聯網來說，除了要有物聯網終端外，必須要有一個由足夠多的基站構成的通信網絡。

如今物聯網社保進行通信交流，最主要的方式，就是依賴于各種通信技術，依賴于基站和天線。其實，對于大部分陸地地區來說，這種常規模式，是可以滿足要求的。但是像海洋、戈壁沙漠、深山老林這樣的區域均是無法建立基站的：

• 首先，基站建設和維護存在工程和技術上的困難;
• 其次，建設資金也會非常昂貴，利用率和回報率太低;
• 再次，在發生自然災害時(如洪澇、地震、海嘯等)，地面網絡容易被損壞。

既然有問題，就要解決。要想覆蓋好，就往高處跑。除了傳統陸地基站之外，人們自然而然就想到，是不是可以將基站搬到“天上”，即建立衛星通信，使之成為地面基站通信的補充和延伸!

一、衛星物聯網概述

1. 什么是衛星物聯網

衛星通信技術(Satellite communication technology)是一種利用人造地球衛星作為中繼站來轉發無線電波而進行的兩個或多個終端之間的通信。從物聯網的角度來說，衛星物聯網的本質，是以航天技術為手段，借助社會和資本的資源，實現“全球”萬物互聯的商業價值。

衛星通信系統，一般由空間分系統、通信地球站、跟蹤遙測及指令分系統和監控管理分系統等四部分組成。在若干個軌道平面上布置多顆衛星，由通信鏈路將多個軌道平面上的衛星聯結起來。整個星座如同結構上連成一體的大型平臺，在地球表面形成蜂窩狀服務小區，服務區內用戶至少被一顆衛星覆蓋，用戶可以隨時接入系統。

衛星通信系統

建立衛星通信的優勢也很明顯：

• 通信容量大，衛星通信一般使用1~10GHz的微波波段，有很寬的頻率范圍，可在兩點間提供多條話路，提供每秒百兆比特的中高數據通道。
• 覆蓋面廣，全球無縫連接，通過多顆低軌衛星構成星座實現全球無縫覆蓋(含南北兩極)，提高物聯網的覆蓋范圍;
• 通信穩定性好，衛星鏈路大部分在大氣層以上的宇宙空間，屬恒參信道，傳輸損耗性小，電波傳播穩定，不受通信兩點間各種自然環境和人為因素的影響;
• 實現見天通，解決特定地形內(如 GEO 衛星視線受限的城市、峽谷、山區、叢林等區域)通信效果不佳問題;
• 組網方便，緩解 GEO 衛星軌道位置和頻率協調難度大的問題

2. 低軌衛星通信系統

按照衛星軌道高度的不同，通信衛星可以分為低軌通信衛星(LEO)、中軌通信衛星(MEO)和高軌地球同步通信衛星(GEO)。LEO衛星軌道高度500km~2000km，MEO衛星軌道高度2000km~36000km，GEO衛星軌道高度為36000km。

低軌道衛星通信最為人們所偏愛：一方面衛星的軌道高度低，使得傳輸延時短，路徑損耗小，多個衛星組成的星座可以實現真正的全球覆蓋，頻率復用更有效;另一方面蜂窩通信、多址、點波束、頻率復用等技術也為低軌道衛星移動通信提供了技術保障。因此，LEO系統被認為是最有應用前景的衛星移動通信技術之一。

低軌衛星通信系統也存在固有的缺點，如衛星數量較多，由此帶來地面控制、維護系統比較復雜等問題，如技術瓶頸，存在通話質量、數據傳輸速率和使用成本等問題，但隨著近二十年來通信技術、微電子技術的飛速發展，通信系統信號處理能力、通信帶寬不斷提升，從目前仍在運行的銥星二代、全球星等低軌衛星通信系統使用情況來看，困擾早期銥星系統的掉線率高等技術問題已經得到有效解決，為低軌衛星通信的普及應用掃清了障礙。

二、衛星物聯網發展現狀

傳統衛星通信產業主要由政府驅動，是政府出資、政府使用，各類衛星通信系統屬于國有的天基基礎設施。然而，過去十年，商業航天產業吸引了超過130 億美元的投資，其中1/5 來自于投資公司和私營企業，其中半數以上都來自衛星通信產業。充滿活力的私營企業期待的不僅僅是資本回報，更加看重充滿希望的發展前景。

1. 國際衛星物聯網產業發展現狀

國外衛星移動通信分兩個階段，早期最有代表性的低軌衛星移動通信系統是銥星系統(Iridium)和全球星系統(Globalstar)系統。由于當時對衛星移動通信信道的理解不夠深入，以及移動終端小型化的技術也不成熟，銥星系統、全球星系統都面臨GSM手機強有力的競爭，在使用費用、終端成本、數據傳輸速率等方面都不占優勢的情況下難以普及，只能應用于緊急救援、海事通信、軍用通信等特殊領域。

在隨后的 20 年中，很多研究機構和大學對衛星移動通信信道開展了大量的實驗和研究，航天科技和電子信息技術的進步降低了衛星研制、量產和發射的成本，而衛星通信資費的降低和數據傳輸速率的提升又催生出無時無刻的互聯網接入和大數據需求，面對廣闊的市場需求，低軌衛星通信的復興也自然水到渠成。

(1) 國外衛星物聯網企業項目大盤點

1)銥星系統

銥星系統，又稱銥星計劃，是美國摩托羅拉公司提出的第 一代真正依靠衛星通信系統提供聯絡的全球個人通信方式。銥星系統是由66顆由無線鏈路相連的衛星(外加6顆備用衛星)組成的一個空間網絡。設計時原定發射77顆衛星，后期為減少投資規模，簡化結構以及增強與其他LEO系統的競爭能力，摩托羅拉公司將其衛星數降低到66顆。

當時銥系統是設計方案中最為完整、具體的，進展也很快，是十分有前景的方案，但系統仍存在不足：

• 一是技術方面，受當時設備性能制約，系統切換掉線率高達15%，嚴重影響通話質量，并且數據傳輸速率僅有2.4kb/s;
• 二是成本方面，與GSM等系統終端相比，暴露出業務收費高、有地區差異、手機價格高等問題，導致1998 年底才投入運行，之后公司于2000年左右就宣告破產。

銥星二代系統：

新銥星公司于2007年提出銥星二代(Iridium Next)計劃，該計劃同樣由 66 顆衛星組成，此外還有 6 顆規定冗余衛星，以及 9 座地面冗余。銥星二代保持了與第 一代同樣的星座構型，主要是做了能力升級與一些新業務的拓展。Iridium Next主要瞄準IP寬帶網絡化和載荷能力的可擴展、可升級，這些能力使得它能夠適應未來空間信息應用的復雜需求，但對于當前日益增多的移動互聯網需求，尤其是5G通訊時代的來臨，銥星二代系統數據傳輸能力仍顯不足。

2)全球星系統

全球星(Globalstar)系統是美國LQSS(Loral Qualcomm Satellite Service)公司于1991年6月向美國聯邦通信委員會(FCC)提出的低軌衛星移動通信系統。根據計劃，全球星系統計劃在1997年底發射12～16顆衛星，并于1998年發射其他的衛星。按目前全球星(Globalstar)系統合作伙伴的分布情況來看，它可以為33個國家提供服務。

為了適應移動終端對數據傳輸量不斷提高的需求，全球星系統于2010年開始建設Globalstar-2系統，并于2013年完成了由24顆衛星組成的低軌移動衛星通信星座的部署。Globalstar-2衛星系統推出了基于衛星的WiFi服務，也叫Sat-Fi。Sat-Fi路由器與衛星相連形成熱點，用戶直接通過智能手機安裝APP連接后就能上網，可以實現話音、郵件、短消息等業務。

3)SpaceX公司的“星鏈”計劃

2015年1月，馬斯克宣布了SpaceX的衛星互聯網服務的計劃。SpaceX計劃將約1.2萬顆通信衛星發射到軌道，并從2020年開始工作。這一項目被命名為“星鏈”(Starlink)

星鏈計劃分三步走。完成后，就在近地軌道組成了兩層龐大的衛星星座，內層340公里軌道高度的7518顆衛星與外層的1000多公里軌道高度的4425顆衛星組成的11943顆衛星星座占據了上圖的黃 色區域，與傳統的地球靜止軌道的紅色區域形成了較為鮮明的對比。

4)One Web

OneWeb創辦于2012年，主要致力于構建覆蓋全球的高速寬帶網絡，為世界各地提供高速寬帶服務。它是少數幾家計劃建造、發射和運營數千顆小型衛星以提供全球網路撥接服務的初創企業之一。

OneWeb計劃通過發射超過600個小衛星到低軌道創建覆蓋全球的高速電信網絡。所設想的網絡將允許用戶即使在基于地面的基礎設施被損壞時 (例如在災難中) ，也能與他人進行通信。目前該項目已經獲得了軟銀、高通、可口可樂、空中客車等巨頭的投資。

5)O3B

O3b是other 3 billion的簡稱，成立于2007年，意在為全球“另外30億”沒有網絡覆蓋的人提供網絡服務。不同于One Web，O3b使用的是中地球軌道(距離地球約 8000 千米)衛星，這樣的距離下，數據來回傳輸需要 150 毫秒。這些衛星向地球發射 120 個可調節方向的互聯網光束，每個光束可以覆蓋直徑為 400 英里(約 644 公里)的區域。區域中的任何人都可以以光纖的速度接入互聯網。

目前，O3b 已擁有 16 顆運行中的中地球軌道衛星，覆蓋世界大片區域，包括熱帶地區、太平洋許多島嶼、海上鉆井平臺以及大型郵輪。已經獲得累計超過10億美元融資，投資方包括Google、衛星巨頭SES、有線電視運營商Liberty Global、投資銀行Allen&Company、南非開發銀行等。

2. 中國衛星物聯網產業發展現狀

(1) 世界各國軌道頻譜資源競爭激烈

軌道和頻譜是通信衛星能夠正常運行的先決條件，面對有限的軌道、頻譜資源，國外公司紛紛推出自己的低軌通信衛星建造計劃，甚至SpaceX的Starlink計劃衛星數量達到驚人的12000顆，爭取在低軌衛星通信系統組網建設上占得先機，“跑馬圈地”意圖明顯。

目前，國外已經公布的低軌通信衛星方案中，衛星總數量約為23892顆，衛星軌道高度主要集中在1000~1500km之間，頻段主要集中在Ka、Ku和V頻段，在軌道高度十分有限、頻段高度集中的情況下，衛星軌道和頻譜的競爭將愈加激烈。由于軌道和頻譜在國際電信聯盟的有效占有時間有限，不如期發射衛星，原有軌道和頻譜將失效，因此，預計下一階段各家公司將搶先發射衛星，以實際占有軌道和頻譜!

(2) 中國力量加入低軌通信衛星競爭陣營

我國疆域遼闊，自然地形復雜。在面對偏遠山區的自然村落時，與地面光纜相比，“從天上”解決成本更低，并且能夠同時解決海上通信問題。2016年12月的《十三五國家信息化規劃》中也明確提及“通過移動蜂窩、光纖、低軌衛星等多種方式，完善邊遠地區及貧困地區的網絡覆蓋。”

我國目前的衛星通信系統主要有衛星廣播通信、衛星寬帶互聯網和衛星移動通信三種類型：

• 在衛星廣播通信領域，主要建設發展中星、亞太系列通信廣播衛星系統，在軌運行的民用通信衛星約15顆，通信業務基本實現亞洲、歐洲、非洲、太平洋等區域覆蓋，在全球衛星空間段運營服務商排名第六位。
• 在衛星寬帶互聯網領域，我國高通量寬帶衛星發展剛剛起步，整體技術水平、系統容量和服務能力與國外先進衛星系統尚有差距。
• 在衛星移動通信領域，2016年我國發射的“天通一號”01星是我國自主建設的首顆移動通信衛星，支持最 低1.2Kbps電路域話音、最 高分組域384Kbps的數據業務，移動寬帶服務能力較為薄弱，與OneWeb約50Mbps的數據接入能力相比有明顯差距，難以滿足當前地面移動通信寬帶服務需求。

3. 盤點國內衛星物聯網企業項目

據《華爾街日報》報道，2018年底中國已有約80家太空技術初創企業投入這一領域，太空已成中國商界的“新邊疆”。

• 備受關注的就是中國航天科技集團的鴻雁星座計劃。中國鴻雁星座由300顆低軌道小衛星及全球數據業務處理中心組成，具有全天候、全時段及在復雜地形條件下的實時雙向通信能力，可為用戶提供全球實時數據通信和綜合信息服務。
• 中國航天科工集團的虹云工程計劃，中國虹云工程計劃發射156顆小衛星，在距離地面1000公里的軌道上組網運行，構建一個星載天基寬帶全球移動互聯網絡，以滿足中國及國際互聯網欠發達地區、規模化用戶單元同時共享寬帶接入互聯網的需求。虹云工程預計在2022年完成部署，并在2018年發射首顆衛星。
• 九天微星成立于2015年6月，主要研發小衛星總體設計、關鍵載荷研發和組網等技術，主做微小衛星創新應用與星座組網運營，按照計劃，2018下半年九天微星將發射“一箭七星”的“瓢蟲系列”，未來近百顆物聯網衛星將發射升空。
• 天啟物聯網星座由北京國電高科科技有限公司部署和運營，該公司在2018年10月底發射首顆衛星，計劃到2021年前部署完成有38顆低軌衛星組成的覆蓋的全球的物聯網數據通信星座，天啟物聯網星座除能有效解決地面網絡覆蓋盲區的物聯網應用，廣泛應用于地質災害、水利、環保、氣象、交通運輸、海事和航空等行業部門的監測通信需求，服務國家軍民融合戰略，還能有效解決制約智能集裝箱產業發展的關鍵通信問題，從而極大加速這個百億級市場的產業化進程。

三、衛星物聯網產業鏈分析

據美國衛星工業協會(SIA)發布的數據，2017年全球衛星產業收入2690億美元，從衛星產業占比上來看，衛星制造業收入為155億美元，占比約為6%;衛星發射產業收入46億美元，占比約為2%;地面設備產業收入1198億美元，占比約為45%;衛星服務產業收入1287億美元，占比約為48%。由此可見，衛星制造、衛星發射所占整個衛星產業鏈產值規模不足10%，前期投入衛星組網建設的費用，對整個產業鏈將帶來超過10倍的產值規模。

依此估算，“鴻雁”和“虹云”低軌衛星通信系統組網 投費用入估計將超過300億人民幣，根根據SIA的數據，對于衛星產業鏈，組網建設費用約占產業鏈總產值的7.5%，由此測算，后期地面設備投入將約為1784億元，帶來的衛星與地面服務產值將達到約1916億元，因此，低軌衛星通信產業鏈總體產值將超過4000億元。

• 衛星組網領域：在低軌衛星通信產業鏈中，衛星組網包括衛星制造與衛星發射兩部分，將是全產業鏈先受益的部分。

這部分主要參與者為航天科技集團下屬航天一院、航天五院、航天八院和航天九院，以及航天科工集團下屬航天二院，涉及的上市公司主要有與衛星制造、火箭發射直接相關的中國衛星(600118.SH)、航天電子(600879.SH)，以及與衛星組網間接相關的航天發展(000547.SZ)、航天機電(600151.SH)等。

地面設備領域：地面設備包括衛星地面接收站、移動衛星終端等，預計在低軌衛星通信建設初期，將類似3GPP提出的框架結構，即大部分移動終端設備利用地面網絡，通過衛星信號地面接收站實現全球通信服務，小部分海上、偏遠地區使用移動衛星終端直接與衛星實現通信，這部分用戶類似目前天通衛星、天通手機的直連模式，華力創通(300045.SZ)、中興通訊(000063.SZ)都已經開發了天通手機，具有前期優勢，后期隨著這部分市場的逐步壯大，其他廠商也將加入移動衛星終端的競爭中。

衛星與地面通訊服務領域：三大傳統運營商仍是地面通信的主體，東方紅移動是開展低軌衛星通信服務運營的公司，公司未來發展值得期待。

四、衛星通信市場可期

《2019中國衛星通信設備市場分析報告》的數據顯示，國內衛星通信市場規模亦呈逐年上升的態勢，從2008年的110億元增長到2016年的508.7億元，復合增長率約為21.1%，預計2020年，中國衛星物聯網行業將接入5000萬臺左右的終端，通信業務的數據營收規模達數百億元。具體行業包括：

• 交通物流。包括陸運和海運，如集裝箱的物聯網智能化將大幅提升運行效率。
• 環境監測。包括森林防火防病蟲害，地震監測，應急通信，氣象監測，河流監測等。將有百億元市場規模。
• 智慧海洋。包括海上環境要素監測，水下無人潛器監測等。百億元市場規模。重要基礎設施。包括國家電網線、石油管線、重型工程設備、一帶一路設施等的物聯網通信，百億元市場規模。
• 其他領域。如智慧農業，畜聯網，特殊客戶通信。SIA(美國衛星工業協會)報告稱，美國國防部門80%的通信任務，是由商業衛星系統執行的，達百億元市場規模。

2015年，國務院發布了《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃(2015-2025年)》!如果說2015年是中國商業航天的元年，那么，可以說2019年是中國衛星物聯網的商業化元年。有持久的商業模式、能實現商業落地的商業航天公司，將會得到社會資本的新一波認可，有望率先破局，把中國商業航天產業，帶到新的高度!

再奔放的理想，也繞不開現實，不得不承認在未來很長的一段時間內，地面網絡將始終以5G通信為主，衛星通信為輔的格局存在。雖說低軌衛星通信應用時機已經成熟，但在短期內，低軌星座完全取代地面基站，是不現實的，但隨著科技的不斷發展，不依賴地面網絡的衛星通訊系統或許在未來成為現實。