中國電信衛(wèi)星研究院在《電信科學》發(fā)表論文：手機直連低軌衛(wèi)星的應用場景及業(yè)務需求分析。該論文系統(tǒng)分析了手機直連低軌星座的技術路徑、應用場景與商業(yè)可行性，指出 手機直連低軌星座在我國應聚焦應急通信和海量中低速連接等保底應用，而非面向大眾的日常寬帶服務，以避免商業(yè)風險，并推動天地一體化協(xié)同發(fā)展。

手機直連低軌衛(wèi)星的

應用場景及業(yè)務需求分析

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.中國電信股份有限公司衛(wèi)星應用技術研究院，北京 100035；2.北京理工大學，北京 100081）

內容簡介

手機直連衛(wèi)星是低軌（low　earth　orbiting，LEO）星座系統(tǒng)的重要應用方向之一。本文概述了手機直連衛(wèi)星的主要技術路線、應用場景及業(yè)務類型；分析了低軌星座的建設成本、承載能力、運營收入；提出了我國手機直連衛(wèi)星通信的主要應用應以廣覆蓋、海量連接為主，而衛(wèi)星大流量寬帶上網(wǎng)應用存在商業(yè)閉環(huán)的風險；最后探討了結合應用需求的技術發(fā)展建議。

在中國，衛(wèi)星通信服務應更多面向應急、防災、救援等特定場景或大眾消費者的特定時刻，作為語音、低速數(shù)據(jù)等通信保底手段的形式存在。如果期望手機直連低軌星座系統(tǒng)作為面向大眾消費者、行業(yè)普及化、日?；耐ㄐ攀侄?，其建設成本、營收壓力和地面通信網(wǎng)相關產(chǎn)業(yè)都將面臨不可測的影響和巨大沖擊。

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)務類型和應用場景，對手機直連低軌星座的技術體制進行相應優(yōu)化和關鍵技術攻關，基于天地一體化，共同推進我國低軌星座系統(tǒng)的健康發(fā)展和技術演進。

引用格式

劉悅,田野,趙冬,等.手機直連低軌衛(wèi)星的應用場景及業(yè)務需求分析[J].電信科學,2024,40(04):56-65.

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引言

近年來，隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術突飛猛進的發(fā)展，在通信基礎設施不完善的歐美、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)的服務得到了快速拓展，至2024年3月，美國Starlink低軌星座累積發(fā)射規(guī)模達到6 153顆，其中在軌服務衛(wèi)星數(shù)量為4 855顆，用戶規(guī)模突破260萬，初步實現(xiàn)了年度營收平衡。 2023年9月，中國電信基于高軌移動通信衛(wèi)星的S波段，聯(lián)合華為公司發(fā)布的手機直連衛(wèi)星雙向語音通信的運營級產(chǎn)品，簽約用戶規(guī)模在短時間內突破百萬。隨后，Space X宣布將基于地面通信運營商的1.9 GHz低頻段用于開展手機直連低軌星座試驗，并于2024年1月發(fā)射了基于V2 Mini（Bus F9-3）版本的6顆試驗衛(wèi)星。Starlink 手機直連試驗衛(wèi)星在軌道高度爬升期間，初步實現(xiàn)了手機直連低軌衛(wèi)星發(fā)送推文、圖片及17 Mbit/s速率的單星能力。自此，手機直連衛(wèi)星徹底引爆了業(yè)界熱潮，學術界、運營商、產(chǎn)業(yè)鏈等各方進一步加強了在手機直連衛(wèi)星賽道的技術和資源投入，紛紛制定計劃發(fā)射試驗系統(tǒng)、開展上星試驗。 結合我國對低空經(jīng)濟、新能源汽車等行業(yè)的戰(zhàn)略規(guī)劃及其快速發(fā)展，衛(wèi)星通信行業(yè)對于船載、車載、機載終端直連低軌衛(wèi)星實現(xiàn)語音、物聯(lián)網(wǎng)、寬帶上網(wǎng)等能力，進而滲透千行百業(yè)的設想逐步浮出水面，對低軌星座替代地面移動網(wǎng)絡通信能力的期盼出現(xiàn)了過熱趨勢[1-4]。 作為低軌星座系統(tǒng)的重要應用方向之一，手機直連衛(wèi)星能否兼顧大帶寬、海量連接兩大應用需求仍存在不確定和業(yè)界觀點難以統(tǒng)一的問題。該問題應結合衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要應用場景、建設成本、通信資費的大眾承受度、通信承載能力、業(yè)務感知等多維因素綜合考量。

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手機直連衛(wèi)星的技術路線

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

1.1

定制手機直連路線

定制手機直連衛(wèi)星一般由衛(wèi)星運營商、手機廠商、芯片廠商、衛(wèi)星地面段等共同合作研發(fā)，共享國際公認的低于3 GHz的L段或S段衛(wèi)星移動通信頻譜，定制雙模手機實現(xiàn)手機直連衛(wèi)星服務。例如：華為Mate50（4G+北斗短消息）、Mate60 Pro（5G+天通語音+短信），蘋果iPhone 14（5G+Globalstar短消息）等系列終端均基于該路線，提供語音、短信和短報文服務，我國的研究進展暫時領先業(yè)界。

定制手機直連路線方案中，終端側必須支持衛(wèi)星移動通信技術體制，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，同時解決天線適配、系統(tǒng)小型化等問題，以便支持通過衛(wèi)星網(wǎng)絡接入的語音、短信等業(yè)務[6]。另外，支持衛(wèi)星專用體制的定制終端在衛(wèi)星網(wǎng)絡和地面移動網(wǎng)絡兩種模式間的對接和轉換也是需要解決的問題。

1.2

存量手機直連路線

存量手機的直連衛(wèi)星技術目前由國外新興低軌衛(wèi)星公司主導，通過與地面移動通信運營商合作，共享地面蜂窩網(wǎng)絡低于3 GHz的低頻段頻譜資源，基于先進的衛(wèi)星相控陣天線技術降低手機天線收發(fā)靈敏度，以低軌衛(wèi)星轉發(fā)地面蜂窩網(wǎng)信號（或基站上衛(wèi)星），在信關站或衛(wèi)星側實現(xiàn)多普勒效應的預消除等技術，從而支持存量手機直連衛(wèi)星。美國Space X、AST等公司在該路線上正推進相關試驗，宣稱具備發(fā)送推文、圖片和寬帶上網(wǎng)的能力，并預計2025年實現(xiàn)商用。

存量手機直連衛(wèi)星路線落地的關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景）需要依賴衛(wèi)星天饋系統(tǒng)及網(wǎng)絡側增強來解決。衛(wèi)星平臺的設計制造水平、大規(guī)模相控陣天線的制造能力、火箭運載規(guī)模衛(wèi)星發(fā)射能力等因素都是制約存量手機路線推廣的關鍵。

1.3

5G NTN手機直連路線

5G NTN技術是3GPP國際標準組織主導，全球移動通信設備商、運營商、芯片商、終端廠商、衛(wèi)星運營商等共同參與制定的非地面網(wǎng)技術體制。業(yè)界認為，該技術是實現(xiàn)星地一張網(wǎng)、手機直連衛(wèi)星服務的重要路徑，具備與地面移動通信網(wǎng)產(chǎn)業(yè)打通，實現(xiàn)業(yè)務規(guī)模拓展的巨大潛力[7-8]。

由于5G NTN源自5G新空口（new radio，NR）的整體技術架構，因此可支持實現(xiàn)星地融合的天地一體化設計，為5G NR與5G NTN聯(lián)合服務提供了基礎。例如，在海洋通信應用方面，5G NR可覆蓋港口及部分近海區(qū)域，而5G NTN可在中/遠海區(qū)域或者地面網(wǎng)絡覆蓋有欠缺的船基/岸基區(qū)域提供彌補服務[9]。又如，具備5G NTN能力的車聯(lián)網(wǎng)用戶可以根據(jù)用戶場景和需求選擇接入地面5G NR網(wǎng)絡或者5G NTN，并且可以根據(jù)網(wǎng)絡情況和用戶場景在地面5G NR網(wǎng)絡和5G NTN中直接切換。

5G NTN又分為窄帶IoT NTN和寬帶NR NTN。近兩年，國內外基于IoT NTN技術的芯片（聯(lián)發(fā)科MT6825、展銳V8821）、終端模組（移遠CC950U-LS）、網(wǎng)絡設備（中興、中信科）等產(chǎn)業(yè)取得了一定進展，初步完成了功能性星地貫通測試。

應用中以Skylo為代表的衛(wèi)星運營商已基于聯(lián)發(fā)科的IoT NTN芯片提供服務，使得智能手機和物聯(lián)網(wǎng)制造商能夠開發(fā)使用衛(wèi)星連接的傳感器和可穿戴設備。2023年年底，銥星基于IoT NTN推出了“星塵計劃”提供地面窄帶物聯(lián)網(wǎng)及智能手機的語音、短信服務。以EchoStar、Viasat Inmarsat為代表的衛(wèi)星公司均有意復用現(xiàn)有高軌衛(wèi)星支持IoT　NTN服務，預計2029年前基于低軌衛(wèi)星系統(tǒng)的IoT NTN有望落地。面向手機直連的寬帶NR　NTN服務，預計會在2026年后逐步推進。

2

手機直連衛(wèi)星的應用需求

手機直連衛(wèi)星主要涉及手機、車載、船載、機載等通信終端的直連衛(wèi)星通信能力，面向無地面移動通信網(wǎng)絡覆蓋的消費級用戶和行業(yè)用戶，提供語音、短信、寬帶上網(wǎng)等通信服務。由于中美移動通信網(wǎng)基礎設施的完善程度和人群覆蓋率的差異，手機直連衛(wèi)星通信在中美兩國的主要應用場景、定位和業(yè)務需求存在極大的差異。當?shù)蛙壭l(wèi)星采用小于3 GHz的低頻段時，優(yōu)化后的衛(wèi)星天線可以小型化到適宜集成進入手機，支撐低軌星座提供手機直連衛(wèi)星服務。而當?shù)蛙壭l(wèi)星采用Ku、Ka等高頻段時，由于衛(wèi)星信 號的功率譜密度太低，必須采用較大尺寸的鍋型、板狀、相控陣天線用于終端側信號收發(fā)，比較適合行業(yè)級應用，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)務應用場景已經(jīng)形成低成本、廣應用的現(xiàn)狀，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)為了適配地面物聯(lián)網(wǎng)的應用場景，在成本控制方面具有較高的要求。衛(wèi)星通信相關的芯片、模組和終端，成本相比地面通信都相對較高，現(xiàn)階段天通衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模未完全打開，亟需衛(wèi)星系統(tǒng)的IoT NTN有望落地。面向手機直連的寬帶NR NTN服務，預計會在2026年后逐步推進。

2.1

中美基礎通信設施對比

中美光纖及通信基站的部署規(guī)模見表1，中國家庭的光纖入戶率超過93%，而美國僅25%，中國的通信基站站址數(shù)是美國的5倍、5G基站規(guī)模是美國的30倍，在地面通信基礎設施上，中國絕大部分用戶已實現(xiàn)全面覆蓋，而美國則相差甚遠。

2023年工業(yè)和信息化部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在中國，城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村已100%實現(xiàn)光纖入戶或移動通信網(wǎng)絡覆蓋，因生活或日?；顒訁^(qū)域缺乏地面通信基礎設施而無法接入網(wǎng)絡的用戶比例小于2%。與之相對，根據(jù)國外相關報道，美國約有2 000萬人無法接入網(wǎng)絡，接近其人口比例的10%，同時約有1/3的美國農(nóng)戶尚未通寬帶。

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

2.1

中美手機直連衛(wèi)星業(yè)務對比

由于應用場景不同，中國與歐美用戶在手機直連衛(wèi)星通信上愿付出的成本、選取的業(yè)務類型、使用頻次等也存在極大差異。

在中國，使用衛(wèi)星通信或衛(wèi)星寬帶上網(wǎng)基本限于應急救災、大眾救援、野外施工、林野旅游、海洋作業(yè)等特殊場景，大部分通信需求或成本可接受的通信服務還是以通信接通為主，即資費較低的語音、短數(shù)據(jù)、物聯(lián)類應用；在美國，通過衛(wèi)星網(wǎng)絡使用語音、寬帶上網(wǎng)等服務則是部分人口的通信剛需。

鑒于中美兩國民眾對手機直連衛(wèi)星業(yè)務需求類型的差異，2023年9月，中國電信發(fā)布的手機直連衛(wèi)星語音服務僅收取10元的月功能費、且能自由訂閱和退訂，通過低價策略以培養(yǎng)用戶習慣；同時，Starlink對在歐美發(fā)展的衛(wèi)星寬帶上網(wǎng)用戶（未手機直連）收取150～250美元的月功能費，該價格仍能被大量民眾接受。

由于衛(wèi)星服務設計貼合用戶需求，自2023年9月至2024年3月，中國電信新發(fā)展的手機直連衛(wèi)星語音用戶已過百萬，Starlink新增衛(wèi)星寬帶上網(wǎng)用戶已超過50萬。

2.3

手機直連衛(wèi)星與地面網(wǎng)的資費比較

2.3.1 應急語音、短信類衛(wèi)星通信資費

應急語音、短信類手機直連衛(wèi)星通信服務能為民眾所接受的資費價格或成本約為10～30元/月。

在國內，2023年9月中國電信推出的手機直連衛(wèi)星產(chǎn)品，主要面向及使用集成衛(wèi)星語音、短信等能力的大眾消費類終端用戶，按當時的產(chǎn)品資費，簽約用戶在衛(wèi)星通信服務的每用戶平均收入（average revenue per user，ARPU）增值約為10元/（月·戶）。

在國外，自2022年至2023年，美國蘋果公司通過在iPhone終端上集成Globalstar的低軌星座短報文能力，為iPhone14用戶免費提供兩年SOS應急救援衛(wèi)星短報文通信能力。根據(jù)業(yè)界相關報道，蘋果公司為此已累計向Globalstar支付52.52億美元，iPhone14在2023年的全球銷售量為4 500萬部，換算后iPhone14提供的手機直連衛(wèi)星短報文服務的成本為30元/（月·戶）。

2.3.2 國外地面與衛(wèi)星寬帶上網(wǎng)資費

美國高低軌、地面通信網(wǎng)運營商上網(wǎng)資費一覽見表2，整理的國信證券調研數(shù)據(jù)顯示，國外傳統(tǒng)高軌衛(wèi)星寬帶上網(wǎng)的資費為每月50～100美元，國外地面移動通信網(wǎng)運營商的資費為每月25～35美元，而Starlink面向消費級用戶的低軌星座寬帶上網(wǎng)資費約為每月150美元、商業(yè)/行業(yè)用戶的資費約為每月250美元?？紤]美國地面5G基站的部署有限，通過地面通信網(wǎng)可獲得的上網(wǎng)速率相比Starlink無優(yōu)勢，故Starlink的資費在基礎設施欠缺的區(qū)域尚有一定競爭力。

2.3.3 國內地面移動通信資費在考慮業(yè)務質量（語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)低價高質體驗的國內消費者在選取衛(wèi)星通信前會重點關注資費價格。2023年中財報數(shù)據(jù)顯示，中國移動、中國電信和中國聯(lián)通三大運營商移動用戶的每月平均ARPU值是52元、46元和44元，3家的單用戶平均ARPU值為50元。該費用僅為Starlink消費者套餐的6%，且國內三大運營商的寬帶上網(wǎng)速率感知不弱于Starlink低軌星座，還提供單獨的語音服務時長。 由上述分析可知，在國內，手機直連衛(wèi)星產(chǎn)品，由于資費價格，更適合作為一種應急、野外、海洋等場景下的低價格增值服務，以補充地面網(wǎng)覆蓋的不足。在“寧可備而不用、不可用時無備”的思想逐漸深入人心的背景下，手機直連衛(wèi)星正快速成為手機、汽車等端側產(chǎn)品的標配，但實際用戶愿意支付的資費價格和預計業(yè)務使用率會遠低于地面移動通信網(wǎng)的話務模式。

3

手機直連低軌衛(wèi)星的

星座建設成本及運營分析

按業(yè)務類型分，大帶寬和海量連接是兩類完全不同的能力要求，在手機直連低軌衛(wèi)星系統(tǒng)同時面向兩大業(yè)務場景提供服務時，要統(tǒng)籌考慮建設成本、承載能力和消費級的價格接受度，才能較清晰地分析未來手機直連衛(wèi)星規(guī)?；闹饕獞梅较蚝蜆I(yè)務類型。

3.1 手機直連低軌星座的建設成本分析

以低軌星座運營商的業(yè)界頭部企業(yè)Starlink為例。Starlink報送美國聯(lián)邦通信委員會（Federal Communications Commission，F(xiàn)CC）的資料顯示，其計劃建設的手機直連低軌星座系統(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、預計可連續(xù)覆蓋約50萬平方千米，全部部署后可實現(xiàn)全球連續(xù)覆蓋。 低軌星座的建設成本主要包括衛(wèi)星研制、火箭發(fā)射兩部分。國信證券相關研究報告顯示，Satrlink不同版本衛(wèi)星研制及發(fā)射成本見表3，在采用最新技術以及星艦可回收重復發(fā)射20次的前提下，基于V2版本且規(guī)模量產(chǎn)后單星造價為240萬美元的條件下，Starlink要部署由2 000顆衛(wèi)星組成的手機直連低軌星座，保守估計，其總成本不低于60億美元（接近500億元）。

相關報告分析，基于星艦單次發(fā)射的燃料成本約200萬美元，火箭成本約5億美元。若火箭按可回收重復發(fā)射20次計算，則星艦單次發(fā)射成本約為3 000萬美元，按50顆手機直連低軌衛(wèi)星平攤（V2 Bus Starship-2版本），則發(fā)射單價為300美元/kg。該成本僅為目前國內民營航天發(fā)射單價（2萬元/kg）的1/10～1/9。 若由國內企業(yè)建設手機直連低軌星座，假設按單星成本5 000萬元估算（衛(wèi)星研制加發(fā)射），則國內建設上述衛(wèi)星系統(tǒng)預計約需1 000億元

3.2 手機直連低軌星座的營收需求分析

低軌衛(wèi)星的有效運轉時間為5～7年，按7年迭代更新周期計算，基于2 000顆衛(wèi)星的建設成本，則Starlink的手機直連低軌星座每月約需6億元的營收額才能實現(xiàn)投入和產(chǎn)出平衡。如果以國內當前部署低軌星座的技術能力和成本估算，則國內同等規(guī)模的低軌星座系統(tǒng)每月約需12億元的營收額才能達到投入和產(chǎn)出平衡。 考慮到近年來國際形勢日趨嚴峻、美國正對中國進行各領域的圍堵和斷鏈，短期內我國手機直連低軌星座基本以國內用戶為主?；谖覈M者使用通信服務的習慣及價格敏感性考慮，假設手機直連衛(wèi)星的單用戶ARPU值與國內地面網(wǎng)運營商一致，即50元/月，則在國內至少需發(fā)展2 400萬用戶才能初步達到營收平衡，且這類用戶需要享有不低于地面通信網(wǎng)的日常通信服務能力和業(yè)務感知。

3.3 手機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2 400萬國內用戶難以享有與地面移動通信網(wǎng)相同水平的服務能力和質量。 首先，低軌衛(wèi)星在地球上空處于高速移動狀態(tài)，如在距地500km高度的地球低軌道區(qū)間，圍繞地球轉動一周大約需要94 min，按中國陸地面積占地球表面積約2%的比例測算，2 000顆低軌衛(wèi)星組成的星座在同一時間處于中國陸地上空的衛(wèi)星僅有40余顆，由此每顆中國陸地上空的衛(wèi)星平均需承載60萬用戶的日常通信需求。根據(jù)地面通信網(wǎng)的話務模型經(jīng)驗，按話務忙時50%用戶激活率的保守估計，話務忙時每顆衛(wèi)星需要承載30萬用戶的通信需求，假設每用戶在忙時僅使用20 min衛(wèi)星通信服務，則忙時單星需支持10萬用戶的并發(fā)能力。如單星上配置的手機直連低頻帶寬達2×100 MHz，綜合2024年3月Starlink基于2×10 MHz系統(tǒng)帶寬測得17 Mbit/s手機直連通信速率峰值與地面通信網(wǎng)平均1.7 bit/Hz的經(jīng)驗頻譜效率估算，如手機直連低軌衛(wèi)星具備32個波束同時工作的能力，按照波束頻段四色復用規(guī)避自干擾的設計，單用戶平均通信速率僅為13.6 kbit/s，僅為地面移動網(wǎng)第二代通信系統(tǒng)的能力，即以語音、短信業(yè)務為主。 理想情況下，假如部署的手機直連低軌星座能達到6萬顆的巨型規(guī)模，且衛(wèi)星可用低頻帶寬為2×100 MHz，當在中國區(qū)發(fā)展2 400萬用戶時，中國區(qū)單用戶的通信速率僅為400 kbit/s，尚不足地面移動網(wǎng)第四代通信系統(tǒng)服務能力的1/5。 另外，部署上述低軌巨型星座的代價高昂。一是星座的建設投入預計高達2萬～3萬億元；二是星座需占用國內地面三大移動通信運營商在Band3或Band1頻段的整個頻率，基于該頻段服務地面通信產(chǎn)業(yè)鏈上下游的電子產(chǎn)業(yè)、通信產(chǎn)業(yè)相關企業(yè)將受到巨大沖擊，涉及每年為國家貢獻數(shù)萬億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)星的使用效率遠不及地面移動通信基站[13]。 當前國內三大運營商為用戶提供的通信服務主要基于4G和5G移動通信系統(tǒng)，能為每個用戶提供4 Mbit/s以上速率的通信承載能力。由此可見，低軌星座為用戶提供日常通信服務時的規(guī)?；休d能力遠不及地面移動通信網(wǎng)，在同等資費條件下，國內用戶基本不會選取手機直連衛(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)?；袠I(yè)需求、巨型低軌星座代價太高的情況[15]。本節(jié)以低空飛行器的通信傳輸需求為例進行說明。3.4.1 低空經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)領域低空一般指從100 m到6 000 m之間的空域。低空飛行器類型如圖1所示，低空航空器類型一般分為載人飛行器、物流無人機、行業(yè)無人機和消費級無人機，其應用場景包括載人交通、安全巡檢、農(nóng)林保值、地理測繪、安防監(jiān)控、快遞物流和應急等。

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

云圖智行披露的信息顯示，2023年全國低空經(jīng)濟市場規(guī)模約為2.5萬億元?！秶伊Ⅲw交通網(wǎng)絡規(guī)劃綱要》中明確，至2035年，國內支撐經(jīng)濟發(fā)展的商用和工業(yè)級飛行器預期達到2 600萬架，無人機駕駛員需求也將增長到63萬名。3.4.2 低空經(jīng)濟的通信需求分析借助地面移動通信網(wǎng)和衛(wèi)星通信網(wǎng)的通信管道，低空運管服系統(tǒng)可實現(xiàn)對低空航空器的全程監(jiān)管[18]。根據(jù)調查，各類低空應用場景的通信需求見表4。

以使用頻次最高的低空物流和未來交通為例，基于我國政府預測的2035年2 600萬的商用和工業(yè)級飛行器規(guī)模，假如其中90%用于物流、10%用于未來交通，則測算得出的上行通信速率總計約需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)服務時，單星通信速率最高預計可達170 Gbit/s，中國區(qū)至少需要約500顆低軌衛(wèi)星才能滿足2035年中國區(qū)低空飛行器群的實時通信需求，推測該低軌星座的整體規(guī)模預計達2萬顆衛(wèi)星，建設成本約需1萬億元?？紤]低軌衛(wèi)星生命周期為7年，最終計算得出單架飛行器需支付的通信資費約為3 200元/月。在國內現(xiàn)有的用戶習慣和地面網(wǎng)通信資費狀況下，低空飛行器用戶對上述通信費用基本不可接受。即使可通過海外發(fā)展部分用戶承擔星座建設成本，但代價仍然太高。3.5 面向低速海量連接的手機直連服務能力分析前面各節(jié)主要基于用戶日常通信中的語音、寬帶上網(wǎng)等綜合需求，采取“盡力而為”模式來評估手機直連低軌星座的成本、效益和用戶感知。假設將手機直連低軌衛(wèi)星的業(yè)務類型限定于語音（2.4 kbit/s）和低速數(shù)據(jù)（＜50 kbit/s）為主的應急和非消費級的日常通信需求，則隨著話務模型的變化，直連衛(wèi)星通信服務的資費可以更低、可發(fā)展用戶規(guī)模呈數(shù)十倍增加、單用戶使用衛(wèi)星服務時的感知大幅提升。 以國內部署2 000顆衛(wèi)星的手機直連低軌星座為例，預計投資1 000億元。面向應急場景模式下的營收分析見表5，采用應急通信模式時，衛(wèi)星通信以增值業(yè)務方式簽約，單用戶的ARPU值降低為5元、通信速率提升至50 kbit/s級別，語音、圖文和小視頻業(yè)務可順利承載，國內可發(fā)展的用戶規(guī)模能擴展到3億，單月營收可增長到15億元。該模式在提升用戶感知的同時，也易于實現(xiàn)低軌星座的成本收回。面向應急場景時，手機直連低軌星座主要提供的是語音、物聯(lián)、中低速數(shù)據(jù)業(yè)務，通過限定用戶使用次數(shù)、時長或流量，提供海量連接能力，將低軌星座資源發(fā)揮到極致。 采用類似思路，面向低空經(jīng)濟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，拋棄對寬帶回傳的過高要求時，低軌星座的總體規(guī)模和建設成本將大幅下降，更容易形成營收平衡，潛在可發(fā)展的用戶規(guī)模也將大幅提升。假設2035年低空飛行器規(guī)模增至2 600萬臺，采取海量連接的業(yè)務模式、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，低軌星座的規(guī)模將大幅降低到800顆，單用戶資費下降到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、成本和資費對比見表6。

4

結束語

本在中國，衛(wèi)星通信服務應更多面向應急、防災、救援等特定場景或大眾消費者的特定時刻，作為語音、低速數(shù)據(jù)等通信保底手段的形式存在。如果期望手機直連低軌星座系統(tǒng)作為面向大眾消費者、行業(yè)普及化、日?；耐ㄐ攀侄?，其建設成本、營收壓力和地面通信網(wǎng)相關產(chǎn)業(yè)都將面臨不可測的影響和巨大沖擊。

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)務類型和應用場景，對手機直連低軌星座的技術體制進行相應優(yōu)化和關鍵技術攻關，基于天地一體化，共同推進我國低軌星座系統(tǒng)的健康發(fā)展和技術演進。

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>End

本文轉載自“電信衛(wèi)星TechView”，原標題《手機直連低軌衛(wèi)星的應用場景及業(yè)務需求分析》。

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