卫星通信地面系统构成
一、卫星通信地面系统构成
卫星通信地面系统一般采用包括信关站、用户站等构成的星形结构。信关站的容量较大，一般配置大口径 天线，用于连接地面网络和卫星馈电波束。用户站通过通信卫星与信关站进行通信。通常，用户站向信关站传 输的流量较小，而回程数据流量较大。除此之外，卫星通信地面系统还包括网络运营中心，用于管理卫星网络和用户服务。
信关站用于连接卫星和地面网络，主要由射频分系统、基带分系统组成，基带分系统又包括卫星调制解调器、接入服务网、web 加速器、网络路由和安全系统等。
1.1.1 射频分系统
信关站射频分系统包括天线、射频部件和中频部件等。信关站天线尺寸较大，一般直径达数米到十余米； 射频部件包括滤波器、低噪放、功放等，中频部件主要为上下变频器件。射频分系统与基带分系统交换中频信号，用于将卫星发送来的射频信号变换至中频，将基带分系统发来的中频信号上变频至射频并放大辐射到卫星上。
1.1.2 基带分系统
调制解调器系统：对用户终端和信关站路由器及服务器之间的数据流量进行管理和控制，同时也可实现对前向、反向链路的功率、频率以及卫星网络带宽的管理。
接入服务网络（ASN）：ASN 负责认证和授权用户访问，并实施服务质量（QoS）管理。
Web 加速器：用于提高基于 HTTP 和TCP 的应用程序的吞吐量和最终用户性能的软件，加速服务器位于网关，客户端软件嵌入用户终端。
网络安全和路由：此子系统实施流量安全和 QoS 策略，并将所有管理和数据流量路由到目标网络目的地。它包括路由器、L2/L3 交换机、防火墙、流量整形器和 AAA、DHCP、TFTP 和 NTP 服务器。
1.2 用户站
典型用户站主要包括三部分:天线、室外单元（ODU）、室内单元（IDU）。室外单元由馈源、接收设备（低噪声放大器和下变频器）、发射设备（高功放和上变频器）组成。室外单元通过中频连接电缆连接到室内单元。室内单元包括基带接收设备（中频下变频器和解调器）、基带发射设备（中频上变频器和调制器）等。用户站的天线一般为 1 米左右，采用固态功放。
1.3 网络运控系统
网络运控系统一般通过网络管理系统（NMS）、运营支撑系统（OSS）和业务支撑系统（BSS）系统来管理卫星网络和用户服务，其主要功能包括：客户订阅和计费、自动化非接触式资源调配、确保按照最终用户服务级别协议提供服务、对多个远程网关和卫星实施*控制。
二、典型卫星通信系统的地面系统
2.1 Viasat 系列通信卫星的地面系统
美国卫讯公司的 Viasat-1 高通量卫星于 2011 年 10 月发射升空，通信总容量高达 140Gbps，是当时全球在轨最高容量的通信卫星。Viasat-1 采用四色复用方式，共有 72 个点波束，其中 63 个覆盖美国本土，9 个波束覆盖加拿大。Viasat 采用美国卫讯公司自研的 Surfbeam 系统，在美国设置 17 个信关站，在加拿大设置 4 个信关站，每个信关站使用 7 米长的大型天线和一栋大楼，大楼用来容纳连接光纤互联网主干网的设备。
2017 年 6 月，Viasat-2 卫星成功发射，该卫星通信容量超过 300Gbps。为了最大限度地利用 ViaSat-2 高吞吐量卫星的能力，ViaSat-2 设置 45 个信关站，但每个信关站的成本不到 Viasat-1 信关站的一半。ViaSat-2 网关的每根天线的直径将略大于 4 米，占用更小的面积，比 ViaSat-1 架构提供更高的网络可靠性和更高的安全性。
对于即将推出的三颗 ViaSat-3 系列卫星，ViaSat 希望有数百个信关站，用户数据可以分布在数百个信关站之间，任何一个信关站的可靠性将变得没有那么重要，降低了可靠性要求的信关站造假也将变得非常便宜，预计将降至 100 万美元以内。
截至 2020 年 3 月，Viasat 系列卫星共拥有 59 万个居民用户，ARPU 高达 93.06 美元；服务的飞机达到 1390架，在北美窄体客机中市占率为 29%。
2.2Hughes 系列通信卫星的地面系统
美国休斯网络公司在 2008 年发射了通信容量为 10Gbps 的 Spaceway-3 卫星，2012 年发射了通信容量达100Gbps 的 EchoStar 17 卫星，2016 年发射了通信容量为 220Gbps 的 EchoStar 19 卫星，共有 138 个用户波束，22 个馈电波束，可同时为 200 万用户提供服务。
休斯公司的卫星通信系统采用了自研的Jupiter 系统。截至 2019 年底，休斯公司共拥有 147.7 万个居民用户。
2.3 天通一号的地面系统
“天通一号”卫星移动通信系统于 2011 年正式立项研制，是我国自主研制建设的第一个大容量地球同步轨道卫星移动通信系统，可以实现对海洋、山区和高原等地区的无缝覆盖，并为车辆、飞机、船舶和个人等移动用户提供语音、数据等通信服务。
电科 54 所卫通专业部承研了天通一号卫星移动通信系统民用信关站。该信关站由卫星接入网、核心网、业务系统和支撑系统组成，是我国自主研制的天通一号卫星移动通信系统核心通信设施，也是国内首个支持电信运营级应用与服务的大型卫星通信地面站。该站具备支持覆盖领土和领海 111 个卫星波束同时通信的能力，可支持卫星手机和卫星手机之间、卫星手机和地面其它通信设备之间的话音和数据通信。
2.4 中星 16 号的地面系统
我国自主研发的第一颗Ka 宽带卫星中星 16 号卫星于 2017 年 4 月成功发射，该卫星能提供 20Gbps 的容量， 是传统卫星容量的 10 倍。中星 16 号卫星设计有 26 个用户点波束和 3 个馈电波束，覆盖我国除西北、东北的大部分陆地和近海近 300~600 公里海域。
中星 16 号系统采用多点波束多关口站设计，通过地理隔离，信关站重复使用同一频段达到扩大卫星容量的目的。中星 16 号卫星设计三个馈电波束，地面相应建设三个信关站为所在馈电波束对应的用户波束提供接入服务，三个信关站分别设置在怀来、成都、喀什。从中国卫通招股说明书中可以看到，在建工程中“Ka 频段宽带多媒体通信卫星地面系统项目”预算为 2.6 亿元。
2.5 低轨宽带互联网卫星星座的地面系统
低轨宽带互联网卫星星座的地面系统将更为复杂，体现在以下几个方面：1）低轨卫星是高速移动的；2） 低轨卫星数量庞大；3）星座通信总容量巨大。因此，低轨宽带互联网卫星星座的地面系统将更为复杂，造价要 更高。Gilat 卫星网络全球客户主管 AmirYafe 指出，LEO 将要求“网关数量增加一个数量级，网关天线数量增加 两个数量级”。运营 Jupiter 系统 VSAT 平台的 Hughes 国际副总裁 DaveRehbehn 表示：“整个系统需要相当高的 复杂度和计算能力，才能适应所有这些转换。”
2017 年，休斯网络系统公司宣布与 OneWeb 签署了价值 1.9 亿美元的 OneWeb 低轨卫星星座地面网络系统 的合同。该合同在两个公司 2015 年签署的原型系统开发协议基础上达成，使得整个系统项目投资达到 3 亿美元。 合同包括关口站设备和多个具备跟踪功能的卫星天线，以实现用户流量在多个卫星间的切换，该协议包括了遍 布全球的关口站里的支持多个卫星接入点的设备，每个关口站包括客户交换设施，室外调制解调器和功率放大 器等。
三、卫星通信地面系统主要厂商
3.1 国外厂商
国外卫星通信地面系统厂商主要包括美国卫讯（Viasat）、美国休斯网络公司（Hughes）、以色列吉来特公司 （Gilat）、美国 iDirect 公司、美国通用动力公司等。
3.1.1 Viasat
美国卫讯公司成立于 1986 年，总部位于加利福尼亚州，核心业务是卫星通信设备的研制及销售。随着核心 业务市场发展，公司在 2009 年收购了美国一家卫星宽带服务提供商——WildBlue 通信公司，从而进入了卫星宽 带服务市场。2011 年，公司运营的 Viasat-1 发射升空，该卫星为当时通信容量最大的卫星，在卫星通信业界引 起了极大震撼。目前 Viasat 已覆盖整个卫星通信产业链，包括卫星运营、地面设备制造和提供宽带服务。
公司业务分为三部分：卫星服务、商业网络和*系统。2020 财年，卫星服务、商业网络和*系 统分别占公司营收的 36%、15%、49%。公司营收主要包括卫星产品和卫星服务两大类，卫星产品营收占比为 51%。美国*作为单一大客户占公司营收 30%左右。
Viasat 卫星系统主要产品包括信关站天线及其控制器、调制解调器、企业/居民用户终端、机载终端以及微 波 MMIC、模组、子系统等上游产品。
卫讯公司产品制造业务收入呈现逐年增长态势，其中商业网络产品营收规模上下波动，而*产品营收规 模快速增长，目前，公司*产品营收规模为 8.28 亿美元，商业网络产品营收规模为 3.45 亿美元，*产品成 为公司成长的主要驱动力。
3.1.2 Hughes
1971 年，休斯网络系统公司作为美国马里兰州罗克维尔市的一家数字通信公司成立，2011 年，EchoStar 以 13 亿美元收购休斯通信。公司在全球拥有 1900 名员工，其中 1200 名员工工作在美国马里兰州，其他员工主要 工作在印度和德国。
休斯公司是向消费者提供宽带卫星技术和宽带互联网服务以及向消费者和企业客户提供宽带网络技术、托 管服务、设备、硬件、卫星服务和通信解决方案的全球供应商，同时还向其他卫星系统的客户设计、提供和安 装网关和终端设备。目前休斯公司拥有三颗高通量卫星为客户提供服务，分别是 SPACEWAY 3 号卫星、EchoStar XVII 号卫星和 EchoStar XIX 号卫星。
JUPITER 系统是休斯公司的下一代甚小孔径终端（VSAT）平台，用于高通量和常规卫星上的宽带服务，具 有灵活和健壮的网关架构，使运营商能够为任何卫星宽带实现尽可能高的容量和效率。JUPITER 基本技术是其 强大的 JUPITER 片上系统（SoC），这是一种采用多核架构的定制设计的 VLSI 处理器，可在 JUPITER 每个终 端上实现 300 Mbps 的吞吐量。
休斯公司主要收入来源是卫星服务，2019 年休斯公司卫星服务收入达 16.19 亿美元，占总收入的 86%，卫 星通信网络设备收入为 2.67 亿美元，占总收入的 14%。近年来，公司卫星通信网络设备收入呈现波动状态。
3.1.3 iDirect
美国VT iDirect 成立于 1994 年，是全球领先的卫星 VSAT 地面系统设备制造商和销售商。在卫星产业中 IP hub 市场占主导地位，市场份额占 50%以上，业务发展遍布全球，在全球卫星海洋渔业通信终端领域更是拥有 40%以上的市场份额，是全球开展海洋渔业卫星通信运营商的首选之一。
2005 年，iDirect 达成 1.65 亿美元的协议成为新科（ST Engineering Group，新加坡科技工程集团）美国全 资子公司。2019 年，ST Engineering Group 收购 Newtec，Newtec 是欧洲最主要的 DVB-S2 和卫星数据通信设备 供应商之一，与 iDirect 形成互补和协同。
3.1.4 Gilat
Gilat 公司成立于 1987 年，总部设在以色列，公司设计和制造地面卫星通信设备，提供全面的解决方案和 端到端服务。公司产品包括基于云的卫星网络平台、甚小孔径终端、放大器、高速调制解调器、高性能移动天线、高效率高功率固态放大器、BUC 和收发器。公司提供的解决方案可支持多种应用，包括宽带接入、蜂窝回 程、企业级、IFC、海事、火车、国防和公共安全等关键应用，目前已销售了 150 多万个卫星终端，遍布约 90 个国家，服务于 500 多个卫星网络。
2020 年，美国 ComTech 电信公司和 Gilat 卫星网络有限公司联合宣布，Comtech 以每股 Gilat 普通股 10.25 美元的价格收购 Gilat，其中 70%将以现金支付，30%将以 Comtech 普通股支付，企业价值约为 5.325 亿美元， 合并后的公司将雇佣约 3000 名员工。
Gilat 的 X 架构使用统一的 SkyEdge II-c VSAT 平台，通过 HTS 支持各类固定和移动卫星通信应用。在中国， Gilat 与领先的卫星通信公司合作，在中国各地为固定和移动服务提供了第一个 Ka-HTS 网络。
2019 年，Gilat 产品制造业务实现营业收入 1.86 亿美元，占其营收比例为 70%，近年来该业务收入呈现波 动状态。Comtech 公司 2019 年营业收入为 6.72 亿美元，保持较快增长。合并后，公司 2019 年卫星通信产品营 业收入达 8.58 亿美元。
3.1.5 GD SATCOM
通用动力卫星通信技术公司提供全方位的卫星地面通信产品、系统工程、项目集成和安装服务，主要产品 包括天线、复合机架安装箱、控制系统、放大器和转换器、天馈和射频网络以及整体解决方案。
3.2 国内厂商
国内卫星通信地面系统以军用为主，随着天通一号、中星 16 号陆续投入运营，我国民用卫星通信产业也开 始起步。民用系统主要厂商包括中国卫星子公司航天恒星、中电科 54 所、华力创通等，另外，随着国内卫星互 联网加速建设，部分军用通信设备厂商也开始加速在民用卫星通信领域的布局。
3.2.1 中国卫星
中国卫星控股子公司航天恒星科技有限公司（航天五院 503 所）是中国航天科技集团公司卫星应用的总体 单位，经过 30 多年的发展，形成了以卫星综合应用系统总体为核心，以空间应用、卫星遥感、卫星导航、卫星 通信、数据链、云计算及信息安全、无人机系统集成、数据运营服务八大领域为支撑的完整业务架构。
在卫星通信领域，公司主要产品为 Anovo 卫星通信系统产品，可解决实时的语音、视频、图像通过卫星链 路进行双向传输。系统主要包括 VSAT 主站、VSAT 站网、VSAT 小站、卫星通信车、便携站等，可应用于数据 通信、互联网接入、交互式远程教育、应急通信及数据采集等场合。
公司研发的 Anovo 卫星通信系统产品公布于 2011 年，填补了国内空白，标志着我国长期依靠进口 VSAT 设备组建卫星通信系统的局面已经终结。2015 年，可实现百万数量级终端在线的新一代国产卫星通信系统 Anovo2.0 正式发布，向国内外展示了中国卫星通信的创新能力。Anovo2.0 是具有完全自主产权的通信产品，具 有高效、安全与高可靠性等特点，可容纳百万个用户终端，可以满足数字电视与远程教育等多种应用场景的广 泛需求。用户还可以轻松实现系统容量和业务的升级扩容，且大幅度节省信道资源与建设、运维、升级扩容成 本，保密性更加可靠。业界评价称，Anovo2.0 产品的诞生，是国产 VSAT 系统的巨大进步，更是中国卫星通信 产业的一次升级与跨越，多项参数比肩国际先进水平，标志着中国卫星通信产业发展进入全新的阶段。
近期，公司 Anovo3.0 产品也获得突破。据中国卫星 2019 年年报中披露，公司依托公司在高通量卫星系统 的关键技术和市场优势，研发下一代 VHTS 系统核心技术，建设以主站、终端站、 数据中心（网络管理、运 营支撑）为基础的地面系统，打造具有国际先进水平、自主可控的高通量卫星通信领域产品和服务，目前已完 成网络、波速切换、 DVB-S2x、高安全系统等特性功能研制并完成版本发布，完成出境大载波及虚拟化特性研 制方案和策划编写及评审，报告期内 Anovo3.0 产品成功实现与中国联通核心网互联，为产品进入运营商市场 奠定坚实基础。
3.2.2 海格通信
卫星通信是海格通信重要的战略发展领域之一，公司致力于卫星通信系统、卫星广播系统、卫星通信地球 站、卫星通信天线/射频部件等领域的技术研究、产品开发、销售及售后服务。目前，公司已形成卫星通信系统、 数据广播系统、卫星手持设备、背负站、动中通系列天线、便携式静中通系列天线等产品，能为客户提供卫星 宽带通信、卫星应急通信、卫星广播等解决方案。用户涵盖*、海洋运输、海洋管理、气象监测等部门。目 前，海格通信是中国卫星通信用户协会理事、中国通信协会卫星通信专业委员会主要会员单位。
3.2.3 电科 54 所
中国电子科技集团公司第五十四研究所始建于 1952 年，是新中国成立的第一个电信技术研究所，经过 60 余年的发展和壮大，现已成为我国电子信息领域专业覆盖面最宽、综合性最强的骨干研究所。
五十四所主要从事军事通信、卫星导航定位、航天航空测控、情报侦察与指控、通信与信息对抗、航天电 子信息系统与综合应用等前沿领域的技术研发、生产制造和系统集成。公司卫星通信主要产品包括卫星通信终 端、调制解调器、上/下变频器、低噪放、功率放大器等。2017 年，电科 54 所卫通专业部承研的“天通一号”民 用信关站交付试运行。
3.2.4 中电熊猫
2007 年 5 月 15 日，中国电子信息产业集团有限公司与江苏省、南京市联合投资成立了中电熊猫信息产业 集团有限公司，重组熊猫电子等南京七家原部属企业，中电熊猫现有注册资本 34.48 亿元，其中，中国电子占70%。中电熊猫旗下有南京中电熊猫液晶显示科技有限公司、南京熊猫电子股份有限公司、南京熊猫汉达科技 有限公司等二十多家专业公司，主要有液晶显示、电子装备、电子元器件和现代服务业四大核心产业。
中电熊猫在我国无线通信领域具有重要地位，是我国通信高技术研发中心和产业化基地之一，拥有无线通 信领域从网络、系统到终端设备的研发制造能力，能同时研制生产机载、舰载、车载、便携和固定使用的卫星、 短波、超短波等无线通信设备及网络化综合通信系统。中电熊猫拥有我国卫星通信产品研制最早、科研实力最 强、累计生产量最大的*工程研究中心，是多项卫星通信应用系统的技术总体，研制生产了大批应用站型， 具有多项自主知识产权，填补了我国卫星通信领域的多项空白。
3.2.5 华力创通
华力创通自 2013 年开始前瞻布局卫星移动通信领域，并承担了国家在卫星通信领域的重大专项任务，2015 年 9 月发布了 HTD1001 卫星移动通信与北斗卫星导航一体化基带处理芯片。在上述基础上，公司自主研发了多 款通导一体化模块、终端产品，2016 年累计授权服务军民用客户数十家，并多次参与大系统联调和重大应用任 务保障工作，在国内市场上形成了良好的口碑和影响力，在卫星移动通信业务产业化方面奠定了良好的基础。
除了天通系列卫星之外，国内两大航天集团分别提出“鸿雁”、“虹云”低轨通信卫星星座计划，公司在卫星 通信基带芯片设计领域具备核心竞争力，未来也有望受益于国内低轨通信卫星星座的建设。
3.2.6 中电天奥
中电天奥有限公司于 2019 年 6 月成立，由中国电子科技集团有限公司独资控股，在原中国电子科技集团有 限公司第十研究所的基础上组建而成。
中电天奥在通信导航领域，为国家空管委民航新航行系统的研制单位、国家发改委“十一五”空管发展规划 论证参与单位、国家交通部海事局综合规划专家组成员、国家交通部交通标准化理事单位、中国电子科技集团 海洋电子产业牵头单位和和四川省空管产品链组长单位，现为国内地空通信领域地面通信装备的主要提供商及 地面通信系统的主要集成商；在卫星应用领域，是海事卫星（Inmarsat）的全球合作伙伴，国内唯一的增值业务 制造合作伙伴（VAM）；是全球第二大卫星移动通信厂商——铱星（Iridium）公司的全球合作伙伴。目前在积 极培育卫星应用产业。
3.2.7 航天发展
航天发展在 2018 年底设立微系统公司，重点围绕复杂微系统、核心系统级芯片等方向，提供从芯片到复杂 微系统一体化解决方案，实现卫星通讯、综合射频、无人装备、5G 通讯、物联网等领域全方位发展，为用户提 供系统级和定制化解决方案。
当前，微系统技术正从平面集成到三维集成、从微机电/微光电到异质混合集成、从结构/电气一体化到多功 能一体化集成等方向发展，相关产品正从芯片级、组部件向复杂程度更高的系统级发展，成为聚集前沿科技创 新发展的重要领域。未来，公司微系统技术将在 5G 基站、低轨卫星通讯、智慧城市、自动驾驶、安全联防、 工业自动控制等领域得到进一步应用，市场需求不断扩大。
3.2.8 七一二
公司是我国军、民用专网无线通信产品和整体解决方案的核心供应商，是具有八十多年历史的大型电子骨 干企业。公司在军用无线通信领域产品主要包括军用无线通信终端产品和系统产品，在抗干扰、保密性、网络 化等方面始终保持国内领先水平，是我军无线通信装备的主要供应商，产品应用遍布 5 大战区；同时，公司稳 步布局卫星通信、卫星导航、民航通信及大数据应用等产业，加大研发投入力度，利用深厚的技术积累，抓住 细分领域带来的市场机会，逐步拓展市场规模，实现了卫星通信及卫星导航业务收入的逐年稳定增长。
3.2.9 亚光科技
亚光科技的卫星通信业务有数十年的发展历史，是该领域的定点配套协作供应商，并一直伴随着中国卫星 航天事业和客户的发展而不断发展壮大，是公司传统的核心业务之一。公司目前核心客户包括航天科技集团、 航天科工集团、中电科集团卫星通信系统相关院所，也在向其他客户拓展，比如吉利、天仪研究院等。
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