卫星通信手册一个关于未来无处不在的连接的投资论文，地球上的每个人、设备和物体都是连接的.空间资本报告® 执行摘要卫星通信手册|空间资本报告2®卫星通信的本质正处于从其历史原型的根本转变之中。在某些方面，这些转变模仿了互联网早期及其构建背后的核心论点，其中互联网本身最初旨在作为一种媒介，从世界任何地方传输文件和访问机器。几十年过去了，我们已经看到，围绕“从世界任何地方传输文件”的理想仍然伴随着某些警告，并且在某些方面，这个目标只是部分实现了。今天，个人、公司和政府通过以下方式连接到互联网各种介质，包括电缆、光纤、卫星和蜂窝，每种方法都提供了一组影响带宽、延迟和覆盖范围的权衡。同样，不同的用例有不同的要求来为最终用户实现高质量的体验。例如，快速有效的文件传输需要高带宽，但体验可以容忍高延迟的网络。在在线游戏或视频聊天的情况下，带宽要求可能会有所不同，但低延迟对于高质量体验至关重要。对于航空和海运等企业用例，覆盖为王；虽然互联网服务提供商 (ISP) 通常能够扩大覆盖范围，当今网络的质量和覆盖范围都存在差距，甚至阻碍了基本的通信。 执行摘要卫星通信手册|空间资本报告3®虽然地面连接已经从拨号到光纤，但卫星通信 (SatCom) 基本上没有改变。提供连接的早期地球同步地球轨道 (GEO) 卫星可与拨号或 DSL 相媲美，以有限的带宽提供覆盖，但今天的应用程序，如流媒体、视频通话和充满连接设备的家庭，需要更高的带宽和更低的延迟才能实现现代互联网体验。在基准测试方面，现代互联网体验最清晰地映射到联邦通信委员会 (FCC) 对宽带连接的定义（下行 25 Mbps，上行 3 Mbps，合理的延迟），尽管随着远程工作和远程学习在当今家庭中变得越来越普遍，这个定义很快就变得过时了。1 对于生活在农村地区的客户来说，他们的基于 GEO 的卫星互联网服务的下载速度低于 20 Mbps 且延迟超过 600 毫秒是很常见的。2 当您考虑到其中许多卫星是在 2000 年代初发射的，并且此后落后于现代通信基础设施时，这种表现就不足为奇了。鉴于高昂的前期成本，卫星运营商的目标通常是让 GEO 资产服务至少 15 年以产生利润，及时有效地冻结他们的客户。现在，这种范式开始发生转变。随着发射成本的显着降低，卫星制造的改进、云计算的广泛采用以及推动创新的私人资本的增长，卫星通信行业已准备好在全球范围内改变现代互联网体验的交付方式。 卫星通信手册|空间资本报告4®内容卫星通信手册尾注 45 卫星通信手册|空间资本报告5®基础设施 基础设施卫星通信手册|空间资本报告6®卫星市场的竞争2020 年所有卫星运营商的调整后总容量（售出的可用容量）约为2.0 Tbps，不包括国有卫星和 SpaceX 和 OneWeb 的初始 beta 容量。这种能力的主要贡献者包括大型现有企业，如 Viasat、SES、Intelsat、EchoStar/HughesNet、Eutelsat、Inmarsat、Telesat 和其他区域参与者。作为参考，2020 年全球国际互联网吞吐量预计将超过 600 Tbps，高于 2019 年的 450 Tbps。32020 年产能的大幅增长可能是由与 COVID-19 相关的数字化转型推动的，例如远程工作和上学的人数增加。虽然 SatCom 的目标不是取代地面连接，但目前的吞吐量不到报告总数的 1%，而农村发展机会基金 (RDOF) 等举措强调了其日益过时的情况。操作员2020年宽带收入（MM）宽带收入（份额）未调整容量 (Tbps)利用率4调整后的容量 (Tbps)调整后的容量（份额）维亚萨特$2,30917%0.580%0.420%社会经济地位$2,13615%0.575%0.418%国际通信卫星$1,91314%0.373%0.211%回声之星/休斯$1,88714%0.380%0.313%欧洲卫星$1,39210%0.271%0.17%国际海事卫星组织$1,2399%0.180%0.15%远程卫星$6395%0.181%0.14%其他5$2,41817%0.590%0.522%全部的$13,932100%2.680%2.0100%图：传统卫星运营商报告的 2020 年收入和容量显示出由高利用率驱动的强相关性（0.94）。除了与 GEO 卫星相关的高延迟之外，运营商还未能发射更多可以提供额外容量的卫星，从而为客户带来更快的数据速率。当前的基础设施建立在预售容量和高利用率之上，以吸收高昂的前期成本并最大限度地提高资产的收入潜力。例如，一家公司可能在轨道上拥有 200 Gbps 的容量，但如果仅使用 20% 的容量，那么经济“收支平衡”将变得更加难以实现，并且可能超出资产的使用寿命。在此示例中，卫星运营商的 200 Gbps 的“容量”变为 40 Gbps 的“吞吐量”（假设 20% 的容量已被租用，这也称为利用率或填充率）。6 这导致运营商在他们启动多少容量方面更加保守，并有意创造稀缺容量来限制用户可用的带宽量，从而限制服务和潜在用例的数量。在 Viasat 的案例中，SpeedTest.net 的一项分析发现，据观察该公司提供了平均数据下载速率大约 18 Mbps，尽管他们声称提供 100 Mbps 计划。7,8 同样的分析发现，HughesNet 客户获得了相当的 19 Mbps 下载速度，而 Starlink 客户获得了令人印象深刻的 97 Mbps。作为 基础设施卫星通信手册|空间资本报告7®Starlink 继续推出其服务，我们可以预期该服务会随着更多卫星的引入而不断改进。9 对于 OneWeb，报告的速度范围为 50-200 Mbps。10,11 其他来源估计 Eutelsat 的下载速度为 22-100 Mbps，Inmarsat 为 50-100，Intelsat 为 48.5 Mbps。12,13,14 鉴于这些卫星中的大多数是在 SpaceX 从根本上降低发射成本之前发射的，它们可以被认为是旧航天工业的遗物。15SatCom 关注的最大细分市场之一是视频，例如卫星电视。从历史上看，这一直是业界最大的收入来源，拥有广泛的客户采用率。16 虽然有线电视在城市地区很容易获得，但包括 DirecTV 和 Dish 在内的公司通过捆绑独家内容和频道来区分他们的产品。但是，随着越来越多的用户放弃订阅，转而使用流媒体服务（即 Netflix 和 Hulu），在独家内容的竞争中超过了有线电视和卫星电视，不断变化的趋势表明该行业的活动正在下降。消费的这种转变表明，卫星电视的收入已经过了顶峰，现有的卫星通信提供商必须对宽带基础设施进行大量投资才能跟上步伐。同样，由 COVID-19 大流行加速的远程学习和远程工作的大规模采用可能是一个持续的趋势。17 GEO 卫星互联网提供商无法为这些客户提供充分服务因为他们根本无法跟上远程工作或教育所需的网络功能。如果企业位于缺乏低延迟宽带覆盖的地区，它们与其他企业甚至客户互动的能力也可能受到限制。由于缺乏选择，其中许多企业已经学会适应并利用有限的连接性。虽然总比没有好，但连通性也限制了运营、竞争力和增长。例如，海事行业由卫星提供服务，为商业、军用和企业船只上的乘客提供连接。在提供原始连接方面，该细分市场面临与卫星客户返回陆地相同的挑战。许多车队没有使用最好的可用技术，而是选择不需要太多数据的低带宽服务，例如紧急通信或基本的物联网设备。航空业面临着类似的挑战，因为习惯于陆上宽带连接的航空公司乘客也需要同样的质量飞行期间的连接性，但仅限于低带宽高延迟卫星服务。作为他们唯一的选择。虽然 SatCom 目前的商业模式可以盈利，的状态它的可用容量完全是不足以满足企业和消费者宽带客户对连接的现有和不断增长的需求。 基础设施卫星通信手册|空间资本报告8®军队和政府部门是另一个重要的客户群，业务遍及全球，并且越来越依赖数据和实时通信。18但是，这些客户的用例比其他客户更独特。按照设计，卫星通信提供商分布在不同的频率上，以努力减少干扰并优化设备以在特定范围内拾取特定频率。由于连接分布在不同的频率上，这些客户在通信中实现了弹性和冗余。例如，如果 K-Band 中的通信中断，用户可能仍然能够通过仍处于活动状态的备用频段或仅消耗较少功率的频段进行通信或发送数据。这种架构可以通过北约对频谱分配的划分来更好地理解，以服务于不同的功能和设备。19L波段S波段C波段X 波段KU-BANDK波段卡带V波段*W 波段*1-2GHz2-4GHz4-8 GHz8-12 GHz12-18 GHz18-27 GHz27-40 GHz40-75 GHz75-110 GHz全球定位系统MSS电视军队商业的军队商业的军用和商业和汽车雷达领有牌照领有牌照领有牌照领有牌照领有牌照领有牌照领有牌照未经许可图：表示每个频段通常用于什么的摘要图表。资料来源：IEEE这些频段中的每一个都有不同的特征。例如，鉴于其千兆赫级带宽，Ka 波段中的信号能够传输更高吞吐量的通信，使其成为消费者用例的理想选择，但更容易受到雨衰和物理障碍等干扰。 L 波段的信号带宽低得多，因此传输的数据较少，但能够穿透云、雾、雨和植被。在 L 波段之下，存在被指定为甚低频 (VLF, 3 kHz -30 kHz) 到甚高频 (VHF, 30 MHz - 300 MHz) 的更低频率，它们提供更好的穿透力，但数据传输更低。这些频率非常适合为物联网设备提供服务，例如在 VHF 范围内运行的 Swarm Technologies 通过卫星星座为客户提供服务。20接收这些信号所需的接收器因功率要求、技术、复杂性和物理尺寸。例如，设计用于接收 L 波段频率的接收器无法与 Ku-波段卫星，并且可能缺乏维持这种联系的能力。这又指向消费者、企业和政府客户拥有的不同应用程序SatCom，以及用例如何确定卫星、频谱和最终用户设备。“业界有很多关于是否应该在 GEO、MEO 或 LEO 中部署服务的讨论。答案就是以上所有。围绕轨道的那种宗教变得有点令人厌烦。”——SES 首席执行官 Steve Collar 基础设施卫星通信手册|空间资本报告9®性能的另一个关键驱动因素是卫星系统运行的轨道。 GEO 卫星只需三颗卫星即可提供近乎全球的覆盖，但由于其物理距离而面临高延迟（约 700 毫秒）来自地球。低地球轨道 (LEO) 中的卫星可以提供低延迟连接（约 40 毫秒），但需要数百颗卫星才能实现可靠的全球覆盖。因此，更多的卫星也意味着更多的容量，但大多数它可能没有被利用，因为卫星大部分时间都在没有客户的地区飞行。中地球轨道 (MEO) 是另一种选择，其中可以通过几十颗延迟约 150 毫秒的卫星实现全球覆盖。现代卫星运营商一直在平衡轨道、产品和总容量，以最大限度地提高利润并为尽可能多的客户提供服务。这些复杂的权衡导致过时的技术、稀缺的容量以及无法提供现代互联网体验的分散市场。但这确实引出了一个问题，在竞争激烈的市场中，为什么目前的产能仍然如此之少？图：轨道高度和覆盖区域示意图。资料来源：今日卫星。图片：SES-17 是一颗于 2021 年 10 月 24 日发射的高通量地球同步通信卫星。来源：satelliteprome。 基础设施卫星通信手册|空间资本报告10®图片：SpaceX 能够在其当前的 Falcon 9 下部署多达 60 颗近地轨道通信卫星配置。资料来源：SpaceX。“在网络中，人们使用延迟、吞吐量和抖动作为 [质量] 的衡量标准，但一致性是关键。 20ms 延迟不是当你只得到它几秒钟，然后它是 100 毫秒时，那就太好了。”– Gil Zussman 教授，WiMNet 实验室主任兼系副主任电气工程在哥伦比亚大学“LEO 星座提供了真正无处不在的服务，其延迟类似到 4G 地面服务，大约 30 - 60ms。随着我们发展这些星座，它们将提供巨大的容量和可用性，在全球范围内提供真正无处不在的覆盖，无论您住在哪里，都可以提供数字连接。”——Kieran Arnold，卫星应用弹射器未来网络和系统首席架构