面向天地一体的卫星互联网创新应用场景白皮书

面向天地一体的卫星互联网创新应用场景白皮书 （2024年） 发布单位：中移智库 编制单位：中国移动通信研究院 前言 2020年国家发展和改革委员会将卫星互联网纳入“新基建”范畴，确定了卫星互联网的战略地位。卫星互联网不仅是事关国家网络主权和数据安全的战略工程，也是融合5G、面向6G、赋能千行百业的新型基础设施。随着天地万物互联时代的到来，卫星互联网将迎来发展的新机遇。 为凝聚产业发展共识，进一步推动卫星互联网产业高质量发展，促进天地一体全方位融合，中国移动研究院发布本白皮书，旨在分析面向天地一体的卫星互联网的发展愿景与创新应用场景，并提出产业共同推进卫星互联网发展的相关建议，希望能够携手产业各方共筑天地一体共赢的“网络无所不达，算力无所不在，智力无所不及”美好新未来。 本白皮书由中国移动通信研究院牵头编制，联合编制单位（排名不分先后）：中国移动通信集团江苏有限公司、中兴通讯股份有限公司、华为技术有限公司、深圳星移联信科技发展有限公司、银河航天 （北京）网络技术有限公司、上海垣信卫星科技有限公司、浙江时空道宇科技有限公司等。 本白皮书的版权归中国移动所有，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本建议之部分或全部内容。 目录 1.全球卫星互联网产业迈向发展新阶段3 1.1卫星互联网成为下一代信息技术竞争新高地3 1.2卫星互联网产业发展环境持续向好3 1.3卫星互联网核心技术不断突破4 1.4卫星互联网用户需求逐步释放5 2.面向天地一体的卫星互联网发展愿景6 2.1卫星互联网发展愿景6 2.2天地一体无缝通信阶段7 2.3天地一体泛在连接阶段8 2.4天地一体泛在智能阶段8 3.创新场景将成为卫星互联网发展关键驱动力10 3.1天地一体无缝通信10 3.1.1公共安全与行业灾备应急通信10 3.1.2偏远地区、海陆空全域立体覆盖11 3.2天地一体泛在连接13 3.2.1移动终端直连卫星服务13 3.2.2无人作业14 3.2.3企业远程资产管理15 3.2.4农业精准作业15 3.2.5飞行汽车16 3.3天地一体泛在智能16 3.3.1时空数字内容服务16 3.3.2自然灾害仿真模拟17 3.3.3全域智慧监管17 4.推进面向天地一体的卫星互联网发展建议20 4.1推动天地一体化技术和标准体系研究，推进行业标准体制统一20 4.2加速低轨卫星基础设施建设与关键技术攻关20 4.3促进天地产业融合，引领卫星互联网产业加速成熟21 5.未来展望22 缩略语列表23 参考文献24 1.全球卫星互联网产业迈向发展新阶段 卫星互联网作为一套通过卫星实现全球联网的通信系统，通过卫星为地面、空中和海上的用户与设备提供网络接入服务。随着卫星互联网战略意义的日益凸显、国家持续利好政策出台、其核心技术的不断突破，用户对互联时间、互联空间需求的释放，卫星产业迎来快速增长，迈入与地面通信网络深度融合的新阶段。 1.1卫星互联网成为下一代信息技术竞争新高地 发展卫星互联网对于国家网络主权和国家安全具有战略意义，成为各国在海洋、太空、军事等领域推动国家战略的重要手段。卫星的轨道和频率已成为稀缺的战略资源，国际竞争愈发激烈。国际电联（ITU）规定，近地卫星轨道和频率分配采取“先登先占”方式。通信卫星用的低轨频率、轨道容量有限，以欧美为代表的卫星互联网企业，已经申请数万颗卫星频轨资源，如美国商业航天公司SpaceX为星链（Starlink）申请并计划发射4.2万颗卫星，截至2024年1月已经完成超5500颗卫星的发射，占据了500km-600km高度的优势轨道资源。目前，传统卫星通信服务商Viasat等和新锐航天企业SpaceX以及谷歌等互联网巨头，均已争先布局卫星互联网赛道。同时，面向天地一体化融合通信发展需求，以中国移动为代表的全球各大通信运营商也开始布局天地融合通信的技术研发。 1.2卫星互联网产业发展环境持续向好 各国积极出台利好政策，卫星互联网发展迎来新机遇。2023年美国FCC通过太空的补充覆盖（SCS,SupplementalCoveragefromSpace)新规则的提案，用卫星来补充地面移动网络覆盖，为手机直连卫星提供政策支持。2022年沙特阿拉伯通信和信息技术委员会（CITC）发布了全球首个非地面网络（NTN）监管框架，将NTN监管分为“空间电台”、“NTN网络服务”、“NTN电信服务”三个环节进行监管，并简化了提供卫星服务的许可程序。我国也高度重视卫星互联网产业的发展，国家及地方密集出台了《“十三五”国家战略性新兴产业发展规 划》《“十四五”信息通信行业发展规划》《关于加快推进以卫星互联网为引领的空天信息产业高质量发展的意见》等几十项政策，加快部署卫星通信产业发展，促进“天地一体化”融合，并在2020年将卫星互联网纳入新基建范畴，确立卫星互联网的战略地位，推动卫星互联网产业进入了国资牵引、央企主导、国企民企协力共创的新纪元。 1.3卫星互联网核心技术不断突破 从全球范围看，随着“卫星平台组件模块化、系列化”“低功耗大口径折展天线”“火箭发射一箭多星”与“可回收发射”等卫星制造与发射技术的不断成熟，卫星互联网的建设成本大幅下降，降低了卫星互联网的进入门槛和系统验证及建设成本。如Starlink已做到最高一箭143星，其单颗卫星的制造费用也从百万美元降至数十万美元，并实现大规模标准化量产。高通量卫星技术利用高频段、多点波束和频率复用等技术显著提升了卫星通信的能力，能提供传统卫星数十倍甚至上百倍的容量，从不到10Gbit/s提升到几十Gbit/s甚至上百Gbit/s，平均速率已基本与4G持平1，将为用户提供更丰富的应用场景和更完善的通信保障。手机直连卫星技术的快速发展也为卫星互联网发展打开新格局，极大促进了地面移动通信网络与卫星网络的融合。2023年，中国移动联合合作伙伴完成了5GIoTNTN手机直连高轨卫星验证与NR-NTN手机直连低轨卫星实验室模拟验证，将加速推动卫星互联网走向大众消费的进程。 1Starlink卫星通信星座全球测试的结果峰值速率能够达到649Mbit/s，平均速率目标为50-150Mbit/s。 图1-1传统卫星与高通量卫星的对比2 1.4卫星互联网用户需求逐步释放 随着万物互联新时代的到来，用户对通信的需求已从互联速度提升，逐步向互联时间缩短、互联空间扩大等领域全面拓展。现有的通信网络无法满足山区、沙漠、海洋和天空等人迹罕至地方的覆盖需求，也无法进一步满足对时延敏感的金融交易等业务的需求。同时，虚拟现实、自动驾驶和物联网等新兴产业也对通信容量和延迟提出了新要求。为满足这些需求，天地一体化网络技术崭露头角，卫星互联网的需求端将迎来爆发增长。卫星互联网的目标用户包括全球每年约40亿人次的航空员工和旅客、3000万人次的航海员工和旅客、1.5亿-3亿左右的偏远地区富裕阶层、数亿人次的户外探险者等3。未来随着卫星性能的提升，将与地面通信网络协同，以更加普惠的方式为更多用户提供更丰富多元的网络服务。 2资料来源：罗兰贝格 3数据来源：国际航空运输协会（IATA）、国际航运公会(ICS)、联合国、ITU、天风证券等。 2.面向天地一体的卫星互联网发展愿景 天地网络深度融合趋势日益明显，卫星互联网的应用将不再局限于传统意义上的连接服务，而是逐步形成以卫星互联网为依托，赋能千行百业的天地一体生态体系。 2.1卫星互联网发展愿景 伴随卫星互联网技术的不断演进与需求的进一步释放，未来卫星互联网将围绕着“1+N+X”的理念逐步蓬勃发展。其中，“1”即卫星互联网与地面网络深度融合形成的天地一体网络；“N”即拓展接入天地一体网络的N个行业终端与个人移动终端，促进卫星互联网与行业融合；“X”即汇聚多元数据、打通多维技术能力，延伸服务内容与生态边界，深化卫星互联网与各行各业的融合共建，赋能个人、行业、社会数智化发展，构筑协同一体的共建共荣卫星互联网生态。 图2-1卫星互联网“1+N+X”理念 在“1+N+X”的理念下，本白皮书提出了卫星互联网的发展图谱，未来卫星互联网将沿着“天地一体无缝通信——天地一体泛在连接——天地一体泛在智能”三个阶段演进（如图2-2所示），不同阶段在通信服务、终端连接、服务内容等方面具有差异，总体呈现出递进式的交叠增长态势，衍生出的典型应用场景 将逐步泛在化、智能化。 图2-2卫星互联网发展图谱 在卫星互联网的发展过程中，三个阶段并非独立、线性增长，三者间整体呈现出交叉赋能态势。在发展初期，随着网络连续覆盖能力提升，天地一体无缝通信阶段会衍生出大量应用场景，呈现快速发展趋势；而伴随技术的持续深化，泛在连接与泛在智能阶段的应用场景也相继丰富，性能持续优化、效率逐步提升，加速应用繁荣。如从基础的远海通信，到能支撑远海无人作业场景，再进阶到海上全智慧管理平台的搭建，全面赋能海上作业卫星数智化转型。 2.2天地一体无缝通信阶段 在天地一体无缝通信阶段，卫星互联网将融合地面网络为用户提供覆盖全球的无缝通信服务。通过天地一体融合网络，可有效满足公共安全与行业灾备的应急通信补充需求，并进一步构筑海陆空全方位的立体网络覆盖，为偏远地区、远洋、航空等提供高质量无缝通信。 在终端接入上，该阶段主要以专用型设备为主。通过接入卫星互联网专有终端设备，满足特殊行业、特定场景下的布网、补网需求。在个人消费级产品应用中，移动终端直连卫星应用尚处于起步阶段，虽有少部分大众消费的终端产品提供直连卫星能力，但受制于当前卫星载荷能力、终端制造成本高昂、用户体验欠 佳等影响，功能主要聚焦于双向短消息与双向通话。 在数据融合应用上，该阶段卫星互联网的数据应用还不够丰富，主要是将部分专职专用的遥感数据应用于地球科学、环境科学等场景，在行业数据融合应用上，主要以导航数据为主。 2.3天地一体泛在连接阶段 在天地一体泛在连接阶段，卫星互联网在提供天地一体无缝通信服务基础上，将拓宽卫星互联网应用场景，由小众专用向大众应用延伸，由无缝通信服务向泛在连接发展。 在终端接入上，随着移动终端直连卫星及卫星物联网行业终端数量与种类的不断拓展，将促进卫星互联网应用向“人连”与“物联”双向发展，从而带动个人场景下的消费级服务应用，并加速推动卫星互联网与各行各业融合，形成泛在连接。卫星互联网广泛赋能随时随形随需的个人通信、远海无人作业、沙漠油田智慧管控、农业精准作业等场景，带来更多价值型场景化应用。 在数据融合应用上，天地一体泛在连接将助力行业沉淀更为丰富的场景化数据，可应用于企业数字化管理、决策制定等生产经营环节，推进企业数智化转型。 2.4天地一体泛在智能阶段 在天地一体泛在智能阶段，伴随卫星“通导遥”一体化的实现及星上数据存储、处理能力的提升，卫星互联网将能够支撑更大数据体量、更高速度、更加智能的融合应用服务，逐步与地面网络一起构建“通导遥”深度融合、“云网算智”一体的泛在智能服务体系。 在数据融合应用上，卫星将逐步具有亚米级高分辨率遥感成像、在轨实时智能处理、星基导航增强、遥感数据实时分发等核心能力，可实现信息的融合与高效利用，提供“通导遥储算”全方位的一体化服务。此外，随着行业应用范畴的不断拓展，卫星大数据将融合多源数据，形成共建、共享、共融的集成化行业数 据平台，赋能生态环境、地理灾害仿真监测、金融信贷等应用场景，深化卫星互联网与行业的协同。 3.创新场景将成为卫星互联网发展关键驱动力 未来，随着天地一体的深入发展，卫星互联网将逐步向各行业渗透，在此过程中其能力将逐步扩展，衍生大量创新场景。一方面，带动原有应急救援、远洋海事、航空机载等领域的技术进步，提供更加丰富、高价值的卫星应用；另一方面，通过卫星互联网技术的创新和融合应用，将衍生一些全新应用场景，如终端直连卫星、海上无人作业、工业无人作业、时空数字内容、全域智慧监管等。 3.1天地一体无缝通信 卫星互联网将成为地面网络系统的重要补充，以共建融合形式形成全球无缝通信网络。通过地面通信运营商与卫星通信运营商的