受益于批量化卫星制造、火箭重复利用、一箭多星发射等领先技术，“星链”互联网星座成为新一轮低轨卫星浪潮的佼佼者。然而，“星链”互联网星座所瞄准的消费者宽带市场，面临地面固定宽带、蜂窝无线宽带，以及静地轨道高通量卫星的多重竞争。本文从建设费用、通信容量、地面终端、落地监管等方面对比“星链”互联网星座与其竞争对手的优劣，分析“星链”星座面临的机遇和挑战，并研判其发展前景。 1.引言
+ 邹明（中国电科电子科学研究院，中国电科发展战略研究中心） 苏小莉（中国电科电子科学研究院，中国电科发展战略研究中心） 魏凡（中国电科电子科学研究院，中国电科发展战略研究中心）
图1 2014-2018年美国、中国固定宽带中的光纤渗透率 公司（SpaceX）成功将第九批60颗“星链”（Starlink）卫星发射升空，至此该星座发射卫星总数已达到540颗，公司表示星座私下测试将在7月左右进行，并最早可能在8月为美国消费者提供卫星宽带服务。
然而，并非所有低轨星座都能顺利落地。2020年3月28日SpaceX 公司曾经最大的竞争对手一网公司（OneWeb）正式申请破产保护，仅仅6天前该公司的34颗卫星还搭载“联盟”号火箭升空，使卫星总数达到74颗。作为新时代大规模低轨卫星星座的开创者，OneWeb公司的破产令人想起20世纪90年代的低轨卫星星
座发展浪潮，当时铱星（Iridium）和全球星（Globalstar）公司都经历了破产和重组。与上次相比，这次低轨卫星互联网浪潮有不同的时代背景，如新的卫星制造和发射技术（批量化制造、火箭重复利用、一箭多星发射等），新的物联网、产业互联网等应用环境，新的经济全球化水平，以及海洋经济和太空经济步伐的加快等[1]。 但是历史再次重演，先是2019年11月原计划发射78至108颗卫星实现高速互联网服务的LeoSat公司因缺乏投资而停止运作，后是2020年3月OneWeb公司因新冠疫情引发金融市场动荡而申请破产。那么Starlink的发
展前景如何，能否成为新一代低轨卫星星座的最后赢家？
2.“星链”的最大机遇在于美国光纤渗透率偏低
在2020年3月举办的“美国2020卫星大会”上，SpaceX公司首席执行官马斯克接受访谈时表示，Starlink星座无意与成熟的电信厂家去竞争，而是将目标定位为向光纤和手机无法或难以覆盖的人提供上网服务。事实上，在有光纤覆盖的城镇地区，卫星宽带的竞争力极其有限。例如，现在商用光纤已 能以单纤16 Tbps（单波200 Gbps×80个载波）的容量实现3000公里无中继传输[2]，而Starlink 第一期计划部署的4425颗卫星单星容量为17~23 Gbps，整个星座容量才100 Tbps。此外，低轨卫星天然具有
全球覆盖性，而地球表面70%以上为海洋和荒野，因此存在容量浪费。有学者根据地表人口分布模型，测算出StarLink容量利用效率为25.1%，整个星座有效容量约为23 Tbps[3]。假设StarLink第一期星座服务100万用户，则户均容量约为23 Mbps，远低于光纤宽带的速率。
美国光纤渗透率不足，地面固定网络速率偏低，并且农村地区宽带短缺，为Starlink提供了发展空间。2013年之前，美国和中国的光纤渗透率均较低。在过去的七年中，中国积极推动光纤部署战略，2019年光纤已经覆盖了98%的行政村，实际接入光纤的宽带用户数达3.96亿户，在固定宽带中的渗透率约91%[4] ；美国2018年光纤覆盖全国31%的家庭住户，实际接入光纤的宽带用户数为1860万户[5]，在固定宽带中的渗透率仅17%（如图 1）。光纤短缺导致美国地面固定网络以同轴电缆为主，2017年其占比约65%；此外有2422万家庭通过DSL 电话线接入固定网络，其中仅15%的图 2 2017年美国不同类型固定网络接入用户数（单位：百万户）
图 3 2017年美国固定网络各下行速率区间用户数（单位：百万户）
DSL电话线能达到下行/上行25/3 Mbps 的标准[6] （如图 2）。2017年美国固定网络下行速率分布如图 3，总计3350万户家庭速率低于25 Mbps，占比约31%。此外，美国联邦通信委员会（FCC）2020年报告显示，即使将卫星宽带计算在内，美国仍有22.3%的农村人口和1.5%的城市人口缺乏达到25/3 Mbps的固定宽带覆盖[7] 。因此，美国光纤渗透率偏低，尤其是农村地区宽带短缺，为Starlink等卫星宽带提供了较大的发展空间。
美国光纤到户部署费用较高，光纤覆盖率提升缓慢，为Starlink提供了
宝贵的部署时间。光纤到户（FTTH）户均部署费用包含两部分：一是家庭覆盖（Home Passed）费用，包括土建（挖沟、埋管、人井）、光缆（铺设、熔接、测试）、站点（ODN无源设备及安装）、有源设备（OLT和ODN有源设备）等，住户密度越高的地区每户分摊的家庭覆盖费用越低；二是家庭接入（Home Connected）费用，包括光纤用户终端的购买费用和安装费用，只有在用户需要服务时才产生。住户密度较低、路权获取困难、土建成本高昂，是推高光纤家庭覆盖费用的主要因素[8]
。在2019
表1 2019年美国不同住户密度地区光纤部署费用
柱层析
A类地区
B类地区C类地区D1类地区
D2类地区2025未覆盖家庭数（百万户）33.99.87.3 5.113.5截止住户密度（户/平方英里）152576730263NA 户均覆盖费用（美元）668131321873656NA 户均接入费用（美元）550550550550550户均总费用（美元）
1218
1863
2737
4206
NA
年的研究中，美国宽带协会（FBA）将美国按照住户密度由高至低分为A、B、C、D1、D2五类地区，分析得出前四类地区户均部署费用依次为1218、1863、2737、4206美元/户 [5]（如表 1）。FCC
管理的“农村数字机遇基金”（RDOF）将在2020~2030年间提供204亿美元资金，为农村地区家庭和小型企业提供25/3 Mbps以上的宽带接入，其中一部分资金将用于铺设光纤。但是美国宽带协会的研究表明，按照当前增速和资金投入力度，2025年美国光纤家庭覆盖率仅有望达到50%；如果希望在2029年达到
图4 HTS系统与传统宽波束卫星系统的对比
90%，则未来十年需额外投入700亿美元，远超出目前的RDOF资金总额。Starlink预计第1期4425颗卫星于2024年左右完成部署，因此美国缓慢的光纤铺设进度为其赢得了部署时间。
卫星通信在美国有较大的潜在市场，Starlink的发展前景比较乐观。与光纤相比，卫星通信的优点在于其连接成本与地形无关，因此卫星通信在偏远地区可能具有价格优势。例如，假设户均平均速率为10 Mbps ，正在建设的Starlink第1期4425颗卫星耗资约68亿美元提供23 Tbps有效容量，能够支持230万用户，则其户均连接成本约3000美元。另外预计卫星通信用户终端价格在500美元左右，因此Starlink星座户均连接成本在3500美
表 2 国外GEO-HTS典型卫星的性能
表 3 GEO-HTS和LEO星座优劣势比较
图5 国外GEO-HTS典型卫星的单星容量
注：-表示未查到确切数据
卫星名称发射时间点波束数单星容量(Gbps)
用户速率(Mbps)
质量(kg)寿命（年）
IPstar 2005.8102路Ku 455/4648612Ka-Sat 2010.1282路Ka 7522/6615015ViaSat-1/ViaSat-22011.102017.672路Ka/100以上Ka 14030050/3674064181514Jupiter-1/Jupiter-22012.72016.1260路Ka/120路Ka 10022025/3
6100663715
Inmarsat-5F1/Inmarsat-5F2/Inmarsat-5F3/Inmarsat-5F42013.122015.22015.82017.595路Ka 10050/5607060706070608615Jupiter-32021-500100/--15ViaSat-3
2021
1000路Ka
1000
100/-
6400
15
优势
劣势
GEO-HTS ●
单颗星覆盖区域广●
覆盖区域固定，星座设计简单● 不受大气阻力影响，卫星寿命长（14~18年）
●
静止或低速运动的地面终端，可以使用高性价比的抛物面天线
●
传输时延大●
入轨成本高●
路径损耗大●
发动机散热器
极地区域无法覆盖LEO-HTS ●
传输时延低●
入轨成本低（每千克入轨成本为G E O 卫星的1/5~1/10）
●
路径损耗低，支持更小孔径地面终端●
需要大量卫星才能覆盖全球●
地面测控和运营管理难度大●
容量浪费严重，地球表面90%区域为海洋、沙漠和荒野●
由于大气阻力，卫星寿命短（5~8年）●
地面终端需要配备昂贵的平板天线
蜂巢芯
元左右，高于美国A、B、C类地区的光纤部署费用，但低于D1、D2类地区。根据表 1，预计到2025年D1、D2类地区未被光纤覆盖的家庭数总计1860万户，换算为人口约4700万（美国每户家庭约2.54人）。这些用户处于人口密度最低的偏远农村地区，不仅长期缺乏光纤覆盖，可能也缺乏同轴电缆而仅能通过DSL电话线接入固定网络。因此，这些用户构成了卫星宽带具有价格优势的潜在市场，能为StarLink等卫星宽带企业提供足够的潜在用户。
3.“星链”面临静地轨道高通量卫星的竞争
Starlink星座属于非静地轨道高通量卫星（Non-GEO HTS）的范畴，其竞争对手除了地面固定网络外，还包括静地轨道高通量卫星（GEO-HTS）。高通量卫星（HTS）系统采用多点波束和频率复用，在获得相同的频谱资源条件下，其吞吐量是传统
宽波束卫星的数十甚至数百倍（如图 4）[9]。
HTS技术率先在GEO通信卫星上得以实现。目前全球已有几十个卫星运营商投资建造了数十颗GEO-HTS 卫星。其中典型卫星的性能如表 2所示。GEO-HTS的点波束数量由2005年的100路左右，增长到目前的1000路，单星容量也呈现指数增长的趋势（如图 5）。所有在轨GEO-HTS中容量最高者是卫讯公司的ViaSat-2，正在为北美地区提供最高50/3 Mbps的卫星宽带服务。已经签订制造合同并预计2021年发射的Jupiter-3属于休斯公司，计划覆盖北美地区[10] 。此外，卫讯公司计划2021年之后发射
三颗单星容量1 Tbps的ViaSat-3卫星，分别覆盖北美、欧洲和亚太地区，将提供下行100 Mbps以上的卫星宽带[11] 。
Non-GEO HTS又分为中地轨道（MEO）和低地轨道（LEO）两种，Starlink星座属于LEO-HTS系统。在单星覆盖范围、卫星寿命、入轨成本、
传输时延、路径损耗、地面终端配置等方面，GEO-HTS与LEO-HTS各有优劣（如表 3）：
以上优劣对比是由不同卫星轨道的物理特性，以及电磁波传输原理所决定的。这些因素共同发挥作用，对LEO-HTS和GEO-HTS的市场竞争力有深刻影响，其中最重要的几个方面是：
第一，LEO-HTS单位容量成本与GEO-HTS基本相当。GEO卫星相对于地表静止，因此可以将全部容量投送到地面指定区域；LEO星座可提供全球无缝覆盖能力，但由于地表70%以上是海洋和荒野，其容量覆盖效率很低。此外，GEO卫星寿命一般在15年以上，LEO卫星由于大气阻力其寿命只有5~8年。如表 4所示，考虑到仅有限的覆盖效率之后，Starlink星座的单位容量成本为287 $/Mbps，低于GEO卫星ViaSat-2的1750 $/Mbps与ViaSat-3的500 $/Mbps；进一步考虑到卫星寿命的差别之后，Starlink的单位
表 5 GEO-HTS、LEO-HTS和GEO宽波束卫星不同场景适用程度
表 4 GEO-HTS（ViaSat）与LEO-HTS（Starlink）容量成本对比
有效容量(Tbps)
制造发射成本（亿美元）
单位带宽成本($/Mbps)
寿命（年）单位带宽月度成本($/Mbps/Mon)
ViaSat-20.3 5.31750159.7ViaSat-31550015 2.8Starlink气动加油泵
23
68
287
5
4.8
GEO-HTS
LEO-HTS
光纤熔接示意图
GEO宽波束
消费者宽带高中低回传与中继中高低企业与政府
高高中海事高高中航空高高中军事高高高视频广播
中
低
标本缸高
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