“一网”系统发展情况分析与启示

李博 刘忠义（北京空间科技信息研究所）

近年来，国外掀起新一轮低轨通信星座建设热潮，“一网”（OneWeb）计划是其中融资额最高、工程进度最快、最受业界关注的项目，其旨在利用大规模低轨卫星提供全球宽带通信服务，其在卫星设计、业务布局、服务理念、批量研制和融资途径上具有很多与传统卫星通信企业迥异的特质，在为行业发展注入新的活力的同时，也将对既有市场格局形成巨大挑战，值得从业者关注和借鉴。

1 发展现状分析

系统建设

“一网”星座目前共规划有三代，第一代卫星星座计划于2018年启动部署，将共计发射882颗卫星，分布在18个圆轨道面上，每个轨道面49颗卫星，轨道高度约为1200km，倾角87.9°，相邻轨道面间隔约10.15°；第二代星座计划于2021年启动，将能直接向使用轻便小型天线的农村家庭提供高达2.5Gbit/s的超高速宽带服务；第三代星座计划于2023年启动，目标是到2025年将能够为全球超过10亿用户提供宽带服务。根据目前掌握的情况来看，一网公司（OneWeb）的第一代星座将具有7Tbit/s的容量，第二代将达到120Tbit/s，第三代星座容量将达到1000Tbit/s。

（1）卫星研制追求高性价比，催生创新天线构型设计

空间段方面，一网公司一方面致力于将单星研制成本压至60万美元，尽可能采用成熟技术和简单的通信体制，以推动批量化生产。整个系统将采用透明转发工作方式，星上无需实现路由、交换等复杂处理功能，同时不设星间链路，减少载荷设备的质量、空间与功率等资源消耗，降低技术实现难度。在这种理念影响下，卫星设计质量仅125kg，不及“下一代铱星”（IridiumNEXT）的1/6。

另一方面，星座旨在面向终端用户提供高速宽带通信服务，单星需具备多波束覆盖能力，以支持频率复用，使单星容量达到10Gbit/s的目标，其性能要求又远远超出传统百公斤量级小卫星的能力水平。按此规划研制的“一网”卫星将成为性价比最高的低轨通信卫星。

目前判断，其创新的用户天线设计，很可能也进行了上述两方面的考虑。从外形图来看，“一网”卫星天线主要由线型馈源组成，直接对地辐射产生波束覆盖，既不采用如“另外三十亿人”（O3b）卫星的多反射面天线，避免了加装支撑和调节机构所带来的质量和空间占用，也不采用如“铱”（Iridium）卫星、“全球星”（Globalstar）等成熟低轨通信星座所使用的相控阵天线，以减少高昂的成本开支；另一方面，为了实现卫星的大传输容量，下行必须设计多波束以实现频率复用。因此，星上共配备了16个这样的线型馈源，形成16个长椭圆形状波束，共覆盖星下1080km×1080km的范围，支持频率复用，单个波束下行传输速率可达750Mbit/s，上行速率可达375Mbit/s。

（2）积极采取频率先行策略，开发复杂干扰规避机制

对于所有旨在提供全球服务的低轨通信星座而言，频率资源具备独占性和排他性，其争夺结果直接影响项目成败。“一网”星座也不例外，其系统建设奉行频率先行策略。首先，在全球维度，其在2014年通过收购获得了天桥公司（Skybridge）的部分Ku频段优先权限，由于国际电信联盟（ITU）对非静止轨道卫星系统采取的“先占先得”原则，此举建立了“一网”星座在与其他星座频率竞争中的优势地位；其次，在目前绝大多数星座计划最为关注的美国市场方面，一网公司于2017年6月成为首个获得美国联邦通信委员会（FCC）准入许可的新兴低轨运营商，虽然FCC秉承避免垄断、促进竞争的宗旨，对星座系统采取“共享共用、相互协调”规定，但一网公司率先打开美国市场，对其提早开拓营销渠道、布局推广应用大有益处。

另一方面，无论是ITU，还是FCC，在频率使用方面上都要求低轨系统保证不干扰既有的地球静止轨道（GEO）通信卫星业务。

这个方案一经提出，就引发了多家GEO通信卫星运营商的强烈反对。为此，一网公司开发了一种“渐进倾斜”的干扰规避技术，并申请了专利。其主要原理是在地面站上行波束可能对准GEO卫星产生干扰时，自动选择其他方向上的卫星进行上行通信，通过调整上行波束的方向和信号电平，从而消除对GEO卫星的干扰，这一措施最终获得了FCC的认可。

“一网”星座注册频段

（3）全球布站以保连续服务，终端降本增效普及应用

由于“一网”卫星不配备星间链路，所以根据业务需求合理部署全球关口站是系统提供连续服务的关键。根据目前公布的计划，“一网”第一代星座将在全球配建部署55～75个卫星关口站，每个关口站配置10副以上的天线，每副天线的口径超过3.4m。关口站将由美国休斯网络系统公司研制，借助其在地面段的成熟经验，实现卫星与地面网络的高效互联。但值得一提的是，由于大洋区域的关口站部署困难，即使从目前“一网”系统的规划布局来看，其在该区域分布也极为稀疏，如何实现连续覆盖、避免过顶卫星闲置，是其必须考虑和解决的技术问题。

终端方面，20世纪末，“铱”卫星电话体积过大、价格过高、服务资费昂贵的问题，是阻碍其业务拓展、导致计划失败的重要因素；对于传统的GEO通信卫星来说，居高不下的地面设备成本、终端尺寸也是制约整个传统产业规模化应用的根本原因之一。从“一网”系统来看，其将用户终端芯片视为整个系统中最难实现的部分，目前的主要策略是与芯片巨头高通公司（Qualcomm）一起开发专用的14nm低成本芯片，降低功耗的同时，保持高速数据传输和波束快速准确切换的能力，实现用户终端性能、功耗、体积、质量及可靠性的优化和提升。其用户段根据应用领域和场景的不同，提供固定、舰载、车载和机载等多种类型终端，终端天线尺寸为0.45～1m，既有机械式双抛物面天线，也有相控阵天线。用户通过“一网”系统终端连接的热点接入互联网。

此外，一网公司还与国际通信卫星公司（INTELSAT）达成协议，未来将研制支持LEO和GEO星座的双模式通信终端。

业务布局

（1）立足宽带服务主市场，拓展高潜力业务方向

在市场布局上，一网公司跳出国外传统低轨通信星座（如“铱”卫星、“全球星”等仅提供低速移动通信服务（以话音、短报文等为主）的范畴，强调提供企业和家用宽带接入服务，并以此为基础向上述传统低轨星座运营商未曾涉足的蜂窝回程传输、航空宽带、海事宽带等增长迅速的新领域拓展，致力于提供高质量的数据服务。

“一网”系统用户终端传输性能

具体来看，一网公司在各业务方向存在独有的优势。

1）卫星宽带服务。卫星宽带接入是未来增长最快的卫星通信市场领域，也是一网公司一直以来所强调的业务发展重点。预计2015-2025年，全球卫星宽带用户数量和总收入都将增长300%以上。目前普遍的GEO卫星包月宽带接入价格为40～100美元，而据美国北方天空研究所预测，低成本的“一网”系统可将上述资费降低至20美元/月，在该领域极具市场竞争力。

2）蜂窝回程传输。欧洲咨询公司预测，2015-2025年，蜂窝回程传输市场整体收入将增长160%。在此市场领域，非GEO卫星系统因为低延时性能而具备较大的优势，O3b系统的运行成功已经证明了这一点。而对一网公司来说，其目前的最大股东软银公司在全球投资了多家移动通信运营商，旗下更全资掌握美国四大运营商之一的美国电话电报公司（AT&T）。因此，在该领域拓展业务，不仅具备先天的资源优势，而且其相对更低的数据延时也将更贴合下一代移动通信的基本需求。

3）海事和航空服务。这两大市场整体特点是用户数量不多，高价值用户比例却很高。值得一提的是，由于航空线路、航海线路有相当一部分是在高纬度地区（主要是北极圈附近），传统GEO卫星无法覆盖到，具备全球覆盖能力的“一网”系统将此方向作为切入点。2016年底，全球最大的机载联网服务商美国戈高公司（Gogo）就与两家公司达成协议，将利用高低轨的容量提供其2Ku解决方案。

“一网”系统用户业务类型

4）政府和军用通信。受美国及其盟国近年来商业采购规模不断攀升的影响，市场整体增速迅猛。对一网公司来说，其低延时、大容量的通信特点与军事战术作战、福利保障等需求相契合，而高纬度地区常态化连续覆盖能力，则可有效补充美军“宽带全球卫星通信”（WGS）系统在该领域的容量差距。此外，受国家政策约束，美国军方商业卫星通信采购一般为最多1年期的短时性租约，这类合同相比长期的容量租用协议价格更高，因而收入也相对可观。根据一网公司在2016年全球军事卫星通信大会上所做报告来看，开拓政府市场也是其既定策略。

（2）不与地面运营商竞争，节省大规模营销投入

在业务模式上，一网公司沿袭了另外三十亿人网络公司（O3b Network）的经验和理念，把地面互联网服务提供商（ISP）和移动通信网络运营商（MNO）作为合作伙伴而非竞争对手，通过低轨星座和关口站网络，为后两者提供光纤品质（时延低于20ms）的数据传输服务。典型的业务提供方式有两种：一是通过家庭安装的“一网”系统天线及兼容3G、4G、Wi-Fi等网络协议的标准制式终端，提供网络的直接接入服务[与卫讯公司（ViaSat）宽带卫星网络类似]；二是通过塔式安装的“一网”系统天线，配合相应的基站设备，低成本拓展运营商现有网络范围（与国际通信卫星公司等传统固定通信卫星提供的蜂窝网回程传输服务类似）。

就现阶段的定位来看，一网公司在2017年6月向国际电信联盟宣讲时，称自己是面向电信运营商的卫星容量批发商和卫星终端提供商，其并不参与地面互联网的接入运营服务。因此，凡是涉及目标服务地区互联网、移动通信网络运营相关的牌照申请等政府流程性事务，均由本地运营商来负责。一网公司虽然也提供家庭用户的接入终端，但只卖给本地运营商，再由运营商将终端和网络接入服务捆绑后，向个人消费者售出，同时终端的安装服务也由运营商负责。

总的来说，这种业务模式的明智之处在于，确保一网公司当下的业务布局更加收敛，可以集中精力作卫星运营，把地面网络运营商而非个人消费者作为自己的用户，只为在偏远区域有拓展自己网络需求的本地运营商和该区域有接入需求的消费者之间“牵线搭桥”。因此，在业务初期就可以利用国际通信卫星公司、休斯网络系统公司等战略合作伙伴的分销渠道，快速打开相对成熟的卫星宽带接入和蜂窝回程服务市场，省去了面向个人消费者建立营销体系的大规模前期投入。与此同时，一网公司也积极拓展航空、海事等需求旺盛和有待挖掘的市场领域，待地面用户终端设备的生产规模、营业额、现金流、成本控制等各方面达到一定程度后，还将考虑更大规模、更深度的卫星互联网宽带接入业务。

2 发展思路分析

根植互联网创业理念，开辟卫星生产新模式

作为一家旨在利用大规模低轨卫星星座提供全球宽带通信服务的商业公司，从发展理念看，一网公司极具互联网初创企业的特质。

1）用户理念。强调终端用户体验，小于20ms的低时延、媲美地面光纤的接入速度（50Mbit/s）、全球无缝（含南北极）覆盖服务，都作为其最大亮点进行营销与宣传。

2）成本理念。与空客防务与航天公司（ADS）合作，广泛利用工业4.0的新技术、新模式，实现卫星制造的批量化、柔性化和智能化，大幅压缩单星成本空间，同时与高通公司合作研发芯片，降低用户段成本。

3）长尾理念。扎根利基市场，致力于整合全球地理区域分散（多为偏远、无宽带连接的地区）、购买力相对薄弱、不被业界所看好的消费者群体，以期通过规模效应，获得巨额收益。

对两种算法在饱和度50%～1 000%下的误差范围进行统计，见表2，窗宽自适应形心修正算法在非饱和波形下与传统形心算法有相似的误差范围，对于饱和波形误差范围在-0.5～0.5 ns之间，可实现7.5 cm的测距精度.

创始人格雷格·维勒长久以来的个人经历，也在很大程度上塑造了一网公司有别于传统卫星运营商的上述新理念。维勒曾于20世纪90年代中期在卢旺达成功建立了该国首个地面光纤宽带网络，挖掘到互联网基础设施的巨大带动力和潜在市场空间，于2007年创建另外三十亿人网络公司，部署并运行全球首个中轨道宽带通信星座，此后加入谷歌公司（Google）的创新实验室，但由于发展理念不同，带领团队脱离谷歌公司单独发展，于2012年创办一网公司，以“消除全球数字鸿沟”为口号，致力于发展低轨宽带通信小卫星星座。至此，维勒已在互联网运营服务行业进行了三次创业，每一次都伴随着理念上的巨大创新，这种经历也让其深谙该领域的运作方式，并掌握丰富的投融资渠道，为“一网”计划奠定基础。

在卫星生产制造方面，这种初创理念尤为突出。由于新兴低轨星座规模达到百/千颗量级，交付周期也比普通GEO卫星更严苛，以传统制造商的现有AIT设施、延续现有的研制模式，根本无法满足这种需求。在一网公司之前，泰雷兹-阿莱尼亚航天公司（TAS）保持着每周生产1颗“下一代铱星”的记录，而一网公司则提出1天至少3颗卫星的出厂速度，将达到卫星产业界前所未有的交付水平。

为了应对大规模星座交付和部署的压力，一网公司开辟了极具创新特点的自动化生产线模式，以实现批量化、快速交付。整个生产线将充分利用协作机器人、智能装配工具、自动光学检测系统、大数据控制系统、自动精准耦合系统、自动导轨传送机器人、自动加热分配系统、增强现实工具，以及自动测试系统等数字化、智能化手段，加速整个AIT流程。2017年6月27日，一网公司宣布，在空客防务与航天公司的试验生产线已正式投产，首批10颗试验卫星将按期交付发射。该公司在美国设立的卫星工厂也已动工建设，将保障后续上千颗卫星的研制工作。未来，在稳定运行后，该工厂也将为其他小卫星的生产提供服务。

融资布局整个产业链条，构建完整生态圈

一网公司自创立以来，受到了卫星通信产业内外的广泛关注和追捧，外部资本力量的注入为其快速发展和系统建设提供了有力保障。截至目前，有公开来源的信息显示，一网公司共经历了3轮融资，包括种子轮融资、A轮融资以及私募股权融资，共筹集约17亿美元资金。

一网公司的主要发展思路为立足星座低成本快速建设，寻找正确、合适的投资者，深度布局整个产业链条。一网公司形成了战略投资合作伙伴生态圈。

1）空客防务与航天公司。欧洲最大的通信卫星制造商，已与一网公司签署协议，将为其研制10颗试验卫星，并凭借在飞机制造领域的自动化生产、组装理念和经验，帮助一网公司在美国建立配备全套智能化流水线的卫星工厂。

2）维珍集团。国际知名投资集团，下属的维珍银河公司将利用其发射者-1运载火箭提供发射服务，与阿里安航天公司一起保障星座的快速部署需求。

3）休斯网络系统公司。全球最大的卫星宽带网络设备提供商，负责用户终端设计，并与可口可乐公司一起分销产品。

4）高通公司。全球最大的无线芯片制造商，3G CDMA技术专利的主要持有方，将为“一网”系统设计空中接口，同时负责开发用户终端部分执行接入和频繁切换功能的核心芯片。

5）国际通信卫星公司。全球最大的固定通信卫星运营商，作为战略合作伙伴，为一网公司打开运营服务渠道、提供频率协调帮助，同时结合该公司“史诗”（Epic）系列高通量卫星，推出全球首个高低轨融合服务方案，增强市场竞争力。

6）印度巴尔蒂公司（Bharti）和墨西哥通信公司（Totalplay）。一方面负责印度和墨西哥市场的销售服务，另一方面也成为一网公司的用户，为各自业务提供支持。

7）软银集团。IT领域著名的风险投资公司，通过私募股权投资获得一网公司43%的股权。

在这种融资布局下，一网公司形成了以星座计划为核心的完整生态圈，其投资者在卫星制造、发射部署、地面网络、系统技术以及推广运营等各方面可为星座的快速上马和进入市场提供支持，推动最初的理念构想顺利向部署和运行的最终目标演进。

尝试合并高轨运营商，打造一体化市场格局

除了争取高质量的融资之外，一网公司还积极尝试以资本市场操作博取更大的发展和盈利空间。2017年2月28日，一网公司和全球最大的GEO通信卫星运营商国际通信卫星公司联合宣布签署有条件合并协议。根据透露的协议条款，合并后成立的新公司仍称为国际通信卫星公司，三方将以换股交易方式完成合并操作。

2017年5月31日，据英国路透社报道，国际通信卫星公司与其债权人的谈判已经终止，尽管软银公司提高了报价，并将计划收购的期限延长了3倍，但国际通信卫星公司债权人并不接受这种变相折价处理的债权转换协议。6月2日，软银公司和一网公司正式行使其在合并协议和股份购买协议中的终止权，合并案宣告失败。

虽然合并最终未能成功，但回溯此次资本运作下的合并案发展历程，可以窥探出一网公司的发展思路：

1）积极寻找与高轨运营商的利益共赢点，通过合并消除发展阻碍。对一网公司而言，在相继完成多轮巨额融资、卫星研制工作顺利开展的背景下，作为致力于全球性卫星宽带服务的企业，仍需要在世界各地寻找分销渠道和谋取信号落地权，与国际通信卫星公司的合并是其开拓市场、降低运营成本、缩短服务推出到市场时间的最佳选择；另一方面，对国际通信卫星公司来说，其深陷债务困局，且从2012年以来销售收入逐年下降，2016年初，著名的商业评级机构穆迪公司调低了对国际通信卫星公司的评级，认为其高负债和低利润导致发展前景不甚明朗，本次合作有望一次性清偿其36亿美元的债务，大幅降低每年债务利息开支，改善资本结构，因而总的来说，对双方来讲都是利大于弊。

2）通过合并打造通信卫星行业领跑者，构建一体化的市场格局。既拥有国际通信卫星公司积淀数十年的卫星固定和广播业务运营市场和用户基础，又在新兴的宽带服务领域构建了“史诗”系列GEO高通量卫星+“一网”大规模低轨宽带星座的联合服务。一方面能够满足当前应用需求，例如企业网络、通信运营商的通信基础设施服务，以及机载通信和海事通信等；另一方面新公司将更能适应大众消费需求，提供宽带互联网、车联网、物联网、蜂窝回程、机对机通信等更趋多元化、多样化的产品和服务，通过创新商业模式，进而真正走入大众消费市场的“蓝海”，拓展发展机遇和市场空间。

3 启示

新兴星座发展亟需新技术、新模式支撑

从一网公司的发展来看，为了实现系统的高性能、低成本目标，满足数百上千颗卫星研制、数十次密集发射的需求，其在卫星与地面系统设计上均采用了诸多新技术，引入了工业4.0的新研制模式打造智能化卫星工厂，驱动了整个传统卫星制造与发射行业对已有能力的重新审视与深化调整。其供应商之一的美国SolAero公司，以往就主要根据轨道和任务为卫星提供定制化的太阳帆板，如今则立足于支撑一网公司的大批量需求，大力投资并引入自动化工具，以提高产量并降低成本。相同的情况也出现在加拿大麦克唐纳-德特威勒联合公司（MDA）等其他部件供应商身上。因而，在某种意义上，新兴星座的发展与行业的新变革之间存在着相互促进、相互影响的密切关系。

新、老宇航企业合作效益大于对立竞争

如前所述，一网公司所代表的新兴低轨运营商与传统运营商之间存在着直接业务竞争，但就产业界目前整体动向来看，全球最大的5家固定卫星运营商有4家通过商业运作手段计划联合或独立发展中低轨卫星系统。从本质上来看，高中低轨运营商之间实现深度融合服务，可以形成规模效益，共享用户和分销渠道，降低研发成本和企业运营成本，避免过度竞争引发的资源浪费，引导行业向集约式路径发展，推动技术和应用创新。另一方面，目前大批量低轨通信卫星的制造能力主要集中在欧洲泰雷兹-阿莱尼亚公司和美国内华达山脉公司，其他传统宇航制造商与低轨运营商合作，也将有助于补齐业务短板，积极探索新型制造模式，牵引卫星研制能力的优化升级。

更接地气的应用服务将驱动行业迎来爆发

在一网公司商业逻辑中，低成本服务是其核心竞争力所在。根据目前公布的情况推算，一网公司的服务成本不仅低于在轨的GEO和MEO高通量系统，即使面对2020年左右部署的太比特每秒级超高通量卫星系统，也具有较为明显的优势，将大幅降低用户资费和使用门槛。在此基础上，一网公司还推出了更接地气的应用：格雷格·维勒在2017年初伦敦航空协会会议上指出，可口可乐在全球的零售网络中有约1200万～1500万个网点位于联网困难的偏远地区，这些分销网点通过接入一个公司的网络可以为购买可乐的用户提供互联网服务，每月能够为经营者增加至少50美元的收入。上述举措具有巨大潜力，将促进低轨互联网通信服务在全球的普及，驱动整个卫星通信行业实现爆发。