卫星互联网行业专题：低轨卫星开启通信变革

证券研究报告 2023年11月15日 卫星互联网专题：低轨卫星开启通信变革 中泰证券通信首席分析师：陈宁玉S0740517020004中泰证券电子首席分析师：王芳S0740521120002中泰证券军工首席分析师：陈鼎如S0740521080001联系人：杨雷佘雨晴 1 核心观点 手机直连卫星互联网应用开启C端大市场。10月11日，SpaceX星链官方网站全新推出星链直连手机业务（DirecttoCell），预计2024年实现短信发送，2025年实现语音通话和上网（Data），同年分阶段实现IOT（物联网）。8月29日，华为发布Mate60Pro成为全球首款支持卫星通话的大众智能手机，即使在没有地面网络信号的情况下，也可以进行卫星电话工作。11月10日，中国电信发布5G卫星双模手机天翼铂顿S9，随时可拨打接听卫星电话、接发卫星短信。我们预计后续手机直连卫星互联网应用将进入加速阶段。 低轨卫星加速组网，卫星通信空间广阔。SpaceX于2023年11月初，发射了第119批星链，累计发射总数达到5399颗。国内2020年将卫星互联网首次纳入新基建，中国星网于21年4月成立，已完成实验星及部分组网低轨通信卫星招标发射。2021年11月"G60星链"计划发布，联合上海等长三角9个城市，打造国内首个卫星互联网产业集群，项目分三期建设，一期工程将建设数字化卫星制造工厂、卫星在轨测运控中心和卫星互联网运营中心。其中，产业基地设计产能将达300颗/年，单星成本下降35%，预计2023年投入使用，"十四五"期间将建成全球低轨卫星通信星座。 卫星互联网产业四大环节：卫星制造、卫星发射、地面设备、卫星运营及服务。卫星互联网早期阶段，空间段及地面段基础设施建设先行，上游卫星制造、卫星发射及地面设备中的地面站建设将率先受益，卫星平台和载荷是生产制造环节中两大核心部分，卫星平台包括结构系统、供电系统、推进系统、遥感测控系统、热控系统等，卫星载荷包括天线分系统、转发器分系统及其它金属/非金属材料和电子元器件等，地面设备主要包括固定地面站、移动式地面站及用户终端。从产业价值分布来看，中下游占比更高，随着技术及基础设施趋于完善，应用端相关环节将接力迎来快速发展阶段。 投资建议：重点关注卫星通信载荷：上海瀚讯、创意信息、信科移动；相控阵雷达相关：铖昌科技、航天环宇、盛路通信、盟升电子等；信关站核心网：震有科技、信科移动；基站处理相关：复旦微电；星间激光器件：光库科技、长光华芯、仕佳光子、腾景科技等；火箭发射相关：航天晨光、航天动力、航天电子、思锐新材等；移动终端：信维通信、华力创通、海格通信等；卫星运营商：中国卫通、中国电信。 风险提示：低轨卫星组网建设进度不及预期风险；市场竞争加剧的风险；市场系统性风险等 目录 CONTENTS 01卫星互联网商业与战略价值 02Starlink等海外低轨星座启示 03卫星互联网产业结构分析 04国内低轨星座与产业链梳理 05投资建议 06风险提示 目 CONTENTSO 中泰 录 E 所 1NT 卫星互联网商业与战略价值 ｜领先｜深度 卫星分类：通信/遥感/导航三大类 根据具体用途类型划分，应用卫星主要可分为通信卫星、遥感卫星和导航卫星三类。 1）通信卫星：用作无线电通信中继站，通过转发无线电信号传输电话、电报、传真和数据等，是世界上应用最早、最广的 卫星之一。通信卫星又分为高轨卫星和低轨卫星，当前欧美及我国均已开启低轨卫星建设。 2）遥感卫星：通过对地球系统或物体进行特定电磁波谱段的数字化成像观测，进而获取观测对象多方面特征信息。 3）导航卫星：从卫星上连续发射无线电信号，为用户提供导航定位。 全球通信卫星数量最多，我国以遥感卫星为主。根据USC数据，截至2021年末全球在轨卫星共4852颗，其中通信卫星数目最多，占比64.4%；其次为遥感卫星占比21.0%。截止2022年更新数据，全球在轨卫星中美国有2994颗，中国499颗。2021年1-9月，我国遥感卫星占比超过一半，为53%，而通信、导航卫星分别占比13%、10%。 24% 10% 53% 13% 代表：高轨卫星：中星系列、天通卫星 高轨卫星：Starlink等 图表：卫星分类（按用途） 图表：2021年1-9月中国各类在轨卫星占比（%） 代表：GPS、北斗、 伽利略、格洛纳斯 来源：前瞻产业研究院，智研咨询，UCS，中泰证券研究所 遥感通信导航其他 导航卫星 遥感卫星 应用卫星 通信卫星 代表：遥感系列、风云系列、Worldview等 5 卫星互联网具有广覆盖、低延时、宽带化、低成本的特点。卫星互联网不受空间限制、受自然灾害和战争影响小等特征，使其可以作为地面通信的有效补充，为各类用户提供互联网服务。传统地面通信骨干网在海洋、沙漠及山区偏远地区等苛刻环境下铺设难度大且运营成本高，低轨卫星通信核心商业应用场景主要包括偏远地区通信、海洋作业及科考宽带、航空宽带和灾难应急通信等，在出境人群中也将有较大便捷通信体验。 互联网覆盖存在盲区，卫星互联网可有效填补。截止2022年1月，全球互联网用户数量达到49.5亿人，互联网用户占总人口比例为62.5%，且移动通信系统仅覆盖了20%陆地面积，约6%地球表面。随着低轨卫星互联网建设，未来可有效用于偏远地区、海洋作业及科考、航空等领域。卫星互联网是可实现单一组网全球覆盖的唯一路径。 卫星互联网可实现通信全球覆盖 图表：卫星互联网四大特点图表：低轨卫星商用场景（按用途） 来源：《“新基建”之中国卫星互联网产业发展研究白皮书》，中泰证券研究所6 6G目标：构建天地一体融合通信 3GPP未来将向6G逐步演进。3GPP的NTN标准是从2017年R15开始启动，一直在朝着将卫星纳入3GPP技术规范的目标前进着，这一目标将持续到R20的6G标准工作中。其中，非地面网络(Non-TerrestrialNetwork,NTN)被广泛认为是6G网络的组成部分。 6G通信架构包括低轨卫星及5G网络融合：6G由天基平台、空基平台和地面平台组成，由此实现对5G无法触及的陆地与海 洋、天空实现全域覆盖，构成一个地面无线与卫星通信融合集成的全连接世界。 图表：3GPPNTN标准化时间表 图表：6G由低轨卫星与5G网络融合 来源：《低轨卫星互联网体系和技术体制研究发展路线思考》，中泰证券研究所7 轨道与频谱资源稀缺各国争相布局 低轨卫星的性能更适配卫星互联网发展。按照轨道高度，卫星主要分为低轨（LEO）、中轨（MEO）、高轨（GEO、SSO、IGSO）三类，其中低轨卫星由于传输时延小、链路损耗低、发射灵活、应用场景丰富、整体制造成本低，较为适合卫星互联网业务发展。根据UCSSatelliteDatabase数据，截至2021年底，全球低轨道卫星共有4078颗，占比达80%以上；2020年以来，低轨道卫星发射数量快速增长。 稀缺轨道及频段资源“先占先得”，中美英等国均先后布局。ITU规定，对稀缺的轨道和频段资源按照“先登先占”的原则。根据赛迪顾问，地球近地轨道可容纳约6万颗卫星，而低轨卫星所主要采用的Ku及Ka通信频段资源逐渐趋于饱和状态， 未来将逐步演进至Q/V频段。预计至2029年，地球近地轨道将部署总计约5.7万颗低轨卫星。 图表：卫星轨道类型 卫星轨道类型轨道高度特点卫星用途应用举例 低地球轨道（LEO）500-2000km 单星覆盖面较小，但是传输时延低、链路损耗小、功率较小，绝大多数对地观测卫星、测地卫星、空间站以及一些新的通信卫星系统都采用近地轨道。 通信和遥感卫星系统国际空间站(ISS)和哈勃太空望远镜 中地球轨道（MEO）2000-35786km 单星传输时延、覆盖范围、链路损耗以及功率大于LEO但小于GEO，发射成本适中、传输延迟较低、覆盖区域更广，因此用于导航用途 高速数据和高带宽信号应用，导航系统 美国全球定位系统(GPS) 地球静止轨道(GEO) 35786km 单颗星覆盖区域广，在覆盖区域内，任何地球站之间可以实现24小时不间断通信，服务十分稳定。卫星系统构建简单，3颗同步地球卫星就可覆盖除两极外绝大多数区域，系统卫星数少，运营和在轨维护性价比高。不受大气影响，使 用时间长。可用于通讯、气象、广播电视、导弹预警、数据中继等方面。 卫星电视，电信和地球观测 北斗卫星导航系统中的GEO星 倾斜地球同步轨道 （IGSO） 35786km 星下点是“8”字，高纬度地区不易受到多径效应和建筑物遮挡影响 卫星导航系统 北斗卫星定位系统 太阳同步轨道（SSO） 不超过6000km 覆盖范围较小，可于相同当地太阳时穿过任何给定位置 对地观测 ODIN卫星 感和其他应用。 高椭圆轨道（HEO）—通信、卫星无线电、遥— 来源：OSGEo中国中心，中泰证券研究所8 根据UCS统计，截止2022年5月1日，全球运行卫星达5465颗，其中LEO轨道数量最大，占约86%。美国最多为3433颗，俄罗斯172颗，中国541颗。我国在LEO轨道上与美国相差较大，其他轨道差距较小。 截止2023年6月，全球在轨卫星共超过8000颗，低轨卫星为7305颗，占比约91.31%。当前，全球有7个百星以上规模的低轨卫星星座，其中Starlink超过5000颗，几乎占据了低轨卫星数量的三分之二。 全球在轨卫星中低轨占比最高 图表：全球各轨道高度及卫星数量图表：截止2023年6月全球在轨卫星数量 来源：中国无线电大会，中泰证券研究所9 卫星频段稀缺：Ka/Ku将趋于饱和 Q/V频段将成为下一代卫星主要发展方向：随着大量在较低频率波段的规划使用，C、Ku、Ka等频段发展趋于饱和，早在 2016年SpaceX提交频段规划时，Ka、Ku频段已经渐趋饱和。因而发展Q、V频段是未来卫星通信的重点。 图表：《无线电规则》频率划分情况 频段 频率范围 使用情況 L 1~2GHz 资源几乎分配殆尽；主要用于地面移动通信、卫星定位、卫星移动通信及卫星测控等业务 S 2~4GHz 资源几乎分配殆尽；段频率相对较低，信号覆盖大，受天气影响小，主要用于气象雷达、传统雷达、卫星定位、地面移动、卫星移动通信及卫星测控等业务 C 4~8GHz 近乎饱和；主要用于雷达、地面移动、卫星通信等业务 X 8~12GHz 受管制频段，通常被政府和军方占用；主要用于雷达、地面通信和卫星通信等业务 Ku 12~18GHz 已近饱和；频率相对较高，容易受天线影响造成信号波动，但信号强度高于C频段，主要用于卫星通信和卫星电视直播等业务，支持互联网接入 Ka18~30GHz正在被大量使用；主要用于卫星通信、地面移动、星间通信等业务， 支持互联网接入 图表：SpaceX提交的关于Ka频段和Ku频段规划 Q/V36~46GHz46~75GHz 开始进入商业卫星通信领域 太赫兹0.1~10THz正在开发 来源：电子工程世界，SpaceX，中泰证券研究所10 卫星轨道申请后需按时发射 国外以SpaceX为首的企业已申请大量轨道资源。SpaceX于2015年首次提出“Starlink计划”，2016年向ITU申请共1.2万颗卫星发射计划，并于2019年10月将星座总规模扩大至4.2万颗。波音、空客、亚马逊、Google、Facebook等企业均在ITU申报了大量的卫星频轨资源。 ITU规定了相关发星节奏及削减规则：ITU要求在提交申请后的7年内必须发射第一颗卫星，并在投入使用的监管期结束后两年内部署其星座的10%，然后五年内部署50%，再七年内完成星座部署。换言之，星座计划在9年内必须发射总数的10%，12年内必须发射总数的50%，14年内必须全部发射完成，否则需对申报的网络资料进行相应缩减。 图表：全球主要卫星星座情况及进度图表：按ITU规则星链的发星计划 来源：SpaceX，面向未来卫星通信，全球航天事件，IT之家，ITU，中泰证券研究所11