低轨卫星互联网启动，天地一体通信迈向6G

行业评级：推荐 低轨卫星互联网启动，天地一体通信迈向6G 研究员孙其默 投资咨询证书号S0620523060001 联系方式025-58519170 邮箱qmsun@njzq.com.cn 摘要： 非地面网络与5G深度融合实现一体化泛在接入网。卫星通信网络是地面通信网络技术的重要补充。利用卫星通信网络，可以实现空、天、地、海多维度空 间的一体化泛在接入网。 高通量是通信卫星的发展趋势，我国高轨通信卫星技术相对成熟。伴随技术升级、通信频段的拓展，通信卫星从满足文字、通话需求逐步向高带宽数据业务进行拓展。我国在高轨通信卫星技术处在世界领先方阵，代表卫星有天通一号、中星系列。在高轨通信实现了广覆盖的基础上，我国依然需要拓展低轨通信卫星星座，以实现多轨道三维立体布局。 以星链为代表的低轨通信星座，已实现了商业模式的闭环。星链卫星规模已经超过5600颗，星座部署节奏进一步加快。星链商业模式逐步成熟，商业应用 面包含C端和B端，收费方式为终端加流量套餐，星链宣布已经实现盈亏平衡。星链积极拓展应用场景，包括社区网关、手机直连与汽车直连等。 星链工作系统原理与核心技术。星链卫星通过相控阵天线技术实现多波束与地面终端进行通信。星间通过激光通信模块，进行大规模组网，二代星座规划卫星总数将近3万颗。星链通过增加相控阵天线数量以提升单星通信容量，通过垂直整合产业链降低卫星制造、发射成本，以降低单位通信容量的成本。供应链整合所提供的成本控制能力是星链的核心竞争力。 我国加速布局卫星互联网星座。中国卫星网络集团作为我国卫星通信电信运营商，发布了“星网”星座，申报规模接近1.3万颗卫星。项目建设进展正常，2022年完成首次卫星规模集采，2023年完成首次实验星发射。地方政府也在积极推动低轨卫星星座，例如G60星链。卫星产业上游资源加速整合，卫星规模量产以及卫星发射“一箭多星”方式成为降本的主要手段。 投资建议：多重利好驱动卫星互联网产业链发展，预计2024年国内开始规模发射低轨通信卫星，产业迎来0到1建设的高景气发展元年，全产业链机会值得关注。其中重点关注国内相控阵芯片供应商：铖昌科技、臻镭科技；相控阵组件供应商：国博电子；卫星总装：中国卫星；地面通信终端：海格通信。 风险提示：低轨卫星星座建设进度不及预期导致卫星需求低于预期，卫星制造成本与发射成本降低不及预期导致低轨通信卫星商业化进展低于预期，空间轨道资源和频谱资源被大量占用，低轨卫星星座运营存在不确定性，应用市场开拓依然存在不确定性。 目录 1.0行业概述： 1.1卫星行业概述 1.2国内通信卫星发展情况与趋势 2.0低轨卫星概述 2.1星链通信基本原理与核心技术 2.2核心竞争力 3.0国内低轨卫星发展现状 4.0产业链价值链分析与投资建议 5.0风险提示 1.0行业概述 卫星通信+5G实现全方面网络覆盖：从全球网络覆盖面积来看，目前尚有80%以上的陆地区域和95%以上的海洋区域没有地面网络覆盖。非地面网络（NTN）是地面蜂窝通信技术的重要补充，是手机直连卫星的技术方向之一。利用卫星通信网络与地面5G网络的融合，可以不受地形地貌的限制提供无处不在的覆盖能力，连通空、天、地、海多维空间，形成一体化的泛在接入网。 天地一体化网络场景图 资料来源：c114通信院、南京证券研究所 1.1卫星分类：按用途 卫星按用途可分为三类：遥感卫星、导航卫星、通信卫星 •遥感卫星：通过多光谱成像仪、高光谱成像仪、全色成像仪、短波红外相机及合成孔径雷达等有源有源传感器和无源传感器，采集地球图像数据， 满足情报、监视和侦察的应用需求。 •导航卫星：全球卫星导航系统可以为用户提供地面或者接近地面空间任何位置的三维坐标、速度及时间信息的尖端技术。 •通信卫星：卫星实现通信，具有覆盖范围广、通信容量大、通信距离远、不受地理环境限制等特点，在全球的通信中被广泛应用。 发展趋势：传统卫星向高通量卫星转型，扩大通信容量、增加转发器数量、采用多个通信频段和多波束天线、增长服务寿命。 卫星按用途分类 传统与高通量通信卫星 高通量卫星技术特点 应用分 类 特点 发展前景 典型 遥感卫 星 大面积同步观测、时效性强、有效监测天气、自然灾害、军事等 遥感卫星图像及分析是未来重点 高分、风云 导航卫星 全球系统、区域系统和新座增强系统工头攻坚全天候全时空导航 传统中高轨、未来大力发展低轨导航卫星补充增强 北斗、GPS 通信卫星 覆盖范围广、通信容量大、通信距离短、不受地理限制，分为传统及高通量 低轨卫星群“星网”大力发展，躲过相争布局星网空天一体 星链、中星 技术升级 多点波束：使用大量带点波束来实现广域范围覆盖；频率复用：点波束之间可以实现子波段的复用，增加频谱的利用率和卫星通讯容量；波束增益：波束宽度窄提供天线增益，降低终端天线口径，提高频谱利用率，提高数据传输速率。 频段拓展 高速率频段：使用雨衰较大，但适合搞数据传输的Ku、Ka波段，提升通讯速率；资源丰富：Ka频段可用频带宽高达3.5GHz，超过现有L、S、C、Ku频段总和。 轨道开发 主流GEO：地球同步轨道（GEO）单星覆盖区域广，组网简单运维成本低，但资源接近饱和；MEO/LEO：中低轨资源丰富，且可实现多种高度、多种轨道面的三维立体布局 资料来源：《面向低轨卫星网络的组网关键技术综述》，浙商证券研究所，南京证券研究所 1.1卫星分类：按轨道高度 按轨道分类：地球同步轨道（GEO）、中轨道卫星（MEO）、低轨道卫星（LEO）： •GEO：覆盖性强，一颗卫星可以覆盖整个半球，但是延时较高。 •MEO：主要与地面互联网有机结合，作为陆地移动通信系统的补充和拓展。 •LEO：卫星轨道高度低，传输时延低，路径损耗小；卫星数量多，卫星组网可实现全球覆盖，频率复用更有效；地面互联网通信的蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术可为低轨道卫星移动通信技术提供技术保障。缺点在于系统结构复杂，操作、控制、管理难度较高。 卫星按用途分类 三类轨道卫星的主要特征 项目 低轨道卫星 中轨道卫星 高轨道卫星 卫星数量 数十颗至上万颗 十几颗 3颗 空间段成本 最高 最低 中等 卫星寿命/年 3~7 10~15 10~15 地面通路成本 最高 中等 最低 支持手持机工作 可以 可以 不能 传输延时 察觉不到 察觉不到 差 链路余量/dB 10~16 7 6 操作 复杂 中等 简单 呼叫转移 频繁 稀少 无 建筑物穿透力 有限 有限 无 部署时间 长 中等 中等 技术风险 高 低 中 资料来源：《面向低轨卫星网络的组网关键技术综述》，《卫星互联网-构建天地一体化网络新时代》，南京证券研究所 1.2国内高轨卫星发展基础与趋势 我国高轨通信卫星相对成熟，代表卫星有： 天通一号（高轨+窄带）：对标海事卫星Inmarsat-4，都是建立在GSM系统之上。我国在2016年8月成功发射了天通一号01星，迈出了我国自主区域卫 星移动通信系统建设与应用的第一步。支持5000个话音信道，可为30万用户提供话音、短消息、传真和数据等服务。 中星26号（高轨+宽带）：中星26号卫星，由航天科技集团五院抓总研制。由航天科技集团中国卫通负责运营管理，是卫通的第17位新成员。该卫星采用了我国自主研发的东方红四号增强型卫星公用平台（DFH-4E），配备了50路转发器、1000多台单机、2000多个波导子组件，拥有94个用户波束和11个信关波束。卫星工作在地球同步轨道（GEO，高地球轨道），使用Ka频段，单星容量超过100Gbps，能同时满足百万个用户终端使用，提供上行最大可达200Mbps，下行最大可达450Mbps的通信能力。 高轨卫星技术发展趋势：1.卫星移动通讯和地面移动通讯逐步融合；2.卫星有效荷载得到加强:多波束天线技术，波束成形从模拟波束到数字波束和地基波束。3.终端小型化：终端类型从固定、车船机载终端向手持终端发展，逐步实现卫星移动通信的个人化。 公司 卫星项目 项目预算（亿元） 星座带宽 （Gbps） 卫星寿 命（万 单位带宽成本元/Gbps/年） 发射时间 卫星覆盖范围 中国卫通 中星16 8 20 15 265 2017 中国东南 中星19 17.5 10 15 1165 2022 北太平洋 中星26 23.1 100 15 154 2023 中国及周边，澳洲航线，印度洋北部 ViaSat ViaSat-2 43.1 260 15 110 2017 北美 ViaSat-3 52.6 1000 15 35 2023 美洲大陆 PTPasifikSatelliteNusantara SATRIA 38.5 150 15 171 2023 印度尼西亚及周边 天通一号 中星16、19、26覆盖范围 在轨卫星指标比较 资料来源：知乎，卫星界，南京证券研究所 2.0星链：低轨互联网卫星代表 星链Starlink（低轨+宽带）：SpaceX于2015年提出大规模巨型星座计划，目标是为美国以及全球的消费者提供高速、低延时宽带接入服务。星链是 SpaceX非常重要的一部分，其为公司实现太空移民提供资金支持，并且能辅助部署火星卫星通信系统。 截止2023年，SpaceX已发射130批次星链卫星，共计5650颗。2023年以来，星链部署节奏加快，由2022年平均每10.7天发射一批，缩短至5.8天。星链用户在快速增长，从2022年12月100万增长到2023年11月的230万。星链在未来基本上可以覆盖绝大多数国家。 Starlink可提供服务的国家 资料来源：SpaceX官网，南京证券研究所 2.0星链：星座部署节奏 2016年11月，SpaceX首次正式xiangFCC提交星链星座建设的申请材料，此后共提出了三个星座建设方案：一代星链、V波段星链（已撤销）、二代星 链。V0.9、V1.0、V1.5用于一代星链星座，V1.5和V2.0用于二代星链星座。 2019.05-2021.07：SpaceX发射星链壳层1的V1.0版本卫星，并穿插少量V1.5卫星，用于星间激光链路测试。 2021.09-2023.07:SpaceX发射星链壳层4的V1.5版本卫星；壳层2、3、5的V1.5版本卫星主要在2023年上半年发射。期间穿插少量v2.0mini版本，用于前期测试。 2023.07-至今：发射星链卫星均为V2.0Mini版本。 星链星座部署技术更加成熟，发射节奏逐步加快： 一代星座主要遵循：少量轨道面部署->轨道面逐层加密->所有轨道面部署完成。 二代卫星优先在所有轨道进行部署，进而加密各面内的卫星。 轨道平面 轨道类型 壳层 海拔 轨道半径倾角 轨道面数每面卫壳层卫总卫星 星数星数数 道 道 资料来源：SpaceX官网，国信证券研究所、南京证券研究所 一代星座规划 二代星座规划 第一代和第二代星链布局 （km） （o） 倾斜轨1 道 550 6924 53 72 22 1584 倾斜轨4 540 6914 53.2 72 22 1584 极低轨2 道 570 6944 70 36 20 720 4408 极低轨3 560 6934 97.6 6 58 348 极低轨5 道 560 6934 97.6 4 43 172 轨道高度 （km） 倾角（o） 轨道面数 每面卫星 卫星总数 壳层1 340 53 48 110 5280 壳层2 345 46 48 110 5280 壳层3 350 38 48 110 5280 壳层4 360 96.9 30 120 3600 壳层5 530 43 28 120 3360 壳层6 525 53 28 120 3360 壳层7 535 33 28 120 3360 壳层8 604 148 12 12 144 壳层9 614 115.7 18 18 324 合计 340~614 33~148