卫星互联网行业研究.docx

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1、1 .卫星互联网是空天地大互联的基石，产业发展加速1.1 我们为什么要发展卫星互联网？ 空天地一体网络是面向未来的通信网络，卫星互联网是打通空天地大互联不可缺少的一环.随着 信息技术的发展，人类活动对通信网络的要求持续提高，移动通信从2G发展到5G ,网络速度 从约IOOkbPS提升到5G时代的IGbPS ,25年间提升了 1万倍。随着人类活动和经济生产 活动的不断扩大，我们进入了万物互联的新时代，对网络通信的 需求也从速度提升，逐步向通信 互联时间、互联空间等领域全面拓展，现有通信网络对山区、沙漠、海洋、天空等人际活动稀少 的地方薄盖严重不足，而虚拟现实、自动驾驶、物联网等新产业也对通信容量

2、、通信延迟提出了 全新的要求。空天地一体化网络技术在新时代的需求下应运而生.卫星互联网具备广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点，是空天一体网络的必要组成部分，其 在国防军事和民用领域有着极为广泛的应用和巨大的潜在价值。军用：卫星互联网在国防领域具有 巨大潜力.其在战争中的运用包括：支持网络舆论、保障地面任务、串联情报信息、支撑精确打 击、支援无人机作战、反网络电子干扰。具备的潜在战斗能力包括：目标侦察能力、电子对抗能 力、反导拦截能力、通信保障能力0 2020年美国陆军与SpaceX签署合作研发协议，将Starlink 宽带卫星连接到军事通信网络。从当前的趋势看，Starlink的技术将从民用

3、为主转为军民共举的 方向，成为美军未来作战理念新载体.民用：卫星互联网是解决地球“无互联网人口数字鸿沟的有效手段之一。目前，地球上超过70% 的地理空间，涉及30亿人口未能实现互联网惹盖。卫星互联网具备广覆盖、低延时、宽带化、 低成本等特点，是解决地球“无互联网人口数字鸿沟的重要手 段之一，也是实现网络信息地域连续 覆盖的有效补充。1 ）广覆盖：可实现全球宽带无解通信。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，在互联网渗透率低的区域通过部署传统通 信骨干网络进行延伸 普及已存在现实障碍。据ITU统计，2021年全球仍有37%的人口未接入互联网，非洲等地区

4、 4G网络覆盖率仅在50%上下。图表4： 2021年世界移动通信网络人口覆盖情况世界发达国家发展中国家30%75%80%85%90%业抿相较而言，卫星互联网拥有“上帝视角的优势，可以向全球各个地域提供信息通信服 务，从而实现 全球宽带无缝通信.目前已有多家卫星联网公司给出了覆盖全球或是覆盖全球大部分地区的计划， 卫星通信实现全球无网络死角指日可待。2）低延时：可实现延时与地面网络相当。对于延时敏感类业务，如：金融交易、网络 游戏、虚拟 现实等，其对传输时延有着极高的要求.以SpaceX披露的其星链互联网测试结果，星链互联网 的下载速率为102至103MbPS ,上传速率为40至42Mbps ,

5、延迟为18至19毫秒.根 据S数据，美国固定宽带的平均延迟为22毫秒，移动网络的平均延迟为39毫 秒.星链互联网的延迟已与地面宽带大致相当。3 ）低成本：建设成本低于地面通信设施。SpaceX的官方消息称，Starlink卫星通信星座的总投 资额约为200-300亿美元，折合人民币1300-2000亿元，初期需要50-100亿美元才能全面 投入运营。而地面5G的部署成本，据麦肯锡预测，第一轮全球5G部署将投入7000-9000亿 美元，且2030年仅有美国、中国、欧洲等地区可以享受5G网络。由此可见，卫星互联网建设与 地面通信设施建设相比，其成本具备很大优势。4）宽带化：高通量卫星技术日渐成熟

6、。高频段、多点波束和频率复用等技术的使用显 著提升了通 信能力，降低了单位宽带成本，能满足高信息速率业务的需求，极大的拓展了应用场景。4G系 统要求的下行速度平均为IOOMbit/s左右，5G要求的下行体验速率要达到IGbits,峰值速 率最高要达到20Gbits ,Starlink卫星通信星座全球测试的结果峰值速率能够达到649Mbits , SpaceX平均速率目标为50-150Mbits ,可见Starlink卫星通信星座能达到的速率与4G的 水平基本持平。从用户容量上看，Starlink单星通信容量已经与单个5G宏基站的容量基本持平， 理论带宽也已接近5G ,随着技术的成熟、传输速率的

7、提升，卫星通信宽带化的特点将进一步凸 显。ISk 8：工糖 / Stariink J, 4G. SG力寸比Starlink4G5G下行逵度50-150MbitsIOOMbitZsIGbitZs理论带宽 IGbpsIOOMbpsl-2Gbps用户容量单星通信容量1723Gbps （可选-100万终戕/km?.单个5G宏基代）站至少20Gbps厦JL距离 55Okm仇道高度的天线筮丛Mkm2度X半役约为13千米半校300米（可布谀区）传，方式长距离无戏通信先甘伟怆光纤+中远距离无我通信应用场景 极地、海洋.杭空、灾难、战争等电视立播、移动医护、智能手机高宽格、物联网,低时延应用场抄球网络腋务等景

8、丸遗：金小上工JLKX时代竹体格编累支构. EGTA及偃r什么、 IrwTF 夕,凌。Yy一臂:胡瓦省:防抑尼）1.2 卫星通信向高通量发展，低轨星座是重点方向1.2.1 卫星通信的基本原理和分类卫星通信是当今必不可少的通信方式之一。卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站转发或反射 无线电信号，在卫星通信地球站之间或地球站与航天器之间的通信.卫星通信是航天技术和现代 通信技术相结合的重要成果，在广播电视、移动通信及宽带互联网等领域起到了广泛的应用，是 当今必不可少的通信方式之一.卫星通信本质上是利用通信卫星作为中继站而进行的一种特殊的无 线电中继通信。卫星通信系统由通信卫星、通信地球站分系统、跟

9、踪遥测及指令分系统和监控管 理分系统等四大功能部分组成。通信卫星占全球在轨卫星半数以上，是人类最为高频使用的航天器之一。截止2022年5月UCS 公布的数据，全球共有在轨卫星5465颗，通信卫星数量达3613颗，比例达66% ,占据了在轨 卫星的半壁江山。图表IL卫星分类应用类别应用领域代表型号可传输电话、电卫星通信传真、数据和电视等信息卫星遥感主要提供对地 球、天体以及空 间环境有关的监 测信息承担洲际通信业 务和电视传输。可用于国土、环 保、应急、 利、气象、 洋、农业、 业、军队、 保险以及J 费等领域。中星系列、天通卫星卫星导航主要提供时间/ 空间基准和所有 与位置相关的实 时动态信息

10、水海林金众高分系列可应用于航空、 航海、通信、人 员跟踪、消费娱 乐、测绘、授 时、车辆监控管 理，和汽车导航 与信息服务等。北斗行业轨道与卫星的使命密切相关，根据轨道高度不同，通信卫星常用轨道包括低地球轨道、中地球轨 道和地球静止轨道。按照卫星的任务要求，选择最有利的运行轨道是轨道设计 的首要工作，根据 其运行轨道距离地面的高度来分类。从带宽角度看，卫星通信可分为宽带通信和窄带通信，Ka频段的宽带通信是重要发展 方向.宽带 通信卫星大多采用Ka频段，主要目标是通过卫星进行话音、数据、图像和 视频的处理和传送， 为多媒体和高数据率的互联网应用提供一种无所不在的通信方式.宽带通信卫星较以往的通信

11、卫星 最大的区别在于，其可以提供的业务由低速业务及话音业务变为互联网和多媒体业务，目前全球 多国都已开始研制和建造宽带通信卫星。卫星通信的应用场景及潜在应用场景非常广阔。卫星通信应用场景横跨军民，根据UCS数据，截 止到2022年5月，在轨卫星中商业用途卫星占比达77%,军事用途卫星占比为10%。根据卫星的不同应用场景，卫星通信可分为电视及声音直播、边远地区通信、专用网通信、双向数据 分发（如高速互联网接入、物联网）、军用通信等。1.2.2 快速增长的通信互联需求催生高通虽卫星高通量通信卫星（HTS ）,亦叫超高吞吐量通讯卫星，高通量通信卫星常利用频率资源 的多倍复 用来提高吞吐量，能提供传统

12、卫星的数十倍甚至上百倍的容量。高通量通信卫星的主要有3大特 征：1 ）技术升级；2 ）频段拓展；3 ）轨道开发。这些特征使卫星具备更大的通信容量,同时降低 了单位带宽的成本。图表16:高通量卫星与传统卫星对比传统通信卫星高通量通信卫星宽波束覆盖低频段：L、Ss C为主以GEo轨道为主大量点波束广域覆盖高频段：Ku、Ka为主在GEo轨道基础上，拓展M E0/L新谨通兼陵陵1 ）技术升级：高通量卫星是相对于使用相同频率资源的传统通信卫星而言的，主要技 术特征包括 多点波束、频率复用、高波束增益等.多点波束方面，使用大量点波束实现 广域范围覆盖；频率 复用方面，点波束之间可以实现子波段的复用，增加频

13、谱利用率和卫星通信容量.；波束增益方面， 波束宽度窄提高天线增益，降低终端天线口径，提高频 谱利用率，提高数据传输速率。2 ）频段拓 展：传统使用的C、Ku频段逐渐饱和，高通量卫星逐渐向更高频段发展，如使用Ka频段的中 国首颗高通量卫星中星16号，又例如银河航天的使用Q/V频段的5G通信卫星。使用如Ku、 Ka高频波段，能有效提升通讯速率，同时高频段资源丰富可用 频带宽（Ka频段可用频带宽高达 3.5GHz ,超过现有L、S、C、Ku频段总和），但遇云/雨衰减较大。3 ）轨道开发：与频段资源 类似，轨道资源是稀缺资源，特别是赤道同步轨道仅此一条，为了提供更高容量，也为了满足更 高的通信需求，高

14、通量卫星从以GEO （地球同步轨道）为主导向LEO （低地球轨道）延伸。高通量卫星凭借高吞吐量、低单位带宽成本、数据传输速度快等优势，为通信卫星行业带来了更 多的应用可能，拥有广阔的商业化前景，市场空间巨大。美国在高通量卫星领域世界领先，Viasat 公司的高通量卫星经过三代发展，已达到单星数百Gbps通信带宽的能力（Viasat-3容量将超 过500Gbps ,甚至可达到Tbps级另（J ）。卫星通信采用高通量通信卫星是大势所趋。随着通信、互联网和多媒体应用的逐步普及，卫星通 信对于宽带化、高通信容量的需求越来越强烈，并伴随着制造技术的日渐成 熟以及发射成本的日 渐低廉，卫星通信行业发展高通

15、量通信卫星已成定局。高通量卫星的应用场景也在不断地丰富， 其在卫星数量、通信容量、市场需求和运营收入方面均实现了快速增长。2004-2020年，地球同 步轨道通信卫星年发射数量小幅上涨，但同步轨道高通量卫星（GEO-HTS ）数量大幅上升，2018 年达到高峰，但年发射数量为2004年的4.3倍，占当年同步轨道通信卫星的50% ,由此可见 消费市场对高通量通信卫星需求之旺盛。2021年全球高通量卫星市场销售额达到了 10,175.50百万美元，预计2028年将达到 26,102.84 百万美元，年复合增长率（CAGR ）为 15.36% （ 2022-2028 ） 全球市场规模中国市跖规模中国市场规模占全球百分比yX 20： 2022-2028年全球高通景卫星市场销&额悦计及预测情况（酉万美元,%）300002500020000150001000050000我国高通量卫星与国际最先进水平相比还有一定差距，但一直持续突破和探索，从中星16到中星 26 ,我国已形成初具规模的高通量卫星产品家族和服务能力，中国卫通正在积极开展我国第三代 高通量卫星（容量将超过300Gbps） 2023年2月23日，我国首颗