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洞见 | 卫星互联网产业链

盛世投资

2023-08-09

卫星互联网是通过卫星进行全球联网的一套通信系统，通过一定数量的卫星，向地面、空中、海上用户提供宽带互联网接入服务。卫星互联网通常需要三大部件：卫星、地面站（通常作为网关）、用户终端。卫星上网通信可以分为双通道通信和单通道仅接收通信。发展趋势：卫星通信从1960s开始发展，从模拟卫星发展到数字卫星，从窄带发展到宽带、高通量卫星。目前的卫星互联网主要是指利用地球低轨道卫星实现的低轨宽带卫星互联网。

从卫星轨道高度来说有高轨同步卫星、中轨卫星、低轨卫星等。高轨卫星和低轨卫星存在互补关系和竞争关系。互补关系：地球静止轨道卫星和地球自转同步，只对某一固定区域服务，低轨卫星对地面的覆盖是移动的，是高轨卫星的补充。竞争关系：低轨卫星传输时间低、路径损耗少、卫星终端体积小、成本低、系统容量大，在卫星通信方面具有竞争优势。

全球蜂窝移动网络仅覆盖了20%的陆地面积、6%的地表面积，航空、远洋、渔业、石油、环境监测、户外越野、军事等特殊区域的通信需求依靠卫星通信满足。农村：农村地区建设蜂窝移动网络的电力、塔架和土建工程等部署成本高出城市约三分之一，铺设用于回程的光纤回程成本翻了一番以上，并且由于距离远，微波传输也通常不可行。全球只有75%的农村人口接入4G网络，其中88%处于3G覆盖范围内，12%仍然使用30多年前推出的2G网络。岛屿：菲律宾群岛、印度尼西亚分别有约2000、6000个岛屿有人居住，在岛屿之间铺设海底光纤难以实现，并且容易因事故或自然事件造成损坏，卫星互联网可解决岛屿上通信问题。

在2G-5G时期，卫星通信的首要需求是全球覆盖。因此，卫星通信以中窄带、中高轨道卫星为主，能够以较少数量的卫星完成全球覆盖，完成对蜂窝网络的补充。此时的卫星通信对于高速率、低时延基本没有需求，卫星通信主要为语言和文本信息服务。

卫星的通信方式主要可分为2种，包括使用电磁波进行通信，以及使用光进行通信。进一步细分又可分为微波通信、太赫兹通信、激光通信和量子通信。其中，微波通信和激光通信是目前最成熟、最常用的应用于空间的网络手段。太赫兹是电磁波的一种，相比于量子通信的通信速率，太赫兹通信的通信速率普遍更快。量子通信主要通过光进行信息传播，器件成熟度还未达到可工业使用的要求。

目前最成熟的通信方式是微波通信。微波通信在器件、算法等各方面的发展都已经较为成熟。但同时，微波通信也存在一些不足之处：1）长距离传输需要较高的功耗，传输速率也会受到限制。2）由于星际环境复杂多变，微波通信需要申请特定的频段，避免与相邻卫星通信频率重叠，以防止信号干扰。

激光通信技术日益成熟，在星间通信中的使用逐步增多。激光通信受益于地面的光纤通信对产业链的催化，其优势为传输速率高、无频段限制，且对其他任何星间通信不会造成干扰，但其对链路的建立过程有非常高的要求，一般只能一对一的传输。

2000年左右低轨宽带卫星星座进入高潮。1988年，铱星星座计划在摩托罗拉的一个实验室成立，2014年 OneWeb前身WorldVu卫星公司在英国成立，2014 年Starlink商标注册。在发射实验星后，铱星和 OneWeb星座均在5年内完成了发射。铱星在1997年完成了实验星座的发射，并在1997-1999的3年时间内完成了卫星星座的发射建立（铱星NEXT在2017-2019 的3年时间完成发射建立）。OneWeb则在2019年发射实验星后，在2020-2023的三年时间内，完成了632颗卫星的发射组网，并开启商业服务。

全球卫星通信产业市场空间已超千亿，地面装备和卫星服务环节价值量高。受益于各国低轨星座卫星的大规模发射，全球卫星通信产业市场规模近年呈现快速增长态势。据SIA数据，2021年全球通信卫星产业市场规模达1822.8亿美元，同比增长24.6%。其中，地面装备、卫星服务运营和卫星制造环节的收入占比较高，分别占总市场收入的51%、42%和5%。我国卫星通信产业有望伴随低轨卫星建设而爆发。据中投产业研究院预计，我国低轨通信卫星建设即将迎来高峰，到2025年我国卫星通信产业市场总规模有望达到2327亿人民币，23-25年cagr预计为37.6%。

参照Starlink的年发射节奏和发射数量，对比中美一箭多星、火箭运载能力、载荷成本、卫星重量等案例资料，我们对GW星座发射节奏进行了预估，并对发射、制造、地面站等环节的成本分别进行了测算。参照上文的星座对比，假设我国火箭发射峰值为一年52次（7天一次），单星重量约为800kg，按照长征五号有效LEO载荷计算，一箭多星的峰值预计为一箭24颗卫星。由测算结果来看，我国低轨卫星星座有望在27年前入轨千颗卫星（总数8%），并在2029/32/34年内完成总数的27%/56%/75%，基本达成ITU的里程碑要求。我们预计在24年我国将基本完成实验星的发射测试，并在25-27年逐步提升火箭发射次数和一箭多星运载能力，并在2028年后开始以测算峰值常态化发射。随着规模化效应显现、供应链民营企业占比提升、火箭多级回收技术成熟等因素影响，卫星各环节成本有望持续下降。总的来看，未来5年我国有望进入低轨卫星产业高速增长区间，24-28年5年CAGR有望达到121.1%。

当开通宽带服务的用户在总用户数量中占比为30%、终端价格为3500元、窄带和宽带月服务费分别为100和200元/月的情况下，用户数达到150万时，终端和月服务费总市场规模将达39亿元；用户规模达5000万时，总市场规模将超千亿。除个人宽带应用场景外，卫星互联网还可被广泛应用于航天航空、海事船舶、基站回传、偏远地区网络接入等领域。如铱星NEXT提供了多项载荷托管服务，其中包括实时飞机跟踪和监视服务、全球实时AIS船舶跟踪服务以及一项空间天气监测系统。未来，得益于卫星互联网在全球范围内的广泛覆盖，其ToB和To C的商业价值将逐步展现。

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