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1、请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 证券研究报告|行业策略 2024 年 01 月 03 日 通信通信 下一代卫星互联网看什么?下一代卫星互联网看什么?光学、射频与材料光学、射频与材料 卫星通信卫星通信下一代通信革命的下一代通信革命的“主战场主战场”。通信行业从有线时代进入无线时代已经数十载,行业对于下一代通信革命的探索不断向前。高速率,广覆盖一直通信行业更新的目标。当下,随着低轨卫星在星链引领下逐渐走向成熟,广覆盖/高速化/通用化的卫星通信有望引领人类通信方式的下一轮变革。SpaceX 与与 Starlink 引领全球卫星通信发展。引领全球卫星通信发展。全球低轨卫星的领导者当属
2、马斯克旗下的 Starlink 和 SpaceX,凭借 SpaceX 全球最低的发射成本,与 Starlink 极低的卫星生产成本,Starlink 率先在全球实现了较好的网络覆盖,并在全球多数地区提供服务。当下,两家公司依旧引领着全球卫星通信发展,凭借实验中的 Starship 火箭与完全体的 StarlinkV2 卫星,有望在全球范围内实现低轨卫星互联网的手机直连服务。在马斯克一枝独秀的同时,北美卫星互联网产业竞争也愈发白热化,亚马逊投资的“柯伊伯”星座也有望凭借 SpaceX 的猎鹰 9 火箭实现加速部署,北美星座有望在马斯克打造的较低发射成本与制造产业链基础上快速繁荣。国之重器,中国卫
3、星通信发展迫在眉睫国之重器,中国卫星通信发展迫在眉睫。随着在俄乌战争、巴以冲突中 Starlink 战略意义凸显,卫星互联网作为国家重要军事力量的价值正在被逐步认识。我国由于地面通信网络全球领先,加之较高的产业链成本,卫星互联网起步与进度晚于北美。但随着星网集团的成立,叠加卫星互联网的战略价值被进一步发掘,我国卫星互联网产业发展有望迎来拐点,近期,相关实验卫星的成功发射也为我国卫星互联网产业的探索迈出了扎实的一步。三大技术高地:光学星间链路、射频与三代半导体材料。三大技术高地:光学星间链路、射频与三代半导体材料。从通信器件的环节来看,卫星通信主要涉及三大技术壁垒,首先是卫星通信的核心环节,天地
4、间微波通信所用的相控阵射频器件。相控阵射频涉及到射频芯片,天线,放大器等等多个环节,如何低成本的制造出能够稳定运行在太空环境中的天线与地面接收终端,是卫星实现天地通信的基础。第二是卫星间的激光通信系统,激光在太空中没有云雨等天气情况干扰,可以稳定的实现星与星之间的高速数据传输,从而减少星座对于地面信关站的依赖程度,也可以进一步提升卫星网络延迟和使用体验。当下,马斯克的二代先行卫星上已经开始实验性运行激光通信功能,卫星上的光将成为全球星座的下一技术热点。第三则是卫星通信材料的更新,由于天地之间通信需要的微波功率一致,手机直连代表手机端的功率下降,则卫星端射频需要更高的功率,而通过三代半导体提高微
5、波功率,则有望成为未来实现手机直连卫星的主流解决方案。投资建议投资建议:抓住射频器件、卫星光与三代半导体三大环节:抓住射频器件、卫星光与三代半导体三大环节。射频是卫星通信的基础,而三代半导体与卫星光则是下一代卫星网络的进化方向,建议积极布局相关产业公司切入国内星座建设与海外供应链机会。射频:射频:海格通信、国博电子、信维通信、灿勤科技等;卫星光通信:卫星光通信:光迅科技、腾景科技、天孚通信等;三代半导体:三代半导体:三安光电、天岳先进等。风险提示风险提示:星座建设进度不及预期,卫星互联网市场规模不及预期,市场竞争风险。增持增持(维持维持)行业行业走势走势 作者作者分析师分析师 宋嘉吉宋嘉吉 执
6、业证书编号:S0680519010002 邮箱: 分析师分析师 黄瀚黄瀚 执业证书编号:S0680519050002 邮箱: 分析师分析师 赵丕业赵丕业 执业证书编号:S0680522050002 邮箱: 分析师分析师 邵帅邵帅 执业证书编号:S0680522120003 邮箱: 分析师分析师 石瑜捷石瑜捷 执业证书编号:S0680523070001 邮箱: 相关研究相关研究 1、通信:2024 年十大展望2023-12-31 2、区块链:比特币现货 ETF 将带来什么?2023-12-30 3、通信:全国一体化算力网,算力调度再升级2023-12-26 重点标的重点标的 股票股票 股票股票
7、投资投资 EPS(元)(元)P E 代码代码 名称名称 评级评级 2022A 2023E 2024E 2025E 2022A 2023E 2024E 2025E 300394.SZ 天孚通信 买入 1.02 1.53 2.55 3.26 88.24 58.82 35.29 27.61 688195.SH 腾景科技 买入 0.45 0.64 0.93 1.38 76.82 54.02 37.17 25.05 资料来源:Wind,国盛证券研究所-32%-16%0%16%32%48%64%--12通信沪深300 2024 年 01 月 03 日 P.2
8、 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 内容目录内容目录 一、投资要件.4 二、卫星通信人类通信的下一次革命.5 三、空间先行者复盘星链成功之路.8 3.1 频谱与轨道资源.8 3.2 降本技术火箭回收和复用/一箭多星.11 四、北美“一超多强”,中国星座加速发展.13 4.1 北美:“一超多强”格局,Starlink 率先构建人造星座蓝图.13 4.1.1 Starlink:人造星座先驱者.13 4.1.2 亚马逊 Kuiper:后起新秀,AWS 赋能高速卫星网络.15 4.2 中国:星网、G60 充当我国太空“圈地运动”先锋.16 五、射频:卫星通信的基石.17 六、卫星光:下
9、一代星座的“血管”.19 七、三代半导体:全球功率器件高地,下一代卫星必备.23 八、投资建议:聚焦射频、卫星光与三代半导体射频.25 九、风险提示.26 图表目录图表目录 图表 1:美国卫讯股价走势.6 图表 2:全球通信卫星发射数量统计.6 图表 3:SpaceX 发展史、融资史与估值.7 图表 4:SpaceX、Starlink 近年营收(亿美元).7 图表 5:SpaceX 发展历程.8 图表 6:世界各国低轨卫星星座申请情况.9 图表 7:不同通信频段主要用途.10 图表 8:SpaceX 猎鹰九号火箭构成.11 图表 9:2018-2022 年猎鹰 9 号火箭第一级复用情况.12
10、图表 10:2020 年以来猎鹰 9 号新火箭和复用火箭成本对比(单位:万美元).12 图表 11:目前可使用星链的国家/地区.13 图表 12:星链计划总体部署计划表.14 图表 13:星链地面站分布.14 图表 14:星链地面站外观.14 图表 15:Starlink、Viasat 资费对比.15 图表 16:亚马逊紧凑版天线,便携性较强.15 图表 17:星网工程申请的轨道计划.16 图表 18:2021 年 11 月,G60 星链产业基地开工.16 图表 19:Starlink 地面用户终端拆解.17 图表 20:Starlink 地面用户终端中,每只小射频天线的拆解.17 图表 21
11、:Starlink 地面用户终端中,每只小射频天线的馈线.18 图表 22:相控阵雷达原理.18 图表 23:Starlink 手机直连.18 图表 24:卫星激光通信优劣势.19 lUcZpWnYNAaXnX9YyWmOtRnPbRbP7NmOnNtRtPeRoOpOjMmMqNaQnNzQMYtOsNwMoNoP 2024 年 01 月 03 日 P.3 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 25:StarlinkV1.5 卫星搭载的激光载荷.20 图表 26:激光通信载荷架构.20 图表 27:非相干调制与相干调制对比.21 图表 28:Tesat、Space Micr
12、o 和 Mynaric 激光通信产品对比.21 图表 29:蓝行者 3 号卫星天线阵列.23 图表 30:卫星射频投资标的.25 图表 31:卫星光通信投资标的.25 图表 32:卫星三代半导体投资标的.25 2024 年 01 月 03 日 P.4 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 一、投资要件一、投资要件 市场对于海外卫星互联网的迭代与市场对于海外卫星互联网的迭代与发展发展进度认识不足。进度认识不足。市场目前对于 Starlink 卫星的认识停留在普通的微波通信时代,部分投资者认为 Starlink 依然是天量资本支出下的“军事用途”或“融资项目”。但 2022 年以来,随
13、着 1.5 代星与 2 代迷你星发射数量与日俱增,Starlink 正将星间激光通信、手机直连等功能逐渐带入现实。同时随着产业链持续降本与发射成本降低,Starlink 得以在较有吸引力的套餐价格下,实现了盈亏平衡,迈过了成为全球巨头的关键环节。同时,北美除 Starlink 外,如柯依伯、Oneweb 等星座也在加紧建设,海外已经正式进入产业爆发期。同时随着在俄乌战争、巴以冲突中卫星互联网发挥了重要的军事及援助功能,其作为“大国重器”的地位正在逐渐显现。因此,发展或者拥有一套完善的卫星互联网星座正在加剧成为大国角逐的下一个科技高地。市场对于卫星互联网下一代演化方向认识不足。市场对于卫星互联网
14、下一代演化方向认识不足。市场目前对于低轨星座的演化方向还简单的停留在“堆叠数量”、“抢占轨道”等初期方面,但当下,低轨卫星星座正在 Starlink的带领下进入下一个时代。面向未来,低轨星座有两个演化方向,第一便是星间激光通信,通过高速率的星间激光通信,星座可以有效降低对于地面信关站的依赖,从而将服务覆盖范围扩展至信关站难以建设的地区,同时较小的信关站数量也将进一步降低星座建设成本。星间激光通信主要壁垒在于对于相干光的调制、接受和捕获,同时相关光电器件在太空的稳定性也将成为重要考验。未来随着低轨卫星标配激光通信,相关光学厂商有望开拓新的下游市场。第二个重要的演化方向则是手机直连,当前的卫星通信
15、,均需在地面配备体积较大的专用终端,或者在手机内部搭载专门的通信组件来实现与卫星的连接,一方面是卫星通信所用频段与蜂窝网络不同,其次是卫星所处的高度较高,因此需要在地面设备拥有较高功率来将信号发射到卫星。实现手机直连,一是要与运营商合作来共享频谱,最重要的一点则是进一步加大卫星端的信号发射功率,当前主流加大功率主要依靠提高卫星天线面积,但是过大的天线面积除了增加发射成本外,也会对太空观测造成影响,所以未来以三代半导体为代表的高功率射频器件有望上星,从而在同等天线面积上增加信号功率,实现更好的手机直连效果。投资建议:投资建议:“将地面基站搬上星实现更高效的覆盖”是卫星通信的核心,高效、降本将伴随
16、民用卫通的发展全过程。射频是卫星通信的基础,而三代半导体与卫星光则是下一代卫星网络的进化方向,建议积极布局相关产业公司切入国内星座建设与海外供应链机会。射频:射频:海格通信、国博电子、信维通信、灿勤科技等;卫星光通信:卫星光通信:光迅科技、腾景科技、天孚通信等;三代半导体:三代半导体:三安光电、天岳先进等。同时关注卫星通信主题下的旭升集团、创意信息、三维通信、通宇通信、中国卫通、中国卫星等。2024 年 01 月 03 日 P.5 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 二、卫星通信二、卫星通信人类通信的下一次革命人类通信的下一次革命 现代通信方式的发展,从最早的有线电话,进化到以基
17、站为骨干,以手机终端为载体的无线通信网络已有数十载,站在当下,通信业界最大的探索方向,便是下一代的通信网络该用何种方式承载。是沿用当下的基站网络,持续提高通信速率,降低时延,亦或是变革传统的地基基站模式,将网络覆盖用更高的视角重新审视,成为了当下通信网络演变的两条主流路线,而卫星通信,则是当下最有希望改变传统基站网络物理形式的下一代通信网络架构。卫星通信在此前一直与传统通信网络较为独立的发展,传统通信网络负责人群聚集地区的信号覆盖,追求稳定,高速率,低时延等等满足人类日常生活需要的通信功能。而卫星通信则更加专注于如无人区,远洋航行,应急通信等等特殊环境下的“底线通信”,对于带宽,时延等等要求较
18、低。但近年来,随着以星链为代表的低轨星座加速成熟,卫星通信似乎正在将“覆盖范围”、“覆盖成本”、“使用体验”这一不可能三角逐渐打破,从而使得卫星网络有了和传统通信网络互相融合的可能。与此同时,随着全球化的进程,通信能力也从传统的国内基建能力转化为国家竞争力的一个重要部分。过去如 GPS,北斗等等依托卫星的导航系统,帮助美中等世界强国将定位能力输出至海外,实现军事定位自主可控的同时,也凭借如民用导航,农机导航等等能力的输出,提升了国际影响力。同时,中国通信基建的出海,也给众多第三世界国家带去了稳定的通信网络,为其社会经济发展提供了重要助力。近年来,随着地缘政治冲突加剧,如何实现通信能力的远程覆盖
19、与投送,亦成为了大国施加影响力的重要工具。在 2023 年的俄乌冲突,巴以冲突中,以星链为代表的通信能力均成为了战时通信或人道主义救援的重要组成部分。相比于传统的通信网络“建设难,损坏易”的特点,对于地面设施依赖度较小的卫星网络已经成为军事力量中的重要部分。综合来看,卫星通信随着逐渐低轨化,正在加速与传统通信网络的融合与互补,随着后续卫星和发射端的持续降本,有望进一步成为主流的网络覆盖方式。另一方面,卫星通信的战略价值也随着低轨卫星能力的进化逐步提升,逐渐成为国际影响力的重要载体。当前,以星链为首的西方星座正在加速进化与成熟,我国星座实验进度也正在加快,行业奇点已现,有望再造一个全新的“通信设
20、备”板块。从高轨到低轨,卫星发展趋势已现。当今的卫星通信,正在快速的经历从高轨迈向低轨,从专用设备迈向通用设备的快速变革。高速,低时延,小型化、通用化正在快速成为当代卫星通信追求的主要功能。从 1957 年第一颗人造卫星发射开始,卫星通信在数十年的时间里经历了高速且波折的发展。最早,卫星通信以跨洋通信作为主要的功能方向,随后,随着跨洋光缆、地面通信网络等等加速发展与降本,卫星通信渐渐退出了传统民用市场,但在导航、电视信号传输等等其他领域则继续保持了较为不错的发展。纯通信卫星则聚焦如海洋、无人区等等传统通信弱势地区的信号覆盖,与传统通信网络达成了互补与平衡。2024 年 01 月 03 日 P.
21、6 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 当下传统卫星通信的龙头是 Viasat,即美国卫讯公司,Viasat(美国卫讯公司)是全球领先的卫星通信公司,近年从一家纯粹的卫星通信载荷制造企业,逐渐向下游扩展演变成一家卫星发射制造企业,未来有望转型成为卫星通信运营商。从基础概念来区分,SpaceX、中国星网代表低轨星座路线,Viasat、Hughes 代表高轨高通量星座路线;从目标客户来区分,低轨星座主要针对固定或移动宽带互联网需求,后者主要面向海事通信、物联网等低通量通信需求。受低轨卫星低时延、高带宽的优势,近年 Viasat 也有转向投资低轨卫星的趋势,实现“高低”搭配。2023
22、年 5 月,Viasat 正式完成了对 Inmarsat(国际海事卫星组织,运营海事通信高轨星座)的收购,前者将整合后者的 Ka、L 和 S 波段。从公司股价来看,一方面近年 Viasat 盈利表现不及预期,另一方面市场可能认为高轨通信星座在未来的竞争中难以胜过低轨方案。图表 1:美国卫讯股价走势 资料来源:Wind,国盛证券研究所,数据截至 2023 年 12 月 28 日。卫星互联网概念催化卫星互联网概念催化+SpaceX 带动,带动,低轨卫星成为低轨卫星成为大势所趋大势所趋。人类在低轨空间领域发展迅速,最近 20 年低轨年发射航天器数量比例从 25%提高至 92%,年平均部署卫星数量提升
23、两个数量级。由于低轨卫星通信相比于高轨卫星通信的优势明显,在低轨卫星中,通信卫星的数量近些年呈现爆发式增长,相比 2001 至 2005 年,2016 至 2020 年低轨通信卫星数量激增了近 36 倍。由于低轨卫星本身的低成本、高带宽优势,叠加 SpaceX 火箭回收技术趋于成熟、Starlink 逐渐开始盈利,SpaceX 近年一级市场估值水平不断上修。图表 2:全球通信卫星发射数量统计 时间时间 全球通信卫星数全球通信卫星数量(颗)量(颗)高轨卫星数量高轨卫星数量(颗)(颗)低轨卫星数量低轨卫星数量(颗)(颗)低轨卫星占比低轨卫星占比 2001-2005 141 106 35 25%20
24、06-2010 169 122 47 28%2011-2015 245 142 103 42%2016-2020 1369 115 1254 92%资料来源:李元龙等Starlink 星座通信建模仿真分析,国盛证券研究所 007080901---01美国卫讯收盘价(美元,前复权)美国卫讯收盘价(美元,前复权)2024 年 01 月 03 日 P.7 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 3:SpaceX 发展史、融资史与估值 图表 4:SpaceX、Starlink 近年营收(
25、亿美元)资料来源:physicianonfire,The Economist,CNBC,bloomberg,Axios,国盛证券研究所 资料来源:Forbes,fool,Spacenews,verge,国盛证券研究所 但传统的卫星通信商业模式,普遍存在着多种缺陷,第一是下游需求较少,传统的卫星通信需要专用的大天线手机来接受卫星信号,同时带宽较小,收费较贵,因此在地面通信网络覆盖的地区,很难获得新的客户。客户获取主要依赖于军事、政府、海事等等特殊行业客户,很难形成规模化的用户效应。第二是扩容成本高,单颗高轨卫星动辄 10亿美元,对于商业公司来说是一笔较大的负担,一旦部署出现问题或发射后商业回报不
26、及预期,将给公司带来较大的现金流负担。例如美国卫讯公司在 2023 年就失去了一颗价值 7 亿美元的最新卫星 ViaSat-3,给公司带来了巨大损失。因此,我们认为,未来的卫星通信,一是由高轨卫星向低轨星座发展,低轨星座所提供的网络性能基本接近我们日常生活中所使用的通用网络,一旦收费合适,无需新的应用场景开拓,即可在用户侧放量,有助于快速形成可扩张的商业循环。二是由专用设备向通用设备发展,当下,卫星通信需要专门的终端设备如卫星手机,卫星接收器等等,不仅提高了用户的使用门槛,也一定程度上降低了使用的便利性。近期,随着天线技术的进步,如华为 Mate 60 系列已经实现了在手机内部内嵌卫星天线,同
27、时星链也宣布将在 2024 年开始,依托最新一代的星链卫星提供无需终端天线,直连现有手机的服务。站在当前时点,我们认为,卫星通信的未来焦点有较大概率是在能够放量的低轨星座和能够放量的通用化卫星网络。费用较高的高轨星座将逐渐式微,卫星通信的终局有较大概率是全设备可通用+性能接近地面网络,最终成为地面网络信号的组成部分。2346802.22405060708090202120222023ESpaceX营收Starlink营收 2024 年 01 月 03 日 P.8 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 三三、空间先行者、空间先行者复盘星链成功之路复盘星链成功之路
28、 纵观全球低轨星座发展,SpaceX 旗下的 Starlink 可以称之为全球低轨卫星商业化先锋或者唯一成功者,通过复盘星链的成功之路,我们发现其成功要素在于先人一步的频谱与轨道资源抢占,和依托 SpaceX 与特斯拉产业链实现的快速降本,同时凭借较为亲民的套餐价格实现用户数量的快速扩张。3.1 频谱与轨道资源频谱与轨道资源 星链计划最早由马斯克于 2015 年宣布,并于 2016 年首次向 FCC 提交卫星计划申请,并于之后历经修改与扩容,最终在 2018 年获得第二阶段 7518 颗卫星的计划申请,2019年 SpaceX 再度提出增加 29988 颗卫星用于第二代星座计划,2022 年
29、12 月,FCC 率先允许 SpaceX 先部署其中的 7500 颗,2023 年 11 月底,FCC 再次批准了修改后的二代星计划,允许 SpaceX 在支持手机直连的频段内进行运行。图表 5:SpaceX 发展历程 时间时间 里程碑里程碑 2015 年 1 月 宣布星链计划。2016 年 10 月 完成 2 颗初样卫星研制,但只用于地面测试。2016 年 11 月至 2018 年 11月 向美国联邦通信委员会(FCC)申报星座频率许可。2018 年 3 月 宣称系统总投资 100 亿美元。2018 年 11 月 获得 FCC 的 340 千米轨道 7518 颗和 1200 千米轨道 442
30、5 颗卫星的部署许可。2018 年 12 月 美空军授予 2800 万美元测试合同。2019 年 2 月 向 FCC 申报 100 万个地面站和终端的运营许可。2019 年 4 月 FCC 批准原计划中的 1150 千米轨道的 1600 颗卫星部署到 550 千米轨道。2019 年 4 月 从研发转向大批量组网卫星制造。宣称,“每月一次,44 次 60 颗,在60 个月内完成 2200 颗部署(2024 年 4 月前),以满足 FCC 频谱规定(6 年内部署 1200 千米轨道 4425 颗的一半,9 年内完成全部部署)。”2019 年 10 月 16 日 向 FCC 追加申报 3 万颗卫星。
31、2019 年 11 月 美空军完成利用星链卫星传输数据测试。2020 年 3 月 卫星产量达到 6 颗/天,计划 2020 年发射 24 次。2020 年 7 月 开放星链服务测试申请通道。2020 年 11 月 开启商用运行。2018 年 2 月 22 日至 2021年 3 月 24 日 实际发射 1385 颗(实际在轨 1320 颗,在轨率 95%),最大发射密度 3次/月。2022 年 12 月 FCC 允许 SpaceX 公司部署多达 7500 颗第二代星链卫星。2023 年 2 月 Gen2 卫星获得授权,单星吞吐量极大提升。2023 年 12 月 16 日 在轨正常运行 4547
32、颗卫星。2027 年 部署 12000 颗卫星,7500 颗、1584 颗、2825 颗卫星分别位于距地面340 千米、550 千米和 1150 千米的轨道上。资料来源:余南平等国际和国家安全视角下的美国“星链”计划及其影响,sputniknews,planet4589,Starlink,新浪财经,国盛证券研究所 2024 年 01 月 03 日 P.9 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 除了 FCC 的批准外,对于非美国公司,更加重要的是争夺 ITU 联盟下的轨道资源,虽然低轨资源相对于高轨资源来说相对充裕,但其中最适合商业星座运行的 300-600KM 轨道高度仍然资源有限
33、。当前 ITU 对于轨道资源的申报采取“先登先占”与“里程碑”相结合的模式。“先登先占”指的是,无主的轨道资源,经过公示后,划归申报方,其他机构不得占用。而“里程碑”要求则是要求申报方在申报 7 年内必须发射第一颗卫星,九年内发射总数 10%,12 年内发射总数 50%,14 年内发射完成,否则将缩减其已申报规模。当前,Starlink已经完成了其一代与二代星座所需要的近 4.2 万颗卫星的轨道申报工作,同时全球巨头如亚马逊、Lynkglobal、oneWeb 等,国内如星网,G60 等星座均已申报了较多轨道资源。图表 6:世界各国低轨卫星星座申请情况 国家国家 公司名称(星座名称)公司名称(
34、星座名称)计划卫星数量(颗)计划卫星数量(颗)中国 星网公司(GW)12922 航天科技(鸿雁)72 航天科工(虹云)156 银河航天(星座名称不详)1000 中国电科(天象)120 美国 SpaceX(Starlink)42000 亚马逊(prokectKuiper)3236 LynkGlobal(星座名称不详)5000 ASTSpaceMobile(SpaceMobile)243 英国/印度 OneWeb(一网计划)6372 波兰 SatRevolution(1024 俄罗斯 俄罗斯航天集团(球体)600 加拿大 Telesat(lightspeed)1671 开普勒通信公司(立方体卫星星
35、座计划)140 合计 74556 资料来源:李锋等我国低轨卫星互联网发展的问题与对策建议,南宁晚报,C114,国盛证券研究所 综合来看,轨道资源由于相对较为充裕且申报环节需要的准备较少,因此我国企业近年在意识到轨道资源重要性后,加速申报,缩小了与国际一线巨头的轨道资源储备。与轨道对应的便是卫星通信所需要的频谱资源。频谱,可以理解为卫星通信信号所在的信号频段,频段资源由于相对有限,且微波通信经过多年发展,可用频段多有用户,所以要在全球范围内找到适合卫星发射的新无主频段,相对困难。当前,较高频率的 Ka频段由于现存用户较少,成为了主流星座的主力频段。2024 年 01 月 03 日 P.10 请仔
36、细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 7:不同通信频段主要用途 波段波段 用途用途 L(1-2GHz)GPS、卫星电话等 S(2-4GHz)气象雷达、船用雷达、卫星通信等 C(4-8GHz)卫星通信、卫星电视等 X(8-12GHz)军用波段 Ku(上行 11.7-12.7GHz,下行 14-14.5GHz)卫星通信黄金频段 Ka(26-40GHz)高速卫星通信黄金频段高速卫星通信黄金频段 资料来源:eeworld,卫星与网络,国盛证券研究所 需要注意的是,与全球统一规划的轨道资源不同,频谱资源往往以国或者地区为范围进行划分,因此在某一地区对于 Ka 频段的优先使用权将成为未来发展
37、卫星互联网业务的优势或壁垒,如何在全球范围内实现自有星座的业务覆盖,也将主要依靠于频段使用权或者与当地频段管理机构的协调能力。当下,SpaceX 领先式地将卫星通信频段延伸至蜂窝频段,通过与多地运营商的合作与卫星迭代,使得 Starlink 能够发射普通 LTE 及以上手机接收到的中频信号,未来,与运营商合作获得频段使用权也有望成为星座获得频段与扩张手机直连业务的主流方式。产业链降本产业链降本 卫星的成本主要由两块构成,第一是卫星本身的生产成本,第二则是由发射成本所决定的。如何降本,将是星座走向商业化的最重要一步,我们认为,正是凭借领先的降本循环和其母公司 SpaceX 强大的火箭回收能力,使
38、得 Starlink 能够成为全球唯一大规模部署的星座。首先,我们来看卫星环节的降本,我们认为,卫星环节的降本主要有以下几个环节“降标-定型-量产-扩产”通过这五个环节最终实现降本。从当前看,Starlink 当前已经完成了这五个环节的流程,凭借消费级芯片上星,同时借助特斯拉产业链与前期亏损,完成了产业链扩产与降本,最终实现了全球领先的单星成本。降标:降标:与传统高轨卫星相比,低轨卫星的使用周期较短,单个卫星价值量较低的特点。同时由于处于近地轨道,其发射与替换成本均较低,过去高轨卫星多采用军标或者严格的抗辐照器件来保证稳定性,这些器件往往带来了高昂的成本。低轨卫星的部分元器件则不需要极高标准,
39、或者可以用多个消费级元器件相互备份来解决。因此,如何将高轨卫星元器件降标,或者如何使得消费级元器件上星,将是卫星部分降本的第一步和主要方向。定型:定型:在经历降标之后,如何确定统一的型号则是迈向降本的第二道关卡。以往我国的卫星元器件多由不同的科研院所独立供应,往往每颗卫星都有不同的供应商,这就导致了即使只有较少的需求,相关流片,研发费用依旧需要支出。因此如何确定卫星上每个环节的一家或几家供应商就成为了当务之急,一旦定型,就可以避免研发费用的反复支出,造成器件成本的上升。量产:量产:在定型后,相关供应商就可以准备产线并开始量产,相关产线的前期投入较高,需要星座的牵头方进行一定程度的资金补贴,例如
40、提高前期采购单价,产线建设补贴等等。SpaceX 则是通过海量投资与原有特斯拉的供应体系,逐步建立起了完善的卫星供应链。2024 年 01 月 03 日 P.11 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 扩扩产:产:在初期产线跑通后,降本的最后一步便是扩产,通过扩大产能来摊薄研发费用与折旧,从而实现价格下降,卫星成本降低、卫星发射量上升,产品需求提升的正向产业循环。第二,则是 Starlink 通过母公司 SpaceX 实现了极低的发射成本,从火箭环节来看,回收与一箭多星则是降本的关键。传统火箭发射是一次性的,无法回收利用,其中第一级的成本最为高昂。火箭的主要作用是将卫星送入指定轨道
41、,在典型的火箭发射中,第一级提供最初的推力以克服地球的引力,一旦其燃料耗尽,就会与火箭的其余部分分离;随后,第二级发动机点火提供额外的推力,将有效载荷(如卫星或宇宙飞船)进一步送入太空。因此完成任务后,第一二级火箭均会返回地球表面,在大气层中燃烧并被销毁,因此大部分情况下的火箭发射是一次性的。根据刘洁等“猎鹰”9 火箭的发射成本与价格策略分析,2018 年马斯克表示,火箭一级成本占比 60%,第二级 20%,整流罩 10%,其余 10%是推进剂、复用等发射相关成本。图表 8:SpaceX 猎鹰九号火箭构成 资料来源:SpaceX,国盛证券研究所整理 3.2 降本技术降本技术火箭回收火箭回收和复
42、用和复用/一箭多星一箭多星 火箭回收及复用是降低火箭发射成本的最核心技术之一。传统火箭发射技术是建立在一次性基础之上,SpaceX 具备火箭回收技术,并完成复用,大幅降低了星链整体发射成本,目前可以做到的有第一级回收和复用、整流罩回收和复用,根据刘洁等“猎鹰”9 火箭的发射成本与价格策略分析:第一级回收:2015 年 1 月猎鹰 9 号开始第 14 次发射任务时开始回收第一级火箭。第一级复用:2017 年 3 月猎鹰 9 号通过复用此前回收的第一级火箭成功发射卫星(用到 2016 年 4 月回收的第一级火箭)。整流罩回收:2017 年 3 月猎鹰 9 号在首次复用火箭第一级的时候,开始尝试回收
43、整流罩。整流罩复用:2019 年 11 月首次复用整流罩(采用 2019 年 4 月回收的)。2024 年 01 月 03 日 P.12 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 9:2018-2022 年猎鹰 9 号火箭第一级复用情况 时间时间 2018 年年 2019 年年 2020 年年 2021 年年 2022年年1-8 月月 发射次数(次)21 13 26 31 39 新火箭一级的数量(个)10 7 5 2 2 复用一次火箭的数量(个)11 6 21 29 37 新火箭一级占发射次数比重 47.6%53.8%19.2%6.4%5%资料来源:刘洁等“猎鹰”9 火箭的发射成
44、本与价格策略分析,国盛证券研究所 复用火箭成本较新火箭大幅降低,压缩至三成。通过回收及复用火箭的第一级和整流罩可以大幅降低火箭发射成本,SpaceX 的猎鹰 9 号为例,根据刘洁等“猎鹰”9 火箭的发射成本与价格策略分析,新的火箭第一级成本为 3000 万美元,新整流罩的成本为 500万美元,按照第一级成本占总成本 60%预测,新火箭单次发射成本在 5000 万美元;回收复用后,采购氦气、燃料、氧气、回收火箭一级和整流罩等的加总费用为 500 万美元,加上第二季需要采购新的花费 1000 万美元,整体复用火箭的成本降低到 1500 万美元,相当于新火箭的三成。图表 10:2020 年以来猎鹰
45、9 号新火箭和复用火箭成本对比(单位:万美元)“猎鹰”“猎鹰”9 火箭火箭 全新火箭成本(占比)全新火箭成本(占比)复用火箭成本(占比)复用火箭成本(占比)硬件 一级 3000(60%)-二级 1000(20%)1000(66.6%)整流罩 500(10%)-软件 推进剂 40(0.8%)40(2.6%)发射测控、翻修等相关费用 460(9.2%)460(30.6%)总计 5000 1500 资料来源:刘洁等“猎鹰”9 火箭的发射成本与价格策略分析,国盛证券研究所 一箭多星也是卫星发射降本重要技术之一。“一箭多星”就是用一枚运载火箭同时或先后将数颗卫星送入地球轨道的发射技术,可以最大化运载火箭
46、的运载能力,降低卫星发射成本,全球有美国、俄罗斯、中国、印度、日本等国以及欧洲航天局掌握“一箭多星”发射技术。2017 年 2 月,印度发射过“一箭 104 星”;2019 年 5 月,SpaceX 一箭发射 60 颗 Starlink 卫星;2020 年 9 月 15 日,中国在黄海海域用长征十一号海射运载火箭,采取“一箭九星”方式将“吉林一号”高分 03-1 组卫星送入预定轨道。2023 年 6 月 15 日我国成功发射一箭 41 星,长征二号丁运载火箭在太原卫星发射中心点火起飞将吉林一号高分 06A 星等 41 颗卫星成功送入预定轨道。2024 年 01 月 03 日 P.13 请仔细阅
47、读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 四四、北美“一超多强”,中国星座加速发展、北美“一超多强”,中国星座加速发展 从当前全球的卫星互联网格局来看,北美呈现出星链带领下的“一超多强”格局,而我国则在星网集团成立后,加速发展,同时以 G60 为代表的其他星座也正在加速实验。4.1 北美:“一超多强”格局,北美:“一超多强”格局,Starlink 率先构建人造星座蓝图率先构建人造星座蓝图 4.1.1 Starlink:人造星座先驱者:人造星座先驱者 在一众在一众 LEO 卫星星座中,卫星星座中,SpaceX 的的“Starlink”星链计划脱颖而出,成为人类构建人星链计划脱颖而出,成为人类构建
48、人造星云的先驱者。造星云的先驱者。星链于 2015 年 1 月提出,初始计划投送 4000 颗近地轨道卫星,而后增加至 4.2 万颗。据planet4589的数据,截止 2023 年12月 16日星链在轨正常运行4547颗卫星,据 ORBITING NOW 数据,截止 2023 年 12 月 19 日全太空有约 8329 颗正在运作的低轨卫星,星链已成为规模最大的人造低轨星座。星链服务目前已覆盖全球 60 余个国家/地区。图表 11:目前可使用星链的国家/地区 资料来源:星链,国盛证券研究所 星链计划分为三个阶段:1)至 2024 年,完成 4408 颗卫星部署;2)至 2027 年,完成75
49、18 颗卫星部署;3)预备轨道占位部署约 3 万颗卫星。当前星链计划正处于部署第二阶段,计划将 7518 颗星链卫星部署于“壳层 6”、“壳层 7”和“壳层 8”三个轨道“壳层”,第三阶段计划将约 3 万颗星链卫星部署于高度在 340614km 之间的 9 条倾斜轨道上。2024 年 01 月 03 日 P.14 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 12:星链计划总体部署计划表 部署阶段部署阶段 轨道层轨道层 轨道高度(轨道高度(km)轨道倾角()轨道倾角()计划部署(颗)计划部署(颗)正常运作正常运作数量数量 第一阶段 Group1 550 53 1584(72*22)V
50、1.0 1435 颗 Group2 570 70 720(36*20)V1.5 403 颗 Group3 560 97.6 348(6*58)V1.5 233 颗 Group4 540 53.2 1584(72*22)V1.5 1562 颗 Group5 560 97.6 172(4*43)V1.5 692 颗 第二阶段 Group6 335.9 42 2493 V2 mini673 颗 Group7 340.8 48 2478 V2 mini170 颗 Group8 345.6 53 2547 未发射 第三阶段-340 53 5280(110*48)未发射-345 46 5280(110*4
51、8)未发射-350 38 5280(110*48)未发射-360 96.9 3600(120*30)未发射-525 53 3360(120*28)未发射-530 43 3360(120*28)未发射-535 33 3360(120*28)未发射-604 148 144(12*12)未发射-614 115.7 324(18*18)未发射 资料来源:李元龙等Starlink 星座通信建模仿真分析,planet4589,国盛证券研究所,数据截至 2023 年 12 月 16 日。星链主要由空间段和地面段两部分组成,空间段的卫星采用高集成度的箱板式结构,每颗卫星搭载 4 面相控阵天线。为保证天线时刻对
52、准目标服务区域,每台卫星会搭载 1 台恒星跟踪器用于测量姿态。1.0 版本及之后的卫星都配有 2 个 Ka 波段天线,与世界各地部署的地面站网关连接,再通过光纤连接骨干网形成前传和回传链路。星链地面段主要由信关站和用户套件组成。星链地面段主要由信关站和用户套件组成。星链已在全球部署约 150 个信关站,主要分布在南北美洲、澳洲、欧洲及东亚。每个信关站包括 8 个天线,下图是美国威斯康星州梅里兰地面站,在开启星间链路服务前,星链网络可服务范围以信关站附近区域为主,目前,星链信关站的天线口径约为 1.47m,上行信号频段为 27.529.1GHz 和29.530GHz,发射功率约 15W。用户套件
53、天线分为标准版和高性能版本,既可以安装在屋顶,也可以车/船/机载。图表 13:星链地面站分布 图表 14:星链地面站外观 资料来源:starlinkinsider,国盛证券研究所 资料来源:datacenterdynamics,国盛证券研究所 2024 年 01 月 03 日 P.15 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 Starlink 已验证卫星互联网商业模式可持续。已验证卫星互联网商业模式可持续。Starlink 采用类似传统宽带服务的不限流量包月模式,截至 2023 年 9 月,Starlink 用户数量已超 200 万人,预计 2023 年公司实现盈利。我们认为,Sta
54、rlink 加速卫星互联网进入大规模商业化应用阶段;Starlink 商业模式的逐渐成熟也将加剧各国在卫星互联网空间资源领域的竞争,进一步加速星座系统建设部署。图表 15:Starlink、Viasat 资费对比 Starlink Viasat 运营商 SpaceX Viasat 服务包 家用/固定商用/漫游/船用/车用/远洋 家庭 下载速度(Mbps)高速/40-220/最贵套餐为高速/40-220/40-220/40-220 12-25/50-75/100-150 上传速度(Mbps)高速/8-25/最贵套餐为高速/8-25/8-25/8-25/延迟(ms)低/25-60/低/99/99/
55、99/终端价格(美元)599/2500/599/2500/2500/2500 免费 每月服务费用 120/140-500/150-200/250-5000/250-5000/250-5000,均为无限流量 约 0.6 美元/GB 资料来源:Starlink,Viasat,国盛证券研究所 4.1.2 亚马逊亚马逊 Kuiper:后起新秀,:后起新秀,AWS 赋能高速卫星网络赋能高速卫星网络 亚马逊 Kuiper(柯伊伯)计划未来以 3236 颗低轨卫星构建星座,运行高度 590-630 公里,标准版终端成本仅 400 美元,提供 400Mbps 下行速率,紧凑版重量仅 1 磅,提供100Mbps
56、 下行速率,商用版传输速度可达 1Gbps。Kuiper 最大亮点在于其自研了通信基带“Prometheus”,这块芯片可用于终端、卫星天线和地面网关站。与之相比,Starlink使用意法半导体的通信基带,首批出货的终端成本是售价的约 5 倍。我们认为,低成本、设计简单的 Kuiper 终端有望为客户带来更好的体验和更高的可靠性。图表 16:亚马逊紧凑版天线,便携性较强 资料来源:亚马逊,国盛证券研究所 2024 年 01 月 03 日 P.16 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 4.2 中国:星网、中国:星网、G60 充当我国太空“圈地运动”先锋充当我国太空“圈地运动”先锋
57、早在 2016-2018 年,航天科技、航天科工、中国电科、中国电信等国家队各自提出低轨互联网星座建设方案,“虹云”、“鸿雁”开启了我国低轨宽带卫星通信系统的初步探索。2020 年 4 月,国家发改委将卫星互联网列为“新基建”中的信息基础设施,意味着以低轨卫星通信系统为代表的太空基础设施建设上升到国家战略层面。2021 年 4 月,国务院国资委发布关于组建中国卫星网络集团有限公司的公告。新组建的“星网”公司总部落地雄安新区,注册资本 100 亿元。从 ITU 已经公布的数据看,星网(代号 GW)工程计划建设一个 12992 颗卫星、7 个子星座组成的星座系统,30-85的轨道倾角表明,星网星座
58、很可能面向全球市场,与Starlink、Kuiper 等海外星座直接进行商业竞争。图表 17:星网工程申请的轨道计划 子星座子星座 轨道高度(轨道高度(km)倾角()倾角()轨道层数轨道层数 每层轨道卫每层轨道卫星数量星数量 卫星总数卫星总数 GW-A59/1 590 85 16 30 480 GW-A59/2 600 50 40 50 2000 GW-A59/3 508 55 60 60 3600 GW-2/1 1145 30 48 36 1728 GW-2/2 1145 40 48 36 1728 GW-2/3 1145 50 48 36 1728 GW-2/4 1145 60 48 36
59、 1728 资料来源:ITU,国盛证券研究所 “G60 星链”是目前国内除星网星链”是目前国内除星网 GW 星座之外,另一重要的卫星互联网发射计划星座之外,另一重要的卫星互联网发射计划,其于 2021 年 11 月 26 日落地上海松江,是上海联合长三角 9 大城市共同打造全国首个卫星互联网产业集群。低轨宽频多媒体卫星“G60 星链”,实验卫星完成发射并成功组网,一期将实施 1296 颗,未来将实现一万两千多颗卫星的组网。“G60 星链”的落地意味着国内卫星互联网产业链的进一步扩容以及在制造端和应用端的更进一步。图表 18:2021 年 11 月,G60 星链产业基地开工 资料来源:上海市人民
60、政府,国盛证券研究所 2024 年 01 月 03 日 P.17 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 五、射频:卫星通信的基石五、射频:卫星通信的基石 网络性能与网络制式是卫星通信迈向更强通信体验的关键步骤,而射频器件作为信号的产生环节,直接决定了卫星网络性能的绝对核心,我们认为,投资卫星的核心,就是投我们认为,投资卫星的核心,就是投资射频。资射频。我们先从卫星通信的原理出发,来阐述为什么射频器件是卫星信号的绝对核心。卫星通信之所以能够利用较小面积的终端天线与卫星天线,利用的相控阵原理,将数百个个小射频器件发出的信号进行叠加,从而进行信号增强。同时,根据算法,调整不同射频器件所发
61、出的射频信号频率,从而改变信号传输的方向。通过对于 Starlink 地面用户终端的拆解可以发现,Starlink 的地面卫星锅由 640 个小射频芯片与 20 颗控制这些芯片的控制芯片组成,通过融合在 PCB 内部的金属和蜂窝板,组成 640 颗相控雷达。图表 19:Starlink 地面用户终端拆解 图表 20:Starlink 地面用户终端中,每只小射频天线的拆解 资料来源:YouTube,Branch Education,国盛证券研究所 资料来源:YouTube,Branch Education,国盛证券研究所 在工作时,底端的 640 颗射频芯片通过发出电流,信号,通过微带线将信号传
62、输到第六层的最上层铜制天线上,通过电流信号的正负极变化,从而产生相应的信号频率。将 640个天线所产生的信号相互融合,会产生相长干涉,从而对某一方向的信号进行增强,从而获得能够与 550KM 外卫星相互沟通的强大信号。同时,通过控制这 640 颗芯片产生略微不同的信号差异,从而使得信号聚焦的方向产生改变,使得终端能够追踪到在天空中运转的卫星。2024 年 01 月 03 日 P.18 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 21:Starlink 地面用户终端中,每只小射频天线的馈线 图表 22:相控阵雷达原理 资料来源:YouTube,Branch Education,国盛证
63、券研究所 资料来源:YouTube,Branch Education,国盛证券研究所 卫星上搭载的天线工作原理与地面终端类似,但卫星上的天线面积与功率相较于地面终端来说更大,从而可以用信号覆盖同一地区的多个用户。同时,卫星终端通用化的进程也主要依靠卫星侧天线的再进化来实现,2023 年 10 月,星链推出直连手机业务,根据官网信息,星链预计在 2024 年实现短信发送,2025 年实现语音通话,2025 年实现上网(Data),同年分阶段实现 IoT(物联网)。这一功能的实现,依赖于最新一代星链搭载的 eNodeB 调制解调器,从而发出接近传统基站的信号,使得支持 LTE 及以上通信制式的手机
64、,无需专门的地面终端或者天线芯片即可通过卫星上网。图表 23:Starlink 手机直连 资料来源:Starlink 官网,国盛证券研究所 2024 年 01 月 03 日 P.19 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 六六、卫星光:下一代星座的“血管”、卫星光:下一代星座的“血管”将光通信带入卫星一直是全球产业链发展的重要方向,与传统的微波或者无线电通信相比,激光通信具有需要功率小,通信速率高,保密性好等特点,尤其是在卫星通信频谱资源日益拥挤的时代,无需专用频谱的卫星激光通信有望加速发展,但与之相对的是,星地之间的气象条件复杂,星地之间瞄准与捕获机制复杂等等痛点,一直制约了星地
65、激光通信的发展。从目前来看,虽然全球各国都积极进行了相关实验卫星或实验项目的尝试,星地激光通信要成为主流仍然有较长的路要走。但随着低轨星座的发展,星与星之间的激光通信有望率先起量,星间激光通信是指利用激光束作为载波在空间进行图像、语音、信号等信息传递,具有传输速率高、抗干扰能力强、系统终端体积小、质量轻、功耗低等优势,可以大幅降低卫星星座系统对地面网络的依赖,从而减少地面信关站的建设数量和建设成本。除了继承了上文中提到的优点外,由于星座间两星的距离较短,同时发射端与接收端同处于太空环境中,不会受到云雨气象条件干扰的同时,激光的发射与捕获环节的技术难度也相较星地通信低。图表 24:卫星激光通信优
66、劣势 优势优势 通信速率高 传统微波通信载波频率在几 GHz 到几十 GHz 范围内,而激光载波频率具有数百 THz 量级,比微波高 35 个数量级,可携带更多信息,加上波分复用等手段,未来可以以 Tbps 速率传输信息。抗干扰能力强 激光具有较窄的发散角,指向性好,没有卫星电磁频谱资源限制约束(因此无需申请空间频率使用许可证),通信过程中不易受外界干扰,抗干扰能力强。保密性好 卫星激光通信波谱使用 0.81.55m 波段,属于不可见光,通信时不易被发现。而激光发散角小,束宽极窄,在空间中不易被捕获,保证了激光通信所需的安全性和可靠性。轻量化 激光波长比微波波长小 35 个数量级,激光通信系统
67、所需的收发光学天线、发射与接收部件等器件与微波所需器件相比,尺寸小,重量轻,可满足空间卫星通信对星上有效载荷小型化、轻量化、低功耗的要求。节省建设成本 通过激光通信建立星间激光链路,可以有效减少地面信关站的建设需求;同时有助于数据流汇聚,进而简化卫星网络结构,从而多方面节省建设成本。劣势劣势 接收机和发射机之间的瞄准系统复杂 卫星激光通信发散角小,需要光学系统以及高精度的跟瞄辅助机制完成建链。尤其是接收机和发射机之间的瞄准非常困难。空间光通信系统要完成远距离卫星间光信号的发射与接收,必须进行远距离卫星间或者空间站间目标的捕获与跟踪,前者依赖于激光通信系统,后者取决于光学跟瞄系统(PAT)。发射
68、天线和接收天线的效率、精度、体积、重量和成本的平衡难度较高 出于获取最小光斑的需求,发射天线可以设计成接近衍射极限,但同时给精确对准带来了困难。为了接收更多的能量信号,接收天线直径越大越好,但这会增加系统的体积、重量和成本。提高接收灵敏度十分重要。远距离传输容易出现信号衰弱和延时等问题 卫星距离地面的高度介于 600 千米3.6 万千米。激光通信的实用化,仍面临较大挑战。尤其是环境对激光通信信号会有较大干扰。虽然激光通信不受电磁干扰,但大气中的气体分子、水雾、霾等与激光波长相近的粒子会引起光的吸收和散射,极大地妨碍、吸收光波的传输;同时,大气湍流也会严重地影响到信号的接收。资料来源:Ofwee
69、k,物联网智库,国盛证券研究所 全球较早搭载星座间激光通信系统的是 Starlink 的 V1.5 卫星,最早的三颗 V1.5 卫星于2021 年 6 月发射,截止 12 月 16 日,共有 2887 颗 V1.5 卫星在轨运行,凭借星间激光通信,星链得以像诸如南极洲等信关站难以部署的地区提供稳定的卫星互联网服务。2024 年 01 月 03 日 P.20 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 图表 25:StarlinkV1.5 卫星搭载的激光载荷 资料来源:satellitetoday,国盛证券研究所 与传统的地面光通信类似,卫星激光通信所用的设备也由光学部分和电学(通信)部分
70、组成,与地面不同的是,卫星上由于两颗卫星之间相对位置高速变化,对于接受系统也提出了更高的要求,因此下图中的 PAT(跟踪/瞄准系统)为卫星端激光终端独有。图表 26:激光通信载荷架构 资料来源:高铎瑞等卫星激光通信发展现状与趋势分析(特邀),国盛证券研究所 2024 年 01 月 03 日 P.21 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 光学分系统由光学天线、中继光路及各收发光学支路构成,各部分紧密衔接,共同实现激光信号的高质量收发。跟瞄分系统由粗跟踪单元、精跟踪单元、提前量单元等构成,主要完成空间光信号的瞄准、捕获、跟踪,利用具备方位和俯仰功能的跟瞄转台,加上控制信号的计算与处理
71、,实现需要通信的两颗卫星激光通信光学天线的精确对准,并保证双方互发的激光信号能通过光学分系统进入对方的通信分系统。通信分系统由激光载波单元、电光调制单元、光放大单元、光解调单元等构成,主要完成卫星激光通信系统光信号的调制/解调、光放大及信号处理等功能。从目前的主流方案来看,主流的星间激光通信主要有两种调制方式,非相干与相干,非相干通信体制采用强度调制/直接探测(Intensity Modulation/Direct Detection,IM/DD)方式,分为开关键控(On-Off Keying,OOK)和脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,PPM)。相干通信体制采
72、用相位调制/相干探测方式,分为二进制相移键控(Binary Phase-Shift Keying,BPSK)/零差(外差)相干探测、差分相移键控(Differential Phase-Shift Keying,DPSK)/自差相干探测、正交相移键控(Quadrature Phase-Shift Keying,QPSK)/零差(外差)相干探测等。相干调制具有精度高,传输速率高,传输距离长等特点,但是由于其需要额外的电路元件,同时由于运行环境处于太空,需要对这部分电路元件进行抗辐照处理,因此成本较高。图表 27:非相干调制与相干调制对比 关键指标关键指标 非相干体制非相干体制 相干体制相干体制 接
73、收灵敏度 低于相干体制 20dB,增加低噪放后,仍低于相干接收机6dB 以上。比非相干高,相同条件下,终端体积和功耗有优势。抗干扰 由于是强度探测方式,需要规避空间背景光干扰。抗背景噪声能力强,接收机信噪比高,具备近日凌免疫的能力。系统复杂性 接收机结构简单,易于实现。接收机结构复杂,实现具有较高技术门槛。成本 非相干发射机的激光器和调制有集成芯片的货架产品,接收机直接探测成本较低。相干接收机需增加混频移相器和本振激光器,成本较高。资料来源:夏方园等激光星间链路终端技术发展与展望,国盛证券研究所 由于目前 Starlink 尚未公布其星间卫星通信的主要参数,我们只能参考当前主流的卫星激光通信产
74、品的参数与调制方式。从已公开数据来看,当前海外主要低轨星座的卫星组件都采用了相干中的 BPSK 调制模式,主流通信速率均为 10Gbps 左右。图表 28:Tesat、Space Micro 和 Mynaric 激光通信产品对比 指标指标 Tesat USA Space Micro Europe Mynaric 链路距离/km 1500 4000 4500 调制方式 BPSK BPSK BPSK 信息速率/Gbps 10 10 10 重量/kg 8 20.9 18 功耗/W 80 150 60 资料来源:夏方园等激光星间链路终端技术发展与展望,国盛证券研究所 2024 年 01 月 03 日
75、P.22 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 我国的光通信行业经过多年发展,在相关激光器,光放大器等组件上已经形成了较为成熟的产业链,卫星通信上的光学部分与通信部分与地面光通信有着较高的相似度,我国有望凭借在传统光通信行业上的深厚积累,快速追赶欧美先进水平,除了国产星座搭载激光通信载荷外,随着全球星间激光链路放量,国内光器件厂商也有望切入全球市场。2024 年 01 月 03 日 P.23 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 七七、三代半导体:全球功率器件高地,下一代卫星必备、三代半导体:全球功率器件高地,下一代卫星必备 从当前来看,卫星通信与地面沟通的主要方式依为
76、微波通信,根据普朗克公式,要实现相同的通信体验,卫星与地面终端间通信的功率应当相同。因此,下一代卫星要实现手机直连,除了需要获取传统运营商的信号频段外,由于手机端没有装备专用的射频天线或者专用终端,因此也需要卫星端来发射更高的信号功率。从前文提到的卫星相控阵天线原理来说,增加功率有两条路可走,第一条即为增加天线面积,通过更多相同射频器件的波形相长,从而产生更强的功率,从当前业界主流做法来看,支持手机直连的星座均配备了超大面积的天线。以美国 AST SpaceMobile 公司在近地轨道成功部署的商业通信卫星“蓝行者 3 号”(BlueWalker 3)为例,作为全球首个支持手机直连的实验卫星,
77、其天线系统面积接近 65 平方米,是近地轨道上有史以来最大的商业通信阵列,同时由于过大的天线有可能使得卫星过亮从而干扰天文观察,也将影响相关卫星的部署。图表 29:蓝行者 3 号卫星天线阵列 资料来源:AST SpaceMobile,国盛证券研究所 星链目前尚未披露其 StarlinkV2 卫星的具体射频和天线参数,但从 StarlinkV2 卫星已经公布的重量来看,其重量与体积均更大,我们推测应该与其为了实现卫星直连从而配备的更大的芯片与 eNodeB 调制解调器有关。第二条则是增加单个射频器件的功率,而增加单个射频器件的功率,最好的路径便是将传统的二代半导体为材料的射频器件升级成为三代半导
78、体为材料的射频器件。目前地面的 5G 基站中,由于 5G 需求更高速率以及更强功率,因此 5G 基站中的射频多为三代半导体射频芯片。三代半导体,在通信领域的应用中,主要为 GaN 芯片,GaN 具有高带隙、高饱和电子迁移速度、高热导率等特点。因此,GaN 比 Si 更适合于大功率和高频功率器件。具有体积小、散热容易、损耗低、功率大等优点。因此将当前卫星上的二代半导体射频芯片替换成三代半导体射频,将有希望实现相同载荷下更高的功率,从而为手机直连和更多功能提供基础。2024 年 01 月 03 日 P.24 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 当前,我国三代半导体产业经过多年发展,在
79、材料,射频芯片领域均形成了较强的自主可控能力,未来随着卫星通信带宽加速放大,卫星射频器件向三代半演进,卫星有望成为三代半导体重要下游。2024 年 01 月 03 日 P.25 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 八八、投资建议:聚焦射频、卫星光与三代半导体射频、投资建议:聚焦射频、卫星光与三代半导体射频 射频是卫星通信的基础,而三代半导体与卫星光则是下一代卫星网络的进化方向,建议积极布局相关产业公司切入国内星座建设与海外供应链机会。射频:射频:网络性能与网络制式是卫星通信迈向更强通信体验的关键步骤,而射频器件作为信号的产生环节,直接决定了卫星网络性能的绝对核心,中国射频企业,历
80、经 5G 时代的封锁与自主可控历练,有着较强的技术实力和产品化能力,有望成为支撑中国卫星通信的中坚力量。图表 30:卫星射频投资标的 代码代码 名称名称 总市值(亿元)总市值(亿元)PE(2023E)002465 海格通信 308 41.4 688375 国博电子 318 51.1 300136 信维通信 216 27.7 688182 灿勤科技 70 76.3 资料来源:Wind,国盛证券研究所,数据截至 2023 年 12 月 28 日。卫星光:卫星光:我国的光通信行业经过多年发展,在相关激光器,光放大器等组件上已经形成了较为成熟的产业链,卫星通信上的光学部分与通信部分与地面光通信有着较高
81、的相似度,我国有望凭借在传统光通信行业上的深厚积累,快速追赶欧美先进水平,除了国产星座搭载激光通信载荷外,随着全球星间激光链路放量,国内光器件厂商也有望切入全球市场。图表 31:卫星光通信投资标的 代码代码 名称名称 总市值(亿元)总市值(亿元)PE(2023E)002281 光迅科技 222 36.5 688195 腾景科技 44 53.4 300394 天孚通信 361 59.9 资料来源:Wind,国盛证券研究所,数据截至 2023 年 12 月 28 日,注:除腾景科技、天孚通信外,其余个股 PE预测值均取自 Wind 一致预期。三代半导体:三代半导体:我国三代半导体产业经过多年发展,
82、在材料,射频芯片领域均形成了较强的自主可控能力,未来随着卫星通信带宽加速放大,卫星射频器件向三代半演进,卫星有望成为三代半导体重要下游。图表 32:卫星三代半导体投资标的 代码代码 名称名称 总市值(亿元)总市值(亿元)PE(2023E)600703 三安光电 681 227.5 688234 天岳先进 281 资料来源:Wind,国盛证券研究所,数据截至 2023 年 12 月 28 日。2024 年 01 月 03 日 P.26 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 九、风险提示九、风险提示 星座建设进度不及预期。星座建设进度不及预期。国内外星座建设进度可能会受各种情况影响,如
83、企业运营风险、地缘政治风险等,若星座建设进度不及预期,则可能影响相关产业链的下游市场规模。卫星互联网市场规模不及预期。卫星互联网市场规模不及预期。卫星互联网作为将地面基站搬运至太空的一种形式,本质是对地面基站的补充环节,或面临终端用户数量和 ARPU 不及预期的情况。市场竞争风险。市场竞争风险。目前,卫星互联网参与者众多,市场竞争较为激烈。2024 年 01 月 03 日 P.27 请仔细阅读本报告末页声明请仔细阅读本报告末页声明 免责声明免责声明 国盛证券有限责任公司(以下简称“本公司”)具有中国证监会许可的证券投资咨询业务资格。本报告仅供本公司的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其
84、为客户。在任何情况下,本公司不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。本报告的信息均来源于本公司认为可信的公开资料,但本公司及其研究人员对该等信息的准确性及完整性不作任何保证。本报告中的资料、意见及预测仅反映本公司于发布本报告当日的判断,可能会随时调整。在不同时期,本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本公司不保证本报告所含信息及资料保持在最新状态,对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改,投资者应当自行关注相应的更新或修改。本公司力求报告内容客观、公正,但本报告所载的资料、工具、意见、信息及推测只提供给客户作参考之用,不构成任何投资、法律、会计或税务
85、的最终操作建议,本公司不就报告中的内容对最终操作建议做出任何担保。本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户,不构成客户私人咨询建议。投资者应当充分考虑自身特定状况,并完整理解和使用本报告内容,不应视本报告为做出投资决策的唯一因素。投资者应注意,在法律许可的情况下,本公司及其本公司的关联机构可能会持有本报告中涉及的公司所发行的证券并进行交易,也可能为这些公司正在提供或争取提供投资银行、财务顾问和金融产品等各种金融服务。本报告版权归“国盛证券有限责任公司”所有。未经事先本公司书面授权,任何机构或个人不得对本报告进行任何形式的发布、复制。任何机构或个人如引用、刊发本报告,需注明出处为“国盛证券研究
86、所”,且不得对本报告进行有悖原意的删节或修改。分析师声明分析师声明 本报告署名分析师在此声明:我们具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力,本报告所表述的任何观点均精准地反映了我们对标的证券和发行人的个人看法,结论不受任何第三方的授意或影响。我们所得报酬的任何部分无论是在过去、现在及将来均不会与本报告中的具体投资建议或观点有直接或间接联系。投资评级说明投资评级说明 投资建议的评级标准投资建议的评级标准 评级评级 说明说明 评级标准为报告发布日后的 6 个月内公司股价(或行业指数)相对同期基准指数的相对市场表现。其中 A 股市场以沪深 300 指数为基准;新三板市场以三板
87、成指(针对协议转让标的)或三板做市指数(针对做市转让标的)为基准;香港市场以摩根士丹利中国指数为基准,美股市场以标普 500 指数或纳斯达克综合指数为基准。股票评级 买入 相对同期基准指数涨幅在 15%以上 增持 相对同期基准指数涨幅在 5%15%之间 持有 相对同期基准指数涨幅在-5%+5%之间 减持 相对同期基准指数跌幅在 5%以上 行业评级 增持 相对同期基准指数涨幅在 10%以上 中性 相对同期基准指数涨幅在-10%+10%之间 减持 相对同期基准指数跌幅在 10%以上 国盛证券研究所国盛证券研究所 北京北京 上海上海 地址:北京市东城区永定门西滨河路 8 号院 7 楼中海地产广场东塔 7 层 邮编:100077 邮箱: 地址:上海市浦明路 868 号保利 One56 1 号楼 10 层 邮编:200120 电话: 邮箱: 南昌南昌 深圳深圳 地址:南昌市红谷滩新区凤凰中大道 1115 号北京银行大厦 邮编:330038 传真: 邮箱: 地址:深圳市福田区福华三路 100 号鼎和大厦 24 楼 邮编:518033 邮箱: