二、行業現狀與發展趨勢

1．軌道衛星分類

衛星作為天地融合技術的重要主體承擔了關鍵通信任務。根據衛星距離地面的高度可將衛星軌道的類型分為低軌道、中軌道和高軌道，衛星運行軌道的不同和組網方式差異與衛星的類型緊密相關。

·低軌系統（LEO）是距地面高度低于2000千米的衛星系統，由于距離地球近，有著路徑損耗小，傳輸時延低的特點。隨著衛星發射成本的逐年降低，多個LEO衛星可組成星座來實現真正的全球覆蓋，頻率復用更有效，被認為是最有應用前景的衛星互聯網技術。

·中軌系統（MEO）是距地面高度2000千米~35786千米的衛星系統，傳輸時延一般小于50毫秒，覆蓋范圍更大。當軌道高度為10000Km時，每顆衛星可以覆蓋地球表面的23.5%，因而只要少量衛星就可以覆蓋全球。

·地球靜止軌道（GEO）是距地面高度35786km的同步靜止軌道。理論上，用三顆地球靜止軌道衛星即可以實現全球覆蓋，信號傳播時延為250毫秒以上，鏈路損耗嚴重。

圖 | 衛星通信軌道高度和覆蓋區域示意圖，資料來源：學術Plus

圖 | 軌道衛星分類，資料來源：頭豹研究院

2.衛星頻譜與軌道競爭激烈，各國爭相布局低軌星座組網

衛星通信頻段（頻譜）和空間軌道屬于全球性、不可再生資源，所有衛星系統在投入使用之前，都必須向ITU（國際電信聯盟）申報衛星網絡的頻率和軌道信息資料，采取“先登先占”原則。

即使是2019年的國際電聯通信大會衛星頻段新規，也僅要求運營商向國際電信聯盟申請一個低軌星座和通信頻段后在7年內發射一顆衛星并正常運行90天，然后在兩年內發射衛星總量的10%，5年內發射50%，7年后將申請的衛星數量全部發射完畢。也就意味著運營商一共有14年的時間來完成整個星座的建設否則運營商所申請的頻段資源將會按發射衛星數量的完成比，進行限制使用。

軌道頻率資源是空間互聯網建設的先決條件。目前，頻譜資源緊張，能夠單獨使用、實現全球覆蓋的L、S、C頻段資源幾乎殆盡，集中使用的Ku、Ka頻段也趨于飽和，C、Ka頻段同時要面對5G網絡的激烈爭奪。隨著低頻段頻譜資源的不斷占用,現有的Ku、Ka等高頻段資源也難以滿足巨大的頻譜需求缺口。目前許多國家正在對頻率更高的Q頻段和V頻段進行開發,預計將成為下一代通信衛星的主要發展方向。

軌道頻譜資源競賽促使各國將發力低軌衛星互聯。與頻譜資源相同，軌道資源也同樣具有這樣的特性，對于計劃大力發展低軌衛星互聯的國家或公司，頻譜/軌道資源是他們大力發展低軌衛星互聯的基礎，就如同5G規模商用之前各家運營商需要工信部分發頻譜資源和牌照一樣。

因此，越早發力低軌衛星互聯系統的建設，對于國家或者公司都具有重要的戰略意義，目前海外以StarLink和OneWeb為首的低軌衛星建設商正大力發展低軌衛星系統，國內以航天科工、航天科技、中電科為首的國內企業也在大力發展低軌衛星互聯。

美國在低軌衛星通信領域擁有領先世界的發展優勢。目前，屬于美國資產的在軌活躍衛星高達1500多顆，占世界在軌活躍衛星總數的一半。其中，SpaceX計劃于2019—2024年間發射約4.2萬顆衛星，構建一個多層覆蓋的巨大星座提供全球服務；2018年，普京將其“球體”Sphere計劃列入國家航天專項計劃，以對標美國Oneweb和Starlink，積極布局和發展自己的商業低軌星座；加拿大Telesat公司星座平均單顆衛星效率是Starlink衛星的4倍，積極保持與美國防部的合作，參與美軍項目；韓國三星公司提出打造除Starlink外數量最多的低軌衛星星座計劃。

地球近地軌道約可容納6萬顆衛星。ITU的衛星頻段新規雖然對低軌星座完成建設的時間提出了硬性要求，但這對絕大多數衛星互聯網運營商并不困難。因此近年來，越來越多的衛星公司申請了數量龐大的低軌衛星星座計劃。若全球低軌衛星通信網絡項目均能得以實施，未來五年會有5萬余顆低軌衛星入軌，地球1500km以下的近地軌道將進入擁擠狀態，優質軌道資源難成體系。

圖 | 國外部分低軌衛星通信系統計劃概覽，資料來源：頭豹研究院

國內星座組網需求旺盛，國內商業衛星頭部企業紛紛布局（如下表所示）。2020年9月，中國衛星互聯網向ITU申請星座規模增至12992顆。其中GW-A59星座分布在500-600公里軌道面，衛星數量6080顆；GW-2星座分布在1145公里軌道面，衛星數量6912顆；2027年前預計發射超過4000-6000顆。

中國星鏈建設雖起步較晚，但發展態勢強勁。一系列低軌衛星通信系統的建設以及民營衛星和運載火箭的相繼突破，標志著中國低軌寬帶通信衛星系統建設邁出實質性一步。虹云工程是中國航天科工五大商業航天工程之一，計劃發射156顆衛星，致力構建一個星載寬帶全球移動互聯網絡。

2018年發射首顆技術試驗星，實現單星關鍵技術驗證，預計2025年底實現156顆衛星組網運行完成天地融合系統建設；銀河Galaxy預計于低軌發射650顆衛星，目前首發試驗已成功，預計2022年左右完成第一批144顆衛星部署，隨后從144顆衛星升級到800多顆衛星，最后再升級到2800顆衛星。

圖 | 中國部分低軌衛星通信系統計劃概覽，資料來源：頭豹研究院

3.高通量通信衛星占比逐步提升

在寬帶化發展的時代，寬帶已經成為與水、電、路同等重要的基礎設施。在衛星通信領域也隨之出現了寬帶通信衛星，這種寬帶通信衛星又稱為高通量通信衛星（HTS，High Throughput Satellite）。

相比于傳統通信衛星，高通量衛星在容量及單位帶寬成本方面具有優勢，帶來與地面網絡競爭的可能性。高通量衛星建造費用稍高于傳統通信衛星，但火箭發射、發射保險的費用與傳統衛星持平，以ViaSat公司的高通量衛星與普通衛星進行對比，高通量衛星在容量和單位帶寬成本等方面具有優勢。

圖 | 高通量寬帶衛星系統，資料來源：網絡圖片

高通量衛星起步較早，發展歷經三代：

第一代高軌(GEO)低通量衛星通信——應急海事通信、銥星為代表的全球網；第一代第一顆高通量衛星Thaicom4于2005年發射，屬于泰國Thaicom公司，標志著通信衛星進入高通量時代；

第二代：高軌GEO高通量單星數據通量大；代表是衛訊公司的ViaSat-1；

第三代：低軌互聯網衛星通信，整個星座的數據通量大，數據傳輸延遲低，代表是衛訊公司的ViaSat-2。

經過三代發展，隨著多波束覆蓋、頻率復用等技術使用，各國的高通量衛星向著系統容量更大、用戶終端更小、業務速率更大的高通量方向發展。

圖 | 資料來源：源起基金整理

高通量衛星最大的特點就是容量大，其大容量主要通過多點波束及頻率復用實現，高通量衛星的頻率復用像是將地面的蜂窩設計搬上衛星，通過復用，可以實現可用帶寬或可用容量的倍增，每顆衛星得到了數倍或數十倍于常規衛星的可用頻率資源，大大降低單位帶寬的成本。Ka頻段由于具有豐富的頻率資源，目前已成為高通量衛星的主要選擇，但仍有10%的高通量衛星在使用Ku頻段，甚至C頻段。

作為新一代高通量衛星通信系統，Ka寬帶衛星系統具有常規C、Ku頻段衛星通信網絡所不具備的競爭優勢和顯著特點：

（1）頻帶寬。衛星通信經過多年的發展，目前L、S、C、Ku等頻段資源基本枯竭。Ka頻段分配給衛星通信可用頻率資源為3500MHz，遠遠大于C、Ku頻段的800MHz帶寬。即使在信道調制方式不變的前提下，衛星通信系統容量也能提高數倍、十數倍甚至數十倍。

（2）雨衰大。Ka寬帶衛星通信系統容量雖然得到百倍甚至千倍提升，但由于工作頻段較高，降雨引起的鏈路損耗比C和Ku等低頻段大得多。

（3）多點波束。為了滿足日益增長的通信帶寬需求，Ka寬帶衛星通信系統普遍采用多點波束、讓同一頻段在不同的空間內得到重復利用來擴展通信容量。如國際海事通信衛星公司的國際海事通信衛星-5（Inmarsat-5）就是通過89個寬點波束和8個可移動高容量波束實現頻率的復用和全球覆蓋。

（4）容量大。豐富的頻率資源與多點波束的組合運用，使得Ka寬帶衛星通信系統的容量得到數十倍甚至百倍以上的提高。目前，美國衛訊公司（ViaSat）的衛訊-2（ViaSat-2）衛星的最大系統容量已達300Gbps，正在發展的新一代超高容量的GEO衛星星座衛訊-3（ViaSat-3）將由3顆衛星組成，單星吞吐量超過1Tbps。

（5）便于越區切換。引入多點波束技術后，Ka寬帶衛星通信系統每個波束覆蓋的區域直徑大小從過去的千公里尺度縮小到200～500km的尺度。這一方面提高了衛星容量，另一方面，對于飛機和列車這樣的移動平臺，在行進過程中便于進行波束切換，從而使我們在飛機、高鐵上都可以享受快捷的移動通信服務。

同時，為了適應寬帶接入等互聯網應用環境，Ka寬帶衛星通信系統采用全互聯網協議設計，便于服務提供商開展各類互聯網協議應用，尤其是面向公眾的互聯網協議類應用。

正是由于Ka頻段寬帶衛星通信系統的特點和優勢，很好地適應了目前及其未來衛星互聯網接入和寬帶通信的需求，適應了日益增強的個人通信、個人上網、個人視頻業務傳輸的需求。目前高通量衛星在寬帶接入、數據中繼、基站回傳、航空船載娛樂等方面都得到了廣泛應用。

綜合考慮各種網絡建設成本，由于偏遠地區地面網絡鋪設成本較高，相比而言，高通量衛星在偏遠地區的網絡建設成本較低，且能提供 10Mbps以上的優質網速。由于偏遠地區寬帶覆蓋率仍不能滿足用戶需求，衛星寬帶業務具備較大的市場空間。經測算可得，2025年，中國對高通量衛星有需求的用戶最高將達468.88萬戶，需求容量最高可達1T。東南亞和南亞地區相比其他區域來說，需求量更大一些，其需求最低約為9.11G。

高通量衛星由于其高容量、低帶寬成本的特點，為通信衛星行業帶來了更多的應用可能，未來將飛速發展。2018年高通量衛星收入約為67億美元，未來保持約30%的年復合增長率，在2024年達到約320億美元的市場規模。其中，最主要的收入來源于公眾寬帶接入和移動通信。高通量衛星將進一步推動通信衛星行業發展，同時高通量衛星占比將進一步提升，從2018年5%的占比上升2024年預計23%。

根據NSR的預測，2024年高通量衛星行業收入構成將與當前通信衛星行業的收入構成有很大差別：

公眾寬帶：2024年將占高通量衛星行業收入的23.6%，是最大收入來源，而2015年寬帶業務收入僅在通信衛星行業占據1.5%。

移動通信：2024年將占高通量衛星行業收入的22.3%，是第二大收入來源，而2015年移動通信收入僅在通信衛星行業占據2.7%。

中繼通信：2024年將占高通量衛星行業收入的15%，在2015年通信衛星行業中由于體量偏小并沒有單獨統計，而是并入移動通信的類別。

企業商用和公務通信：2024年將分別占高通量衛星行業收入的18.6%和17%，雖然該部分份額按用戶類型劃分，但從應用方式看仍將以寬帶接入和移動通信為主。

廣播通信：并非高通量衛星的主要應用領域，雖然2015年作為通信衛星行業最大收入來源，占比高達81.5%，但預計2024年僅占高通量衛星行業收入的3%。

4.當前我國基于衛星互聯網著力打造空天地海一體化通信體系

空天地海一體化網絡是以地面網絡為基礎，以空間網絡為延伸，覆蓋太空、天空、陸地、海洋等自然空間，為天基（衛星通信網絡）、空基（飛機、熱氣球、無人機等通信網絡）、陸基（地面蜂窩網絡）、海基（海洋水下無線通信及近海沿岸無線網絡）等各類用戶的活動提供信息保障的基礎設施，目標是擴展通信的覆蓋廣度和深度，即在傳統蜂窩網網絡的基礎上分別與衛星通信和深海遠洋通信（水下通信）深度融合。

圖 | 空天地海一體化網絡，資料來源：民生證券研究院

空天地海一體化通信系統的建設是民用通信系統進一步發展，以及大國發展與安全戰略下的必然選擇。

5.軍工信息化加速建設為行業增長提供助力

軍工信息化是當代戰爭的“神經網絡”。大力發展信息化建設逐步成為全球各國軍力建設的共識，圍繞C4ISR體系為核心的現代化軍事體系是為各國提升軍事信息化水平的關鍵：集指揮（Command）、控制（Control）、通信（Communication）、計算機（Computer）以及情報（Intelligence）、監視（Surveillance）與偵察（Reconnaissance）功能于一體的高度集成的現代軍事信息控制體系平臺。其中，通信系統承擔著所有人員、計算機與武器（系統）之間信息傳遞的“神經網絡”角色，是信息化的底座和基石。

近年來我國國防支出在我國公共財政支出的占比逐步提升，已由2019年的5.1%提升至2021年的5.6%。“十四五”規劃中也明確指出要將軍工信息化建設列為重點發展對象，后續伴隨我國國防支出繼續提升疊加軍工信息化重視程度增強，我國軍工信息化支出有望進一步提升。

圖 | 2011-2021年我國國防支出逐步走高，資料來源：Wind

在軍工通信中衛星互聯網扮演重要角色。衛星通信網絡在全球通信和互聯網接入、5G、物聯網、太空軍事能力應用等方面極具潛力，是商業航天技術和主要大國太空和軍事戰略博弈的必爭之地。以全球軍事強國美國為參考，美國近年來積極參與和布局低軌衛星通信網絡，其背后有明顯的軍事意圖和考量。2019年底，美國空軍1架C-12偵察機使用“星鏈”數據下行速度達到610兆/秒，是美軍現行通信標準5兆/秒速度的102倍。

一旦高彈性抗毀的巨型低軌衛星通信網絡部署完成，將極大拓展戰場實時信息交互和指揮控制能力，或徹底改變信息化戰爭模式。除潛藏的較大的軍事價值外，先行者還將掌握對全球信息的上游規則制定權。根據美國太空發展局（SDA）構想的下一代太空體系架構，巨型低軌通信衛星星座將作為整個太空信息獲取的底層傳輸層，成為服務于太空信息的基礎網絡，將深刻影響未來國家信息安全格局。衛星互聯網時代將給國家信息主權及監管帶來嚴峻挑戰，建立自主可控的低軌衛星通信網絡十分必要。

我國二十大提出明確布局方向，劍指衛星互聯網建設。二十大提出集聚力量進行原創性引領性科技攻關，堅決打贏關鍵核心技術攻堅戰，加快實施一批具有戰略性全局性前瞻性的國家重大科技項目，增強自主創新能力，衛星互聯網作為前瞻性的軍事、經濟重要戰略領地，應該先發布局、增強自主可控能力；同時提出研究掌握信息化智能化戰爭特點規律，創新軍事戰略指導，發展人民戰爭戰略戰術，打造強大戰略威懾力量體系，增加新域新質作戰力量比重，加快無人智能作戰力量發展，統籌網絡信息體系建設運用，實施國防科技和武器裝備重大工程。衛星互聯網作為重要軍事通信建設環節，對建設信息化智能化國防體系有重要作用。

6.行業發展趨勢小結

（1）軌道頻譜資源的布局與爭奪刻不容緩，各國申請數量激增，積極布局低軌星座；

（2）衛星通信向高頻段（Ka、Q、V）和高通量發展；

（3）擴展通信覆蓋的深度和廣度，向空天地海一體化融合發展；

隨著信息技術和互聯網技術的高速發展，全球對移動通信和高速數據交換的需求迅速增長，對通信網絡的全球“無縫”覆蓋提出了更高要求，衛星通信產業迎來了新的發展機遇。

當前我國衛星互聯網的發展尚處早期起步階段，短期伴隨衛星組網環節加速推進下以衛星生產制造和地面設備建設為主的新型基礎設施建設環節將率先受益，后續隨著技術設施建設的逐步完善，中長期維度下游衛星互聯網應用側相關環節將迎來黃金發展階段。

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