《通信行業:下一代衛星互聯網看什么?光學、射頻與材料-240103(27頁).pdf》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《通信行業:下一代衛星互聯網看什么?光學、射頻與材料-240103(27頁).pdf(27頁珍藏版)》請在三個皮匠報告上搜索。
1、請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 證券研究報告|行業策略 2024 年 01 月 03 日 通信通信 下一代衛星互聯網看什么?下一代衛星互聯網看什么?光學、射頻與材料光學、射頻與材料 衛星通信衛星通信下一代通信革命的下一代通信革命的“主戰場主戰場”。通信行業從有線時代進入無線時代已經數十載,行業對于下一代通信革命的探索不斷向前。高速率,廣覆蓋一直通信行業更新的目標。當下,隨著低軌衛星在星鏈引領下逐漸走向成熟,廣覆蓋/高速化/通用化的衛星通信有望引領人類通信方式的下一輪變革。SpaceX 與與 Starlink 引領全球衛星通信發展。引領全球衛星通信發展。全球低軌衛星的領導者當屬
2、馬斯克旗下的 Starlink 和 SpaceX,憑借 SpaceX 全球最低的發射成本,與 Starlink 極低的衛星生產成本,Starlink 率先在全球實現了較好的網絡覆蓋,并在全球多數地區提供服務。當下,兩家公司依舊引領著全球衛星通信發展,憑借實驗中的 Starship 火箭與完全體的 StarlinkV2 衛星,有望在全球范圍內實現低軌衛星互聯網的手機直連服務。在馬斯克一枝獨秀的同時,北美衛星互聯網產業競爭也愈發白熱化,亞馬遜投資的“柯伊伯”星座也有望憑借 SpaceX 的獵鷹 9 火箭實現加速部署,北美星座有望在馬斯克打造的較低發射成本與制造產業鏈基礎上快速繁榮。國之重器,中國衛
3、星通信發展迫在眉睫國之重器,中國衛星通信發展迫在眉睫。隨著在俄烏戰爭、巴以沖突中 Starlink 戰略意義凸顯,衛星互聯網作為國家重要軍事力量的價值正在被逐步認識。我國由于地面通信網絡全球領先,加之較高的產業鏈成本,衛星互聯網起步與進度晚于北美。但隨著星網集團的成立,疊加衛星互聯網的戰略價值被進一步發掘,我國衛星互聯網產業發展有望迎來拐點,近期,相關實驗衛星的成功發射也為我國衛星互聯網產業的探索邁出了扎實的一步。三大技術高地:光學星間鏈路、射頻與三代半導體材料。三大技術高地:光學星間鏈路、射頻與三代半導體材料。從通信器件的環節來看,衛星通信主要涉及三大技術壁壘,首先是衛星通信的核心環節,天地
4、間微波通信所用的相控陣射頻器件。相控陣射頻涉及到射頻芯片,天線,放大器等等多個環節,如何低成本的制造出能夠穩定運行在太空環境中的天線與地面接收終端,是衛星實現天地通信的基礎。第二是衛星間的激光通信系統,激光在太空中沒有云雨等天氣情況干擾,可以穩定的實現星與星之間的高速數據傳輸,從而減少星座對于地面信關站的依賴程度,也可以進一步提升衛星網絡延遲和使用體驗。當下,馬斯克的二代先行衛星上已經開始實驗性運行激光通信功能,衛星上的光將成為全球星座的下一技術熱點。第三則是衛星通信材料的更新,由于天地之間通信需要的微波功率一致,手機直連代表手機端的功率下降,則衛星端射頻需要更高的功率,而通過三代半導體提高微
5、波功率,則有望成為未來實現手機直連衛星的主流解決方案。投資建議投資建議:抓住射頻器件、衛星光與三代半導體三大環節:抓住射頻器件、衛星光與三代半導體三大環節。射頻是衛星通信的基礎,而三代半導體與衛星光則是下一代衛星網絡的進化方向,建議積極布局相關產業公司切入國內星座建設與海外供應鏈機會。射頻:射頻:海格通信、國博電子、信維通信、燦勤科技等;衛星光通信:衛星光通信:光迅科技、騰景科技、天孚通信等;三代半導體:三代半導體:三安光電、天岳先進等。風險提示風險提示:星座建設進度不及預期,衛星互聯網市場規模不及預期,市場競爭風險。增持增持(維持維持)行業行業走勢走勢 作者作者分析師分析師 宋嘉吉宋嘉吉 執
6、業證書編號:S0680519010002 郵箱: 分析師分析師 黃瀚黃瀚 執業證書編號:S0680519050002 郵箱: 分析師分析師 趙丕業趙丕業 執業證書編號:S0680522050002 郵箱: 分析師分析師 邵帥邵帥 執業證書編號:S0680522120003 郵箱: 分析師分析師 石瑜捷石瑜捷 執業證書編號:S0680523070001 郵箱: 相關研究相關研究 1、通信:2024 年十大展望2023-12-31 2、區塊鏈:比特幣現貨 ETF 將帶來什么?2023-12-30 3、通信:全國一體化算力網,算力調度再升級2023-12-26 重點標的重點標的 股票股票 股票股票
7、投資投資 EPS(元)(元)P E 代碼代碼 名稱名稱 評級評級 2022A 2023E 2024E 2025E 2022A 2023E 2024E 2025E 300394.SZ 天孚通信 買入 1.02 1.53 2.55 3.26 88.24 58.82 35.29 27.61 688195.SH 騰景科技 買入 0.45 0.64 0.93 1.38 76.82 54.02 37.17 25.05 資料來源:Wind,國盛證券研究所-32%-16%0%16%32%48%64%2023-012023-052023-082023-12通信滬深300 2024 年 01 月 03 日 P.2
8、 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 內容目錄內容目錄 一、投資要件.4 二、衛星通信人類通信的下一次革命.5 三、空間先行者復盤星鏈成功之路.8 3.1 頻譜與軌道資源.8 3.2 降本技術火箭回收和復用/一箭多星.11 四、北美“一超多強”,中國星座加速發展.13 4.1 北美:“一超多強”格局,Starlink 率先構建人造星座藍圖.13 4.1.1 Starlink:人造星座先驅者.13 4.1.2 亞馬遜 Kuiper:后起新秀,AWS 賦能高速衛星網絡.15 4.2 中國:星網、G60 充當我國太空“圈地運動”先鋒.16 五、射頻:衛星通信的基石.17 六、衛星光:下
9、一代星座的“血管”.19 七、三代半導體:全球功率器件高地,下一代衛星必備.23 八、投資建議:聚焦射頻、衛星光與三代半導體射頻.25 九、風險提示.26 圖表目錄圖表目錄 圖表 1:美國衛訊股價走勢.6 圖表 2:全球通信衛星發射數量統計.6 圖表 3:SpaceX 發展史、融資史與估值.7 圖表 4:SpaceX、Starlink 近年營收(億美元).7 圖表 5:SpaceX 發展歷程.8 圖表 6:世界各國低軌衛星星座申請情況.9 圖表 7:不同通信頻段主要用途.10 圖表 8:SpaceX 獵鷹九號火箭構成.11 圖表 9:2018-2022 年獵鷹 9 號火箭第一級復用情況.12
10、圖表 10:2020 年以來獵鷹 9 號新火箭和復用火箭成本對比(單位:萬美元).12 圖表 11:目前可使用星鏈的國家/地區.13 圖表 12:星鏈計劃總體部署計劃表.14 圖表 13:星鏈地面站分布.14 圖表 14:星鏈地面站外觀.14 圖表 15:Starlink、Viasat 資費對比.15 圖表 16:亞馬遜緊湊版天線,便攜性較強.15 圖表 17:星網工程申請的軌道計劃.16 圖表 18:2021 年 11 月,G60 星鏈產業基地開工.16 圖表 19:Starlink 地面用戶終端拆解.17 圖表 20:Starlink 地面用戶終端中,每只小射頻天線的拆解.17 圖表 21
11、:Starlink 地面用戶終端中,每只小射頻天線的饋線.18 圖表 22:相控陣雷達原理.18 圖表 23:Starlink 手機直連.18 圖表 24:衛星激光通信優劣勢.19 lUcZpWnYNAaXnX9YyWmOtRnPbRbP7NmOnNtRtPeRoOpOjMmMqNaQnNzQMYtOsNwMoNoP 2024 年 01 月 03 日 P.3 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 圖表 25:StarlinkV1.5 衛星搭載的激光載荷.20 圖表 26:激光通信載荷架構.20 圖表 27:非相干調制與相干調制對比.21 圖表 28:Tesat、Space Micr
12、o 和 Mynaric 激光通信產品對比.21 圖表 29:藍行者 3 號衛星天線陣列.23 圖表 30:衛星射頻投資標的.25 圖表 31:衛星光通信投資標的.25 圖表 32:衛星三代半導體投資標的.25 2024 年 01 月 03 日 P.4 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 一、投資要件一、投資要件 市場對于海外衛星互聯網的迭代與市場對于海外衛星互聯網的迭代與發展發展進度認識不足。進度認識不足。市場目前對于 Starlink 衛星的認識停留在普通的微波通信時代,部分投資者認為 Starlink 依然是天量資本支出下的“軍事用途”或“融資項目”。但 2022 年以來,隨
13、著 1.5 代星與 2 代迷你星發射數量與日俱增,Starlink 正將星間激光通信、手機直連等功能逐漸帶入現實。同時隨著產業鏈持續降本與發射成本降低,Starlink 得以在較有吸引力的套餐價格下,實現了盈虧平衡,邁過了成為全球巨頭的關鍵環節。同時,北美除 Starlink 外,如柯依伯、Oneweb 等星座也在加緊建設,海外已經正式進入產業爆發期。同時隨著在俄烏戰爭、巴以沖突中衛星互聯網發揮了重要的軍事及援助功能,其作為“大國重器”的地位正在逐漸顯現。因此,發展或者擁有一套完善的衛星互聯網星座正在加劇成為大國角逐的下一個科技高地。市場對于衛星互聯網下一代演化方向認識不足。市場對于衛星互聯網
14、下一代演化方向認識不足。市場目前對于低軌星座的演化方向還簡單的停留在“堆疊數量”、“搶占軌道”等初期方面,但當下,低軌衛星星座正在 Starlink的帶領下進入下一個時代。面向未來,低軌星座有兩個演化方向,第一便是星間激光通信,通過高速率的星間激光通信,星座可以有效降低對于地面信關站的依賴,從而將服務覆蓋范圍擴展至信關站難以建設的地區,同時較小的信關站數量也將進一步降低星座建設成本。星間激光通信主要壁壘在于對于相干光的調制、接受和捕獲,同時相關光電器件在太空的穩定性也將成為重要考驗。未來隨著低軌衛星標配激光通信,相關光學廠商有望開拓新的下游市場。第二個重要的演化方向則是手機直連,當前的衛星通信
15、,均需在地面配備體積較大的專用終端,或者在手機內部搭載專門的通信組件來實現與衛星的連接,一方面是衛星通信所用頻段與蜂窩網絡不同,其次是衛星所處的高度較高,因此需要在地面設備擁有較高功率來將信號發射到衛星。實現手機直連,一是要與運營商合作來共享頻譜,最重要的一點則是進一步加大衛星端的信號發射功率,當前主流加大功率主要依靠提高衛星天線面積,但是過大的天線面積除了增加發射成本外,也會對太空觀測造成影響,所以未來以三代半導體為代表的高功率射頻器件有望上星,從而在同等天線面積上增加信號功率,實現更好的手機直連效果。投資建議:投資建議:“將地面基站搬上星實現更高效的覆蓋”是衛星通信的核心,高效、降本將伴隨
16、民用衛通的發展全過程。射頻是衛星通信的基礎,而三代半導體與衛星光則是下一代衛星網絡的進化方向,建議積極布局相關產業公司切入國內星座建設與海外供應鏈機會。射頻:射頻:海格通信、國博電子、信維通信、燦勤科技等;衛星光通信:衛星光通信:光迅科技、騰景科技、天孚通信等;三代半導體:三代半導體:三安光電、天岳先進等。同時關注衛星通信主題下的旭升集團、創意信息、三維通信、通宇通信、中國衛通、中國衛星等。2024 年 01 月 03 日 P.5 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 二、衛星通信二、衛星通信人類通信的下一次革命人類通信的下一次革命 現代通信方式的發展,從最早的有線電話,進化到以基
17、站為骨干,以手機終端為載體的無線通信網絡已有數十載,站在當下,通信業界最大的探索方向,便是下一代的通信網絡該用何種方式承載。是沿用當下的基站網絡,持續提高通信速率,降低時延,亦或是變革傳統的地基基站模式,將網絡覆蓋用更高的視角重新審視,成為了當下通信網絡演變的兩條主流路線,而衛星通信,則是當下最有希望改變傳統基站網絡物理形式的下一代通信網絡架構。衛星通信在此前一直與傳統通信網絡較為獨立的發展,傳統通信網絡負責人群聚集地區的信號覆蓋,追求穩定,高速率,低時延等等滿足人類日常生活需要的通信功能。而衛星通信則更加專注于如無人區,遠洋航行,應急通信等等特殊環境下的“底線通信”,對于帶寬,時延等等要求較
18、低。但近年來,隨著以星鏈為代表的低軌星座加速成熟,衛星通信似乎正在將“覆蓋范圍”、“覆蓋成本”、“使用體驗”這一不可能三角逐漸打破,從而使得衛星網絡有了和傳統通信網絡互相融合的可能。與此同時,隨著全球化的進程,通信能力也從傳統的國內基建能力轉化為國家競爭力的一個重要部分。過去如 GPS,北斗等等依托衛星的導航系統,幫助美中等世界強國將定位能力輸出至海外,實現軍事定位自主可控的同時,也憑借如民用導航,農機導航等等能力的輸出,提升了國際影響力。同時,中國通信基建的出海,也給眾多第三世界國家帶去了穩定的通信網絡,為其社會經濟發展提供了重要助力。近年來,隨著地緣政治沖突加劇,如何實現通信能力的遠程覆蓋
19、與投送,亦成為了大國施加影響力的重要工具。在 2023 年的俄烏沖突,巴以沖突中,以星鏈為代表的通信能力均成為了戰時通信或人道主義救援的重要組成部分。相比于傳統的通信網絡“建設難,損壞易”的特點,對于地面設施依賴度較小的衛星網絡已經成為軍事力量中的重要部分。綜合來看,衛星通信隨著逐漸低軌化,正在加速與傳統通信網絡的融合與互補,隨著后續衛星和發射端的持續降本,有望進一步成為主流的網絡覆蓋方式。另一方面,衛星通信的戰略價值也隨著低軌衛星能力的進化逐步提升,逐漸成為國際影響力的重要載體。當前,以星鏈為首的西方星座正在加速進化與成熟,我國星座實驗進度也正在加快,行業奇點已現,有望再造一個全新的“通信設
20、備”板塊。從高軌到低軌,衛星發展趨勢已現。當今的衛星通信,正在快速的經歷從高軌邁向低軌,從專用設備邁向通用設備的快速變革。高速,低時延,小型化、通用化正在快速成為當代衛星通信追求的主要功能。從 1957 年第一顆人造衛星發射開始,衛星通信在數十年的時間里經歷了高速且波折的發展。最早,衛星通信以跨洋通信作為主要的功能方向,隨后,隨著跨洋光纜、地面通信網絡等等加速發展與降本,衛星通信漸漸退出了傳統民用市場,但在導航、電視信號傳輸等等其他領域則繼續保持了較為不錯的發展。純通信衛星則聚焦如海洋、無人區等等傳統通信弱勢地區的信號覆蓋,與傳統通信網絡達成了互補與平衡。2024 年 01 月 03 日 P.
21、6 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 當下傳統衛星通信的龍頭是 Viasat,即美國衛訊公司,Viasat(美國衛訊公司)是全球領先的衛星通信公司,近年從一家純粹的衛星通信載荷制造企業,逐漸向下游擴展演變成一家衛星發射制造企業,未來有望轉型成為衛星通信運營商。從基礎概念來區分,SpaceX、中國星網代表低軌星座路線,Viasat、Hughes 代表高軌高通量星座路線;從目標客戶來區分,低軌星座主要針對固定或移動寬帶互聯網需求,后者主要面向海事通信、物聯網等低通量通信需求。受低軌衛星低時延、高帶寬的優勢,近年 Viasat 也有轉向投資低軌衛星的趨勢,實現“高低”搭配。2023
22、年 5 月,Viasat 正式完成了對 Inmarsat(國際海事衛星組織,運營海事通信高軌星座)的收購,前者將整合后者的 Ka、L 和 S 波段。從公司股價來看,一方面近年 Viasat 盈利表現不及預期,另一方面市場可能認為高軌通信星座在未來的競爭中難以勝過低軌方案。圖表 1:美國衛訊股價走勢 資料來源:Wind,國盛證券研究所,數據截至 2023 年 12 月 28 日。衛星互聯網概念催化衛星互聯網概念催化+SpaceX 帶動,帶動,低軌衛星成為低軌衛星成為大勢所趨大勢所趨。人類在低軌空間領域發展迅速,最近 20 年低軌年發射航天器數量比例從 25%提高至 92%,年平均部署衛星數量提升
23、兩個數量級。由于低軌衛星通信相比于高軌衛星通信的優勢明顯,在低軌衛星中,通信衛星的數量近些年呈現爆發式增長,相比 2001 至 2005 年,2016 至 2020 年低軌通信衛星數量激增了近 36 倍。由于低軌衛星本身的低成本、高帶寬優勢,疊加 SpaceX 火箭回收技術趨于成熟、Starlink 逐漸開始盈利,SpaceX 近年一級市場估值水平不斷上修。圖表 2:全球通信衛星發射數量統計 時間時間 全球通信衛星數全球通信衛星數量(顆)量(顆)高軌衛星數量高軌衛星數量(顆)(顆)低軌衛星數量低軌衛星數量(顆)(顆)低軌衛星占比低軌衛星占比 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%資料來源:李元龍等Starlink 星座通信建模仿真分析,國盛證券研究所 01020304050607080901002018-012019-012020-012021-012022-012023-01美國衛訊收盤價(美元,前復權)美國衛訊收盤價(美元,前復權)2024 年 01 月 03 日 P.7 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 圖表 3:SpaceX 發展史、融資史與估值 圖表 4:SpaceX、Starlink 近年營收(
25、億美元)資料來源:physicianonfire,The Economist,CNBC,bloomberg,Axios,國盛證券研究所 資料來源:Forbes,fool,Spacenews,verge,國盛證券研究所 但傳統的衛星通信商業模式,普遍存在著多種缺陷,第一是下游需求較少,傳統的衛星通信需要專用的大天線手機來接受衛星信號,同時帶寬較小,收費較貴,因此在地面通信網絡覆蓋的地區,很難獲得新的客戶??蛻臬@取主要依賴于軍事、政府、海事等等特殊行業客戶,很難形成規?;挠脩粜?。第二是擴容成本高,單顆高軌衛星動輒 10億美元,對于商業公司來說是一筆較大的負擔,一旦部署出現問題或發射后商業回報不
26、及預期,將給公司帶來較大的現金流負擔。例如美國衛訊公司在 2023 年就失去了一顆價值 7 億美元的最新衛星 ViaSat-3,給公司帶來了巨大損失。因此,我們認為,未來的衛星通信,一是由高軌衛星向低軌星座發展,低軌星座所提供的網絡性能基本接近我們日常生活中所使用的通用網絡,一旦收費合適,無需新的應用場景開拓,即可在用戶側放量,有助于快速形成可擴張的商業循環。二是由專用設備向通用設備發展,當下,衛星通信需要專門的終端設備如衛星手機,衛星接收器等等,不僅提高了用戶的使用門檻,也一定程度上降低了使用的便利性。近期,隨著天線技術的進步,如華為 Mate 60 系列已經實現了在手機內部內嵌衛星天線,同
27、時星鏈也宣布將在 2024 年開始,依托最新一代的星鏈衛星提供無需終端天線,直連現有手機的服務。站在當前時點,我們認為,衛星通信的未來焦點有較大概率是在能夠放量的低軌星座和能夠放量的通用化衛星網絡。費用較高的高軌星座將逐漸式微,衛星通信的終局有較大概率是全設備可通用+性能接近地面網絡,最終成為地面網絡信號的組成部分。2346802.2214320102030405060708090202120222023ESpaceX營收Starlink營收 2024 年 01 月 03 日 P.8 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 三三、空間先行者、空間先行者復盤星鏈成功之路復盤星鏈成功之路
28、 縱觀全球低軌星座發展,SpaceX 旗下的 Starlink 可以稱之為全球低軌衛星商業化先鋒或者唯一成功者,通過復盤星鏈的成功之路,我們發現其成功要素在于先人一步的頻譜與軌道資源搶占,和依托 SpaceX 與特斯拉產業鏈實現的快速降本,同時憑借較為親民的套餐價格實現用戶數量的快速擴張。3.1 頻譜與軌道資源頻譜與軌道資源 星鏈計劃最早由馬斯克于 2015 年宣布,并于 2016 年首次向 FCC 提交衛星計劃申請,并于之后歷經修改與擴容,最終在 2018 年獲得第二階段 7518 顆衛星的計劃申請,2019年 SpaceX 再度提出增加 29988 顆衛星用于第二代星座計劃,2022 年
29、12 月,FCC 率先允許 SpaceX 先部署其中的 7500 顆,2023 年 11 月底,FCC 再次批準了修改后的二代星計劃,允許 SpaceX 在支持手機直連的頻段內進行運行。圖表 5:SpaceX 發展歷程 時間時間 里程碑里程碑 2015 年 1 月 宣布星鏈計劃。2016 年 10 月 完成 2 顆初樣衛星研制,但只用于地面測試。2016 年 11 月至 2018 年 11月 向美國聯邦通信委員會(FCC)申報星座頻率許可。2018 年 3 月 宣稱系統總投資 100 億美元。2018 年 11 月 獲得 FCC 的 340 千米軌道 7518 顆和 1200 千米軌道 442
30、5 顆衛星的部署許可。2018 年 12 月 美空軍授予 2800 萬美元測試合同。2019 年 2 月 向 FCC 申報 100 萬個地面站和終端的運營許可。2019 年 4 月 FCC 批準原計劃中的 1150 千米軌道的 1600 顆衛星部署到 550 千米軌道。2019 年 4 月 從研發轉向大批量組網衛星制造。宣稱,“每月一次,44 次 60 顆,在60 個月內完成 2200 顆部署(2024 年 4 月前),以滿足 FCC 頻譜規定(6 年內部署 1200 千米軌道 4425 顆的一半,9 年內完成全部部署)?!?019 年 10 月 16 日 向 FCC 追加申報 3 萬顆衛星。
31、2019 年 11 月 美空軍完成利用星鏈衛星傳輸數據測試。2020 年 3 月 衛星產量達到 6 顆/天,計劃 2020 年發射 24 次。2020 年 7 月 開放星鏈服務測試申請通道。2020 年 11 月 開啟商用運行。2018 年 2 月 22 日至 2021年 3 月 24 日 實際發射 1385 顆(實際在軌 1320 顆,在軌率 95%),最大發射密度 3次/月。2022 年 12 月 FCC 允許 SpaceX 公司部署多達 7500 顆第二代星鏈衛星。2023 年 2 月 Gen2 衛星獲得授權,單星吞吐量極大提升。2023 年 12 月 16 日 在軌正常運行 4547
32、顆衛星。2027 年 部署 12000 顆衛星,7500 顆、1584 顆、2825 顆衛星分別位于距地面340 千米、550 千米和 1150 千米的軌道上。資料來源:余南平等國際和國家安全視角下的美國“星鏈”計劃及其影響,sputniknews,planet4589,Starlink,新浪財經,國盛證券研究所 2024 年 01 月 03 日 P.9 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 除了 FCC 的批準外,對于非美國公司,更加重要的是爭奪 ITU 聯盟下的軌道資源,雖然低軌資源相對于高軌資源來說相對充裕,但其中最適合商業星座運行的 300-600KM 軌道高度仍然資源有限
33、。當前 ITU 對于軌道資源的申報采取“先登先占”與“里程碑”相結合的模式?!跋鹊窍日肌敝傅氖?,無主的軌道資源,經過公示后,劃歸申報方,其他機構不得占用。而“里程碑”要求則是要求申報方在申報 7 年內必須發射第一顆衛星,九年內發射總數 10%,12 年內發射總數 50%,14 年內發射完成,否則將縮減其已申報規模。當前,Starlink已經完成了其一代與二代星座所需要的近 4.2 萬顆衛星的軌道申報工作,同時全球巨頭如亞馬遜、Lynkglobal、oneWeb 等,國內如星網,G60 等星座均已申報了較多軌道資源。圖表 6:世界各國低軌衛星星座申請情況 國家國家 公司名稱(星座名稱)公司名稱(
34、星座名稱)計劃衛星數量(顆)計劃衛星數量(顆)中國 星網公司(GW)12922 航天科技(鴻雁)72 航天科工(虹云)156 銀河航天(星座名稱不詳)1000 中國電科(天象)120 美國 SpaceX(Starlink)42000 亞馬遜(prokectKuiper)3236 LynkGlobal(星座名稱不詳)5000 ASTSpaceMobile(SpaceMobile)243 英國/印度 OneWeb(一網計劃)6372 波蘭 SatRevolution(1024 俄羅斯 俄羅斯航天集團(球體)600 加拿大 Telesat(lightspeed)1671 開普勒通信公司(立方體衛星星
35、座計劃)140 合計 74556 資料來源:李鋒等我國低軌衛星互聯網發展的問題與對策建議,南寧晚報,C114,國盛證券研究所 綜合來看,軌道資源由于相對較為充裕且申報環節需要的準備較少,因此我國企業近年在意識到軌道資源重要性后,加速申報,縮小了與國際一線巨頭的軌道資源儲備。與軌道對應的便是衛星通信所需要的頻譜資源。頻譜,可以理解為衛星通信信號所在的信號頻段,頻段資源由于相對有限,且微波通信經過多年發展,可用頻段多有用戶,所以要在全球范圍內找到適合衛星發射的新無主頻段,相對困難。當前,較高頻率的 Ka頻段由于現存用戶較少,成為了主流星座的主力頻段。2024 年 01 月 03 日 P.10 請仔
36、細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 圖表 7:不同通信頻段主要用途 波段波段 用途用途 L(1-2GHz)GPS、衛星電話等 S(2-4GHz)氣象雷達、船用雷達、衛星通信等 C(4-8GHz)衛星通信、衛星電視等 X(8-12GHz)軍用波段 Ku(上行 11.7-12.7GHz,下行 14-14.5GHz)衛星通信黃金頻段 Ka(26-40GHz)高速衛星通信黃金頻段高速衛星通信黃金頻段 資料來源:eeworld,衛星與網絡,國盛證券研究所 需要注意的是,與全球統一規劃的軌道資源不同,頻譜資源往往以國或者地區為范圍進行劃分,因此在某一地區對于 Ka 頻段的優先使用權將成為未來發展
37、衛星互聯網業務的優勢或壁壘,如何在全球范圍內實現自有星座的業務覆蓋,也將主要依靠于頻段使用權或者與當地頻段管理機構的協調能力。當下,SpaceX 領先式地將衛星通信頻段延伸至蜂窩頻段,通過與多地運營商的合作與衛星迭代,使得 Starlink 能夠發射普通 LTE 及以上手機接收到的中頻信號,未來,與運營商合作獲得頻段使用權也有望成為星座獲得頻段與擴張手機直連業務的主流方式。產業鏈降本產業鏈降本 衛星的成本主要由兩塊構成,第一是衛星本身的生產成本,第二則是由發射成本所決定的。如何降本,將是星座走向商業化的最重要一步,我們認為,正是憑借領先的降本循環和其母公司 SpaceX 強大的火箭回收能力,使
38、得 Starlink 能夠成為全球唯一大規模部署的星座。首先,我們來看衛星環節的降本,我們認為,衛星環節的降本主要有以下幾個環節“降標-定型-量產-擴產”通過這五個環節最終實現降本。從當前看,Starlink 當前已經完成了這五個環節的流程,憑借消費級芯片上星,同時借助特斯拉產業鏈與前期虧損,完成了產業鏈擴產與降本,最終實現了全球領先的單星成本。降標:降標:與傳統高軌衛星相比,低軌衛星的使用周期較短,單個衛星價值量較低的特點。同時由于處于近地軌道,其發射與替換成本均較低,過去高軌衛星多采用軍標或者嚴格的抗輻照器件來保證穩定性,這些器件往往帶來了高昂的成本。低軌衛星的部分元器件則不需要極高標準,
39、或者可以用多個消費級元器件相互備份來解決。因此,如何將高軌衛星元器件降標,或者如何使得消費級元器件上星,將是衛星部分降本的第一步和主要方向。定型:定型:在經歷降標之后,如何確定統一的型號則是邁向降本的第二道關卡。以往我國的衛星元器件多由不同的科研院所獨立供應,往往每顆衛星都有不同的供應商,這就導致了即使只有較少的需求,相關流片,研發費用依舊需要支出。因此如何確定衛星上每個環節的一家或幾家供應商就成為了當務之急,一旦定型,就可以避免研發費用的反復支出,造成器件成本的上升。量產:量產:在定型后,相關供應商就可以準備產線并開始量產,相關產線的前期投入較高,需要星座的牽頭方進行一定程度的資金補貼,例如
40、提高前期采購單價,產線建設補貼等等。SpaceX 則是通過海量投資與原有特斯拉的供應體系,逐步建立起了完善的衛星供應鏈。2024 年 01 月 03 日 P.11 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 擴擴產:產:在初期產線跑通后,降本的最后一步便是擴產,通過擴大產能來攤薄研發費用與折舊,從而實現價格下降,衛星成本降低、衛星發射量上升,產品需求提升的正向產業循環。第二,則是 Starlink 通過母公司 SpaceX 實現了極低的發射成本,從火箭環節來看,回收與一箭多星則是降本的關鍵。傳統火箭發射是一次性的,無法回收利用,其中第一級的成本最為高昂?;鸺闹饕饔檬菍⑿l星送入指定軌道
41、,在典型的火箭發射中,第一級提供最初的推力以克服地球的引力,一旦其燃料耗盡,就會與火箭的其余部分分離;隨后,第二級發動機點火提供額外的推力,將有效載荷(如衛星或宇宙飛船)進一步送入太空。因此完成任務后,第一二級火箭均會返回地球表面,在大氣層中燃燒并被銷毀,因此大部分情況下的火箭發射是一次性的。根據劉潔等“獵鷹”9 火箭的發射成本與價格策略分析,2018 年馬斯克表示,火箭一級成本占比 60%,第二級 20%,整流罩 10%,其余 10%是推進劑、復用等發射相關成本。圖表 8:SpaceX 獵鷹九號火箭構成 資料來源:SpaceX,國盛證券研究所整理 3.2 降本技術降本技術火箭回收火箭回收和復
42、用和復用/一箭多星一箭多星 火箭回收及復用是降低火箭發射成本的最核心技術之一。傳統火箭發射技術是建立在一次性基礎之上,SpaceX 具備火箭回收技術,并完成復用,大幅降低了星鏈整體發射成本,目前可以做到的有第一級回收和復用、整流罩回收和復用,根據劉潔等“獵鷹”9 火箭的發射成本與價格策略分析:第一級回收:2015 年 1 月獵鷹 9 號開始第 14 次發射任務時開始回收第一級火箭。第一級復用:2017 年 3 月獵鷹 9 號通過復用此前回收的第一級火箭成功發射衛星(用到 2016 年 4 月回收的第一級火箭)。整流罩回收:2017 年 3 月獵鷹 9 號在首次復用火箭第一級的時候,開始嘗試回收
43、整流罩。整流罩復用:2019 年 11 月首次復用整流罩(采用 2019 年 4 月回收的)。2024 年 01 月 03 日 P.12 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 圖表 9:2018-2022 年獵鷹 9 號火箭第一級復用情況 時間時間 2018 年年 2019 年年 2020 年年 2021 年年 2022年年1-8 月月 發射次數(次)21 13 26 31 39 新火箭一級的數量(個)10 7 5 2 2 復用一次火箭的數量(個)11 6 21 29 37 新火箭一級占發射次數比重 47.6%53.8%19.2%6.4%5%資料來源:劉潔等“獵鷹”9 火箭的發射成
44、本與價格策略分析,國盛證券研究所 復用火箭成本較新火箭大幅降低,壓縮至三成。通過回收及復用火箭的第一級和整流罩可以大幅降低火箭發射成本,SpaceX 的獵鷹 9 號為例,根據劉潔等“獵鷹”9 火箭的發射成本與價格策略分析,新的火箭第一級成本為 3000 萬美元,新整流罩的成本為 500萬美元,按照第一級成本占總成本 60%預測,新火箭單次發射成本在 5000 萬美元;回收復用后,采購氦氣、燃料、氧氣、回收火箭一級和整流罩等的加總費用為 500 萬美元,加上第二季需要采購新的花費 1000 萬美元,整體復用火箭的成本降低到 1500 萬美元,相當于新火箭的三成。圖表 10:2020 年以來獵鷹
45、9 號新火箭和復用火箭成本對比(單位:萬美元)“獵鷹”“獵鷹”9 火箭火箭 全新火箭成本(占比)全新火箭成本(占比)復用火箭成本(占比)復用火箭成本(占比)硬件 一級 3000(60%)-二級 1000(20%)1000(66.6%)整流罩 500(10%)-軟件 推進劑 40(0.8%)40(2.6%)發射測控、翻修等相關費用 460(9.2%)460(30.6%)總計 5000 1500 資料來源:劉潔等“獵鷹”9 火箭的發射成本與價格策略分析,國盛證券研究所 一箭多星也是衛星發射降本重要技術之一?!耙患嘈恰本褪怯靡幻哆\載火箭同時或先后將數顆衛星送入地球軌道的發射技術,可以最大化運載火箭
46、的運載能力,降低衛星發射成本,全球有美國、俄羅斯、中國、印度、日本等國以及歐洲航天局掌握“一箭多星”發射技術。2017 年 2 月,印度發射過“一箭 104 星”;2019 年 5 月,SpaceX 一箭發射 60 顆 Starlink 衛星;2020 年 9 月 15 日,中國在黃海海域用長征十一號海射運載火箭,采取“一箭九星”方式將“吉林一號”高分 03-1 組衛星送入預定軌道。2023 年 6 月 15 日我國成功發射一箭 41 星,長征二號丁運載火箭在太原衛星發射中心點火起飛將吉林一號高分 06A 星等 41 顆衛星成功送入預定軌道。2024 年 01 月 03 日 P.13 請仔細閱
47、讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 四四、北美“一超多強”,中國星座加速發展、北美“一超多強”,中國星座加速發展 從當前全球的衛星互聯網格局來看,北美呈現出星鏈帶領下的“一超多強”格局,而我國則在星網集團成立后,加速發展,同時以 G60 為代表的其他星座也正在加速實驗。4.1 北美:“一超多強”格局,北美:“一超多強”格局,Starlink 率先構建人造星座藍圖率先構建人造星座藍圖 4.1.1 Starlink:人造星座先驅者:人造星座先驅者 在一眾在一眾 LEO 衛星星座中,衛星星座中,SpaceX 的的“Starlink”星鏈計劃脫穎而出,成為人類構建人星鏈計劃脫穎而出,成為人類構建
48、人造星云的先驅者。造星云的先驅者。星鏈于 2015 年 1 月提出,初始計劃投送 4000 顆近地軌道衛星,而后增加至 4.2 萬顆。據planet4589的數據,截止 2023 年12月 16日星鏈在軌正常運行4547顆衛星,據 ORBITING NOW 數據,截止 2023 年 12 月 19 日全太空有約 8329 顆正在運作的低軌衛星,星鏈已成為規模最大的人造低軌星座。星鏈服務目前已覆蓋全球 60 余個國家/地區。圖表 11:目前可使用星鏈的國家/地區 資料來源:星鏈,國盛證券研究所 星鏈計劃分為三個階段:1)至 2024 年,完成 4408 顆衛星部署;2)至 2027 年,完成75
49、18 顆衛星部署;3)預備軌道占位部署約 3 萬顆衛星。當前星鏈計劃正處于部署第二階段,計劃將 7518 顆星鏈衛星部署于“殼層 6”、“殼層 7”和“殼層 8”三個軌道“殼層”,第三階段計劃將約 3 萬顆星鏈衛星部署于高度在 340614km 之間的 9 條傾斜軌道上。2024 年 01 月 03 日 P.14 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 圖表 12:星鏈計劃總體部署計劃表 部署階段部署階段 軌道層軌道層 軌道高度(軌道高度(km)軌道傾角()軌道傾角()計劃部署(顆)計劃部署(顆)正常運作正常運作數量數量 第一階段 Group1 550 53 1584(72*22)V
50、1.0 1435 顆 Group2 570 70 720(36*20)V1.5 403 顆 Group3 560 97.6 348(6*58)V1.5 233 顆 Group4 540 53.2 1584(72*22)V1.5 1562 顆 Group5 560 97.6 172(4*43)V1.5 692 顆 第二階段 Group6 335.9 42 2493 V2 mini673 顆 Group7 340.8 48 2478 V2 mini170 顆 Group8 345.6 53 2547 未發射 第三階段-340 53 5280(110*48)未發射-345 46 5280(110*4
51、8)未發射-350 38 5280(110*48)未發射-360 96.9 3600(120*30)未發射-525 53 3360(120*28)未發射-530 43 3360(120*28)未發射-535 33 3360(120*28)未發射-604 148 144(12*12)未發射-614 115.7 324(18*18)未發射 資料來源:李元龍等Starlink 星座通信建模仿真分析,planet4589,國盛證券研究所,數據截至 2023 年 12 月 16 日。星鏈主要由空間段和地面段兩部分組成,空間段的衛星采用高集成度的箱板式結構,每顆衛星搭載 4 面相控陣天線。為保證天線時刻對
52、準目標服務區域,每臺衛星會搭載 1 臺恒星跟蹤器用于測量姿態。1.0 版本及之后的衛星都配有 2 個 Ka 波段天線,與世界各地部署的地面站網關連接,再通過光纖連接骨干網形成前傳和回傳鏈路。星鏈地面段主要由信關站和用戶套件組成。星鏈地面段主要由信關站和用戶套件組成。星鏈已在全球部署約 150 個信關站,主要分布在南北美洲、澳洲、歐洲及東亞。每個信關站包括 8 個天線,下圖是美國威斯康星州梅里蘭地面站,在開啟星間鏈路服務前,星鏈網絡可服務范圍以信關站附近區域為主,目前,星鏈信關站的天線口徑約為 1.47m,上行信號頻段為 27.529.1GHz 和29.530GHz,發射功率約 15W。用戶套件
53、天線分為標準版和高性能版本,既可以安裝在屋頂,也可以車/船/機載。圖表 13:星鏈地面站分布 圖表 14:星鏈地面站外觀 資料來源:starlinkinsider,國盛證券研究所 資料來源:datacenterdynamics,國盛證券研究所 2024 年 01 月 03 日 P.15 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 Starlink 已驗證衛星互聯網商業模式可持續。已驗證衛星互聯網商業模式可持續。Starlink 采用類似傳統寬帶服務的不限流量包月模式,截至 2023 年 9 月,Starlink 用戶數量已超 200 萬人,預計 2023 年公司實現盈利。我們認為,Sta
54、rlink 加速衛星互聯網進入大規模商業化應用階段;Starlink 商業模式的逐漸成熟也將加劇各國在衛星互聯網空間資源領域的競爭,進一步加速星座系統建設部署。圖表 15:Starlink、Viasat 資費對比 Starlink Viasat 運營商 SpaceX Viasat 服務包 家用/固定商用/漫游/船用/車用/遠洋 家庭 下載速度(Mbps)高速/40-220/最貴套餐為高速/40-220/40-220/40-220 12-25/50-75/100-150 上傳速度(Mbps)高速/8-25/最貴套餐為高速/8-25/8-25/8-25/延遲(ms)低/25-60/低/99/99/
55、99/終端價格(美元)599/2500/599/2500/2500/2500 免費 每月服務費用 120/140-500/150-200/250-5000/250-5000/250-5000,均為無限流量 約 0.6 美元/GB 資料來源:Starlink,Viasat,國盛證券研究所 4.1.2 亞馬遜亞馬遜 Kuiper:后起新秀,:后起新秀,AWS 賦能高速衛星網絡賦能高速衛星網絡 亞馬遜 Kuiper(柯伊伯)計劃未來以 3236 顆低軌衛星構建星座,運行高度 590-630 公里,標準版終端成本僅 400 美元,提供 400Mbps 下行速率,緊湊版重量僅 1 磅,提供100Mbps
56、 下行速率,商用版傳輸速度可達 1Gbps。Kuiper 最大亮點在于其自研了通信基帶“Prometheus”,這塊芯片可用于終端、衛星天線和地面網關站。與之相比,Starlink使用意法半導體的通信基帶,首批出貨的終端成本是售價的約 5 倍。我們認為,低成本、設計簡單的 Kuiper 終端有望為客戶帶來更好的體驗和更高的可靠性。圖表 16:亞馬遜緊湊版天線,便攜性較強 資料來源:亞馬遜,國盛證券研究所 2024 年 01 月 03 日 P.16 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 4.2 中國:星網、中國:星網、G60 充當我國太空“圈地運動”先鋒充當我國太空“圈地運動”先鋒
57、早在 2016-2018 年,航天科技、航天科工、中國電科、中國電信等國家隊各自提出低軌互聯網星座建設方案,“虹云”、“鴻雁”開啟了我國低軌寬帶衛星通信系統的初步探索。2020 年 4 月,國家發改委將衛星互聯網列為“新基建”中的信息基礎設施,意味著以低軌衛星通信系統為代表的太空基礎設施建設上升到國家戰略層面。2021 年 4 月,國務院國資委發布關于組建中國衛星網絡集團有限公司的公告。新組建的“星網”公司總部落地雄安新區,注冊資本 100 億元。從 ITU 已經公布的數據看,星網(代號 GW)工程計劃建設一個 12992 顆衛星、7 個子星座組成的星座系統,30-85的軌道傾角表明,星網星座
58、很可能面向全球市場,與Starlink、Kuiper 等海外星座直接進行商業競爭。圖表 17:星網工程申請的軌道計劃 子星座子星座 軌道高度(軌道高度(km)傾角()傾角()軌道層數軌道層數 每層軌道衛每層軌道衛星數量星數量 衛星總數衛星總數 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 資料來源:ITU,國盛證券研究所 “G60 星鏈”是目前國內除星網星鏈”是目前國內除星網 GW 星座之外,另一重要的衛星互聯網發射計劃星座之外,另一重要的衛星互聯網發射計劃,其于 2021 年 11 月 26 日落地上海松江,是上海聯合長三角 9 大城市共同打造全國首個衛星互聯網產業集群。低軌寬頻多媒體衛星“G60 星鏈”,實驗衛星完成發射并成功組網,一期將實施 1296 顆,未來將實現一萬兩千多顆衛星的組網?!癎60 星鏈”的落地意味著國內衛星互聯網產業鏈的進一步擴容以及在制造端和應用端的更進一步。圖表 18:2021 年 11 月,G60 星鏈產業基地開工 資料來源:上海市人民
60、政府,國盛證券研究所 2024 年 01 月 03 日 P.17 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 五、射頻:衛星通信的基石五、射頻:衛星通信的基石 網絡性能與網絡制式是衛星通信邁向更強通信體驗的關鍵步驟,而射頻器件作為信號的產生環節,直接決定了衛星網絡性能的絕對核心,我們認為,投資衛星的核心,就是投我們認為,投資衛星的核心,就是投資射頻。資射頻。我們先從衛星通信的原理出發,來闡述為什么射頻器件是衛星信號的絕對核心。衛星通信之所以能夠利用較小面積的終端天線與衛星天線,利用的相控陣原理,將數百個個小射頻器件發出的信號進行疊加,從而進行信號增強。同時,根據算法,調整不同射頻器件所發
61、出的射頻信號頻率,從而改變信號傳輸的方向。通過對于 Starlink 地面用戶終端的拆解可以發現,Starlink 的地面衛星鍋由 640 個小射頻芯片與 20 顆控制這些芯片的控制芯片組成,通過融合在 PCB 內部的金屬和蜂窩板,組成 640 顆相控雷達。圖表 19:Starlink 地面用戶終端拆解 圖表 20:Starlink 地面用戶終端中,每只小射頻天線的拆解 資料來源:YouTube,Branch Education,國盛證券研究所 資料來源:YouTube,Branch Education,國盛證券研究所 在工作時,底端的 640 顆射頻芯片通過發出電流,信號,通過微帶線將信號傳
62、輸到第六層的最上層銅制天線上,通過電流信號的正負極變化,從而產生相應的信號頻率。將 640個天線所產生的信號相互融合,會產生相長干涉,從而對某一方向的信號進行增強,從而獲得能夠與 550KM 外衛星相互溝通的強大信號。同時,通過控制這 640 顆芯片產生略微不同的信號差異,從而使得信號聚焦的方向產生改變,使得終端能夠追蹤到在天空中運轉的衛星。2024 年 01 月 03 日 P.18 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 圖表 21:Starlink 地面用戶終端中,每只小射頻天線的饋線 圖表 22:相控陣雷達原理 資料來源:YouTube,Branch Education,國盛證
63、券研究所 資料來源:YouTube,Branch Education,國盛證券研究所 衛星上搭載的天線工作原理與地面終端類似,但衛星上的天線面積與功率相較于地面終端來說更大,從而可以用信號覆蓋同一地區的多個用戶。同時,衛星終端通用化的進程也主要依靠衛星側天線的再進化來實現,2023 年 10 月,星鏈推出直連手機業務,根據官網信息,星鏈預計在 2024 年實現短信發送,2025 年實現語音通話,2025 年實現上網(Data),同年分階段實現 IoT(物聯網)。這一功能的實現,依賴于最新一代星鏈搭載的 eNodeB 調制解調器,從而發出接近傳統基站的信號,使得支持 LTE 及以上通信制式的手機
64、,無需專門的地面終端或者天線芯片即可通過衛星上網。圖表 23:Starlink 手機直連 資料來源:Starlink 官網,國盛證券研究所 2024 年 01 月 03 日 P.19 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 六六、衛星光:下一代星座的“血管”、衛星光:下一代星座的“血管”將光通信帶入衛星一直是全球產業鏈發展的重要方向,與傳統的微波或者無線電通信相比,激光通信具有需要功率小,通信速率高,保密性好等特點,尤其是在衛星通信頻譜資源日益擁擠的時代,無需專用頻譜的衛星激光通信有望加速發展,但與之相對的是,星地之間的氣象條件復雜,星地之間瞄準與捕獲機制復雜等等痛點,一直制約了星地
65、激光通信的發展。從目前來看,雖然全球各國都積極進行了相關實驗衛星或實驗項目的嘗試,星地激光通信要成為主流仍然有較長的路要走。但隨著低軌星座的發展,星與星之間的激光通信有望率先起量,星間激光通信是指利用激光束作為載波在空間進行圖像、語音、信號等信息傳遞,具有傳輸速率高、抗干擾能力強、系統終端體積小、質量輕、功耗低等優勢,可以大幅降低衛星星座系統對地面網絡的依賴,從而減少地面信關站的建設數量和建設成本。除了繼承了上文中提到的優點外,由于星座間兩星的距離較短,同時發射端與接收端同處于太空環境中,不會受到云雨氣象條件干擾的同時,激光的發射與捕獲環節的技術難度也相較星地通信低。圖表 24:衛星激光通信優
66、劣勢 優勢優勢 通信速率高 傳統微波通信載波頻率在幾 GHz 到幾十 GHz 范圍內,而激光載波頻率具有數百 THz 量級,比微波高 35 個數量級,可攜帶更多信息,加上波分復用等手段,未來可以以 Tbps 速率傳輸信息??垢蓴_能力強 激光具有較窄的發散角,指向性好,沒有衛星電磁頻譜資源限制約束(因此無需申請空間頻率使用許可證),通信過程中不易受外界干擾,抗干擾能力強。保密性好 衛星激光通信波譜使用 0.81.55m 波段,屬于不可見光,通信時不易被發現。而激光發散角小,束寬極窄,在空間中不易被捕獲,保證了激光通信所需的安全性和可靠性。輕量化 激光波長比微波波長小 35 個數量級,激光通信系統
67、所需的收發光學天線、發射與接收部件等器件與微波所需器件相比,尺寸小,重量輕,可滿足空間衛星通信對星上有效載荷小型化、輕量化、低功耗的要求。節省建設成本 通過激光通信建立星間激光鏈路,可以有效減少地面信關站的建設需求;同時有助于數據流匯聚,進而簡化衛星網絡結構,從而多方面節省建設成本。劣勢劣勢 接收機和發射機之間的瞄準系統復雜 衛星激光通信發散角小,需要光學系統以及高精度的跟瞄輔助機制完成建鏈。尤其是接收機和發射機之間的瞄準非常困難??臻g光通信系統要完成遠距離衛星間光信號的發射與接收,必須進行遠距離衛星間或者空間站間目標的捕獲與跟蹤,前者依賴于激光通信系統,后者取決于光學跟瞄系統(PAT)。發射
68、天線和接收天線的效率、精度、體積、重量和成本的平衡難度較高 出于獲取最小光斑的需求,發射天線可以設計成接近衍射極限,但同時給精確對準帶來了困難。為了接收更多的能量信號,接收天線直徑越大越好,但這會增加系統的體積、重量和成本。提高接收靈敏度十分重要。遠距離傳輸容易出現信號衰弱和延時等問題 衛星距離地面的高度介于 600 千米3.6 萬千米。激光通信的實用化,仍面臨較大挑戰。尤其是環境對激光通信信號會有較大干擾。雖然激光通信不受電磁干擾,但大氣中的氣體分子、水霧、霾等與激光波長相近的粒子會引起光的吸收和散射,極大地妨礙、吸收光波的傳輸;同時,大氣湍流也會嚴重地影響到信號的接收。資料來源:Ofwee
69、k,物聯網智庫,國盛證券研究所 全球較早搭載星座間激光通信系統的是 Starlink 的 V1.5 衛星,最早的三顆 V1.5 衛星于2021 年 6 月發射,截止 12 月 16 日,共有 2887 顆 V1.5 衛星在軌運行,憑借星間激光通信,星鏈得以像諸如南極洲等信關站難以部署的地區提供穩定的衛星互聯網服務。2024 年 01 月 03 日 P.20 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 圖表 25:StarlinkV1.5 衛星搭載的激光載荷 資料來源:satellitetoday,國盛證券研究所 與傳統的地面光通信類似,衛星激光通信所用的設備也由光學部分和電學(通信)部分
70、組成,與地面不同的是,衛星上由于兩顆衛星之間相對位置高速變化,對于接受系統也提出了更高的要求,因此下圖中的 PAT(跟蹤/瞄準系統)為衛星端激光終端獨有。圖表 26:激光通信載荷架構 資料來源:高鐸瑞等衛星激光通信發展現狀與趨勢分析(特邀),國盛證券研究所 2024 年 01 月 03 日 P.21 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 光學分系統由光學天線、中繼光路及各收發光學支路構成,各部分緊密銜接,共同實現激光信號的高質量收發。跟瞄分系統由粗跟蹤單元、精跟蹤單元、提前量單元等構成,主要完成空間光信號的瞄準、捕獲、跟蹤,利用具備方位和俯仰功能的跟瞄轉臺,加上控制信號的計算與處理
71、,實現需要通信的兩顆衛星激光通信光學天線的精確對準,并保證雙方互發的激光信號能通過光學分系統進入對方的通信分系統。通信分系統由激光載波單元、電光調制單元、光放大單元、光解調單元等構成,主要完成衛星激光通信系統光信號的調制/解調、光放大及信號處理等功能。從目前的主流方案來看,主流的星間激光通信主要有兩種調制方式,非相干與相干,非相干通信體制采用強度調制/直接探測(Intensity Modulation/Direct Detection,IM/DD)方式,分為開關鍵控(On-Off Keying,OOK)和脈沖位置調制(Pulse Position Modulation,PPM)。相干通信體制采
72、用相位調制/相干探測方式,分為二進制相移鍵控(Binary Phase-Shift Keying,BPSK)/零差(外差)相干探測、差分相移鍵控(Differential Phase-Shift Keying,DPSK)/自差相干探測、正交相移鍵控(Quadrature Phase-Shift Keying,QPSK)/零差(外差)相干探測等。相干調制具有精度高,傳輸速率高,傳輸距離長等特點,但是由于其需要額外的電路元件,同時由于運行環境處于太空,需要對這部分電路元件進行抗輻照處理,因此成本較高。圖表 27:非相干調制與相干調制對比 關鍵指標關鍵指標 非相干體制非相干體制 相干體制相干體制 接
73、收靈敏度 低于相干體制 20dB,增加低噪放后,仍低于相干接收機6dB 以上。比非相干高,相同條件下,終端體積和功耗有優勢??垢蓴_ 由于是強度探測方式,需要規避空間背景光干擾??贡尘霸肼暷芰?,接收機信噪比高,具備近日凌免疫的能力。系統復雜性 接收機結構簡單,易于實現。接收機結構復雜,實現具有較高技術門檻。成本 非相干發射機的激光器和調制有集成芯片的貨架產品,接收機直接探測成本較低。相干接收機需增加混頻移相器和本振激光器,成本較高。資料來源:夏方園等激光星間鏈路終端技術發展與展望,國盛證券研究所 由于目前 Starlink 尚未公布其星間衛星通信的主要參數,我們只能參考當前主流的衛星激光通信產
74、品的參數與調制方式。從已公開數據來看,當前海外主要低軌星座的衛星組件都采用了相干中的 BPSK 調制模式,主流通信速率均為 10Gbps 左右。圖表 28:Tesat、Space Micro 和 Mynaric 激光通信產品對比 指標指標 Tesat USA Space Micro Europe Mynaric 鏈路距離/km 1500 4000 4500 調制方式 BPSK BPSK BPSK 信息速率/Gbps 10 10 10 重量/kg 8 20.9 18 功耗/W 80 150 60 資料來源:夏方園等激光星間鏈路終端技術發展與展望,國盛證券研究所 2024 年 01 月 03 日
75、P.22 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 我國的光通信行業經過多年發展,在相關激光器,光放大器等組件上已經形成了較為成熟的產業鏈,衛星通信上的光學部分與通信部分與地面光通信有著較高的相似度,我國有望憑借在傳統光通信行業上的深厚積累,快速追趕歐美先進水平,除了國產星座搭載激光通信載荷外,隨著全球星間激光鏈路放量,國內光器件廠商也有望切入全球市場。2024 年 01 月 03 日 P.23 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 七七、三代半導體:全球功率器件高地,下一代衛星必備、三代半導體:全球功率器件高地,下一代衛星必備 從當前來看,衛星通信與地面溝通的主要方式依為
76、微波通信,根據普朗克公式,要實現相同的通信體驗,衛星與地面終端間通信的功率應當相同。因此,下一代衛星要實現手機直連,除了需要獲取傳統運營商的信號頻段外,由于手機端沒有裝備專用的射頻天線或者專用終端,因此也需要衛星端來發射更高的信號功率。從前文提到的衛星相控陣天線原理來說,增加功率有兩條路可走,第一條即為增加天線面積,通過更多相同射頻器件的波形相長,從而產生更強的功率,從當前業界主流做法來看,支持手機直連的星座均配備了超大面積的天線。以美國 AST SpaceMobile 公司在近地軌道成功部署的商業通信衛星“藍行者 3 號”(BlueWalker 3)為例,作為全球首個支持手機直連的實驗衛星,
77、其天線系統面積接近 65 平方米,是近地軌道上有史以來最大的商業通信陣列,同時由于過大的天線有可能使得衛星過亮從而干擾天文觀察,也將影響相關衛星的部署。圖表 29:藍行者 3 號衛星天線陣列 資料來源:AST SpaceMobile,國盛證券研究所 星鏈目前尚未披露其 StarlinkV2 衛星的具體射頻和天線參數,但從 StarlinkV2 衛星已經公布的重量來看,其重量與體積均更大,我們推測應該與其為了實現衛星直連從而配備的更大的芯片與 eNodeB 調制解調器有關。第二條則是增加單個射頻器件的功率,而增加單個射頻器件的功率,最好的路徑便是將傳統的二代半導體為材料的射頻器件升級成為三代半導
78、體為材料的射頻器件。目前地面的 5G 基站中,由于 5G 需求更高速率以及更強功率,因此 5G 基站中的射頻多為三代半導體射頻芯片。三代半導體,在通信領域的應用中,主要為 GaN 芯片,GaN 具有高帶隙、高飽和電子遷移速度、高熱導率等特點。因此,GaN 比 Si 更適合于大功率和高頻功率器件。具有體積小、散熱容易、損耗低、功率大等優點。因此將當前衛星上的二代半導體射頻芯片替換成三代半導體射頻,將有希望實現相同載荷下更高的功率,從而為手機直連和更多功能提供基礎。2024 年 01 月 03 日 P.24 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 當前,我國三代半導體產業經過多年發展,在
79、材料,射頻芯片領域均形成了較強的自主可控能力,未來隨著衛星通信帶寬加速放大,衛星射頻器件向三代半演進,衛星有望成為三代半導體重要下游。2024 年 01 月 03 日 P.25 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 八八、投資建議:聚焦射頻、衛星光與三代半導體射頻、投資建議:聚焦射頻、衛星光與三代半導體射頻 射頻是衛星通信的基礎,而三代半導體與衛星光則是下一代衛星網絡的進化方向,建議積極布局相關產業公司切入國內星座建設與海外供應鏈機會。射頻:射頻:網絡性能與網絡制式是衛星通信邁向更強通信體驗的關鍵步驟,而射頻器件作為信號的產生環節,直接決定了衛星網絡性能的絕對核心,中國射頻企業,歷
80、經 5G 時代的封鎖與自主可控歷練,有著較強的技術實力和產品化能力,有望成為支撐中國衛星通信的中堅力量。圖表 30:衛星射頻投資標的 代碼代碼 名稱名稱 總市值(億元)總市值(億元)PE(2023E)002465 海格通信 308 41.4 688375 國博電子 318 51.1 300136 信維通信 216 27.7 688182 燦勤科技 70 76.3 資料來源:Wind,國盛證券研究所,數據截至 2023 年 12 月 28 日。衛星光:衛星光:我國的光通信行業經過多年發展,在相關激光器,光放大器等組件上已經形成了較為成熟的產業鏈,衛星通信上的光學部分與通信部分與地面光通信有著較高
81、的相似度,我國有望憑借在傳統光通信行業上的深厚積累,快速追趕歐美先進水平,除了國產星座搭載激光通信載荷外,隨著全球星間激光鏈路放量,國內光器件廠商也有望切入全球市場。圖表 31:衛星光通信投資標的 代碼代碼 名稱名稱 總市值(億元)總市值(億元)PE(2023E)002281 光迅科技 222 36.5 688195 騰景科技 44 53.4 300394 天孚通信 361 59.9 資料來源:Wind,國盛證券研究所,數據截至 2023 年 12 月 28 日,注:除騰景科技、天孚通信外,其余個股 PE預測值均取自 Wind 一致預期。三代半導體:三代半導體:我國三代半導體產業經過多年發展,
82、在材料,射頻芯片領域均形成了較強的自主可控能力,未來隨著衛星通信帶寬加速放大,衛星射頻器件向三代半演進,衛星有望成為三代半導體重要下游。圖表 32:衛星三代半導體投資標的 代碼代碼 名稱名稱 總市值(億元)總市值(億元)PE(2023E)600703 三安光電 681 227.5 688234 天岳先進 281 資料來源:Wind,國盛證券研究所,數據截至 2023 年 12 月 28 日。2024 年 01 月 03 日 P.26 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 九、風險提示九、風險提示 星座建設進度不及預期。星座建設進度不及預期。國內外星座建設進度可能會受各種情況影響,如
83、企業運營風險、地緣政治風險等,若星座建設進度不及預期,則可能影響相關產業鏈的下游市場規模。衛星互聯網市場規模不及預期。衛星互聯網市場規模不及預期。衛星互聯網作為將地面基站搬運至太空的一種形式,本質是對地面基站的補充環節,或面臨終端用戶數量和 ARPU 不及預期的情況。市場競爭風險。市場競爭風險。目前,衛星互聯網參與者眾多,市場競爭較為激烈。2024 年 01 月 03 日 P.27 請仔細閱讀本報告末頁聲明請仔細閱讀本報告末頁聲明 免責聲明免責聲明 國盛證券有限責任公司(以下簡稱“本公司”)具有中國證監會許可的證券投資咨詢業務資格。本報告僅供本公司的客戶使用。本公司不會因接收人收到本報告而視其
84、為客戶。在任何情況下,本公司不對任何人因使用本報告中的任何內容所引致的任何損失負任何責任。本報告的信息均來源于本公司認為可信的公開資料,但本公司及其研究人員對該等信息的準確性及完整性不作任何保證。本報告中的資料、意見及預測僅反映本公司于發布本報告當日的判斷,可能會隨時調整。在不同時期,本公司可發出與本報告所載資料、意見及推測不一致的報告。本公司不保證本報告所含信息及資料保持在最新狀態,對本報告所含信息可在不發出通知的情形下做出修改,投資者應當自行關注相應的更新或修改。本公司力求報告內容客觀、公正,但本報告所載的資料、工具、意見、信息及推測只提供給客戶作參考之用,不構成任何投資、法律、會計或稅務
85、的最終操作建議,本公司不就報告中的內容對最終操作建議做出任何擔保。本報告中所指的投資及服務可能不適合個別客戶,不構成客戶私人咨詢建議。投資者應當充分考慮自身特定狀況,并完整理解和使用本報告內容,不應視本報告為做出投資決策的唯一因素。投資者應注意,在法律許可的情況下,本公司及其本公司的關聯機構可能會持有本報告中涉及的公司所發行的證券并進行交易,也可能為這些公司正在提供或爭取提供投資銀行、財務顧問和金融產品等各種金融服務。本報告版權歸“國盛證券有限責任公司”所有。未經事先本公司書面授權,任何機構或個人不得對本報告進行任何形式的發布、復制。任何機構或個人如引用、刊發本報告,需注明出處為“國盛證券研究
86、所”,且不得對本報告進行有悖原意的刪節或修改。分析師聲明分析師聲明 本報告署名分析師在此聲明:我們具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格或相當的專業勝任能力,本報告所表述的任何觀點均精準地反映了我們對標的證券和發行人的個人看法,結論不受任何第三方的授意或影響。我們所得報酬的任何部分無論是在過去、現在及將來均不會與本報告中的具體投資建議或觀點有直接或間接聯系。投資評級說明投資評級說明 投資建議的評級標準投資建議的評級標準 評級評級 說明說明 評級標準為報告發布日后的 6 個月內公司股價(或行業指數)相對同期基準指數的相對市場表現。其中 A 股市場以滬深 300 指數為基準;新三板市場以三板
87、成指(針對協議轉讓標的)或三板做市指數(針對做市轉讓標的)為基準;香港市場以摩根士丹利中國指數為基準,美股市場以標普 500 指數或納斯達克綜合指數為基準。股票評級 買入 相對同期基準指數漲幅在 15%以上 增持 相對同期基準指數漲幅在 5%15%之間 持有 相對同期基準指數漲幅在-5%+5%之間 減持 相對同期基準指數跌幅在 5%以上 行業評級 增持 相對同期基準指數漲幅在 10%以上 中性 相對同期基準指數漲幅在-10%+10%之間 減持 相對同期基準指數跌幅在 10%以上 國盛證券研究所國盛證券研究所 北京北京 上海上海 地址:北京市東城區永定門西濱河路 8 號院 7 樓中海地產廣場東塔 7 層 郵編:100077 郵箱: 地址:上海市浦明路 868 號保利 One56 1 號樓 10 層 郵編:200120 電話:021-38124100 郵箱: 南昌南昌 深圳深圳 地址:南昌市紅谷灘新區鳳凰中大道 1115 號北京銀行大廈 郵編:330038 傳真:0791-86281485 郵箱: 地址:深圳市福田區福華三路 100 號鼎和大廈 24 樓 郵編:518033 郵箱: