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脚踏大地，仰望星空中国商业航天通信应用发展研究报告2019年2©2019.6iResearchInc.开篇摘要低轨通信星座与高轨高通量卫星共存，卫星通信与地面蜂窝网络融合是未来通信发展的大趋势。我国卫星产业在卫星研制和发射领域，企业实力突出、竞争力强；而在电子元器件、终端类产品和应用系统等领域，目前我国企业规模较小，整体实力偏弱，尤其是芯片、板卡、天线、算法、软件、接收器和终端技术水平与国外顶尖水平差距明显。卫星宽带以及卫星移动通信收入逐年稳步上升，2009-2018年平均复合增长率分别为10.2%和7.2%，这两块业务合计占卫星服务业收入仅5.1%。2016年全球固定卫星的转发器使用率尚不足60%，因此卫星互联网的目标市场一定不是当前固定卫星通信的主要市场（主要指卫星电视直播），而是传统通信卫星难以解决和进入的增量市场。受惠于村村通项目的不断落地，国内真正由于无法连接互联网而不能使用网络的人口不足总人口的4.3%。因此即使卫星信号可以覆盖尚未使用互联网的国内公民，卫星通信企业依然很难将这部分群体发展为用户。企业可在实现区域覆盖后向国内行业客户提供B2B卫星通信服务，待设备生产规模、营业额、现金流、成本控制等各方面达到一定程度之后，再向个人用户提供卫星网络服务。来源：艾瑞咨询研究院自主研究并绘制。企业全球化发展的过程中，可与本地电信运营商合作，由本地运营商直接向用户提供服务，选择该策略的原因包括：1.借助本地电信运营商的资源，获得当地运营落地许可相对容易；2.借助本地电信运营商积累的用户资源，打开市场相对容易。广电或成为卫星通信企业选择合作的电信运营商。3行业背景1行业现状2企业案例分析3企业发展破局之道44©2019.6iResearchInc.商业航天概念下的卫星通信卫星体量差异•静止通信卫星往往重量达到1吨，低轨移动通信卫星质量属于小卫星（百公斤左右）轨道高度差距•静止通信卫星轨道位于距离地球35786公里的地球同步轨道，而低轨移动通信该卫星位于距离地球表面100-2000公里的轨道平面上。经济性差异•两者之间的制造成本及研发成本天差地别，另外由于卫星重量不同带来的发射费用差异巨大，低轨星座对于发展前中期的公司发展较为适合。格局：低轨通信星座与高轨高通量卫星并存卫星通信发展距今已达60年。随着商业航天概念的兴起，众多国际互联网巨头纷纷涉足商业航天领域。商业航天赋予卫星通信新的概念与含义。传统的卫星通信往往采用位于地球同步轨道的大型通信卫星，而商业航天概念下的卫星通信格局则是在大型通信卫星基础上增加了低轨移动通信星座，形成高轨与低轨共存、单星与星座共存的格局。来源：艾瑞咨询研究院自主研究并绘制。低轨移动通信星座与静止通信卫星区别驱动因素不同•商业航天企业追求市场和盈利而非追求技术的先进程度。参与主体不同•商业航天企业的参与主体较多拥有民营资本和互联网企业背景。开放程度不同•商业航天企业在发展过程中往往要参考当前的主流技术的发展方向并与之结合（物联网、人工智能、5G等）。商业航天与传统航天的区别5©2019.6iResearchInc.新时代卫星通信发展背景地面移动通信与卫星通信融合是未来大势所趋第五代移动通信技术即将商用，在传输速率和降低延时方面达到了新的高度，同时进一步降低每比特的成本，使得地面移动通信于人口稠密地区在各方面几乎完胜卫星通信。然而地面移动通信难以解决偏远地区覆盖性价比低，部分业务场景难以覆盖的问题。3GPP、ITU在内的标准化组织已成立专门工作组着手研究星地融合的标准化问题，科技部于2018年11月拟将“与5G/6G融合的卫星通信技术研究与原理验证”课题，列入国家重点研发计划“宽带通信和新型网络”重点专项中。这说明星地融合的天地一体化网络将是未来通信系统的一个重要发展方向。来源：艾瑞咨询研究院根据互联网公开资料自主研究并绘制。地面移动通信与卫星通信优劣势对比地面移动通信发展格局5G商用临近，然而由于5G单基站造价高，基站覆盖范围降低（由于使用高频信号），未来相当长的一段时间内，都将是2G、4G、5G、WLAN等多网络制式并存的局面。发展优势局限性传输速率高，4G通信传输速率可以高达100Mbps，5G传输速率可达10Gbps。通信费率低，数据流量费低至1元/G。卫星通信随着商业航天概念的兴起，众多互联网公司与参与到低轨移动星座的建设中。未来高中低轨道卫星共存解决不同应用场景下的需求。覆盖范围广；灵活性高：卫星通信系统的建立不受地理条件限制通信距离与成本无关；灾难容忍性强：在自然灾害如地震、台风发生时仍能提供稳定的通信。GEO卫星传输时延大（500毫秒~800毫秒）；LEO卫星网络切换频繁；频率轨位资源有限，不能无限制地增加卫星数量；太空中的日凌现象和星食现象会中断和影响卫星通信；卫星发射成本高。地表大部分区域如海洋、沙漠无法建立基站；用户稀少或人员难以到达的边远地区建立基站的成本极高；发生自然灾害时(如洪涝、地震、海啸等)地面网络容易被损坏。6©2019.6iResearchInc.卫星互联网和物联网应用简介基于通信卫星提供的服务主要包括三种：大众消费通信（电视直播、音频广播、卫星宽带）、卫星固定通信（转发器租赁协议、网络管理服务）、卫星移动通信（移动语音、移动数据业务）。目前国内外从事卫星通信的商业航天企业主要将业务集中在两个方面——卫星宽带业务与移动数据业务。这些企业正在或计划组建卫星宽带通信卫星星座与窄带通信卫星星座，分别对应着卫星互联网与卫星物联网两个方面的应用。来源：艾瑞咨询研究院根据互联网公开资料整理。卫星互联网与卫星物联网应用简介当前卫星通信主要服务于政企客户•政府专网•应急突发事件救援应用•侦察、采集数据快速回传应用•太空探索、星际通信应用•偏远地区视频授课•偏远地区个人生活娱乐使用卫星互联网卫星物联网•海洋、森林、矿产等资源的监视与管理•森林、山体、河流、海洋等地区灾害的监测、预报•深海、远海的海洋监测管理，海上浮标、海上救生等•交通、物流、输油管道、电网等监控管理•野外环境下珍稀动物跟踪监测•军事的无人机、导弹、舰船、车辆的协同控制7©2019.6iResearchInc.卫星通信产业链卫星通信产业链复杂，产业链上下游发展不平衡卫星及其应用产业链较为复杂，总体分为四个环节：1.电器元件材料等卫星火箭配套厂商；2.卫星研制商、发射服务提供商以及地面设备制造商；3.卫星运营商与卫星应用服务提供商；4.终端用户（政府、企事业单位、个人）。与国外相比，我国卫星产业在卫星研制和发射领域，企业实力突出、竞争力强；而在电子元器件、终端类产品、应用系统和运营服务等领域，目前我国企业规模较小，整体实力偏弱，尤其是芯片、板卡、天线、算法、软件、接收器和终端技术水平与国外顶尖水平差距明显。自2015年起，随着资本的注入，大批民营初创航天企业进驻到产业链各个环节中。来源：艾瑞咨询研究院。卫星通信产业链结构卫星配套设备火箭配套设备卫星总体制造火箭总体制造提供发射服务空间段运营卫星测控地面段运营地面设备制造经销商政府/行业客户个人客户系统集成网络设备消费设备软件系统网络接入消费设备卫星入轨卫星在轨运行数据转发器容量运载火箭通信卫星8©2019.6iResearchInc.卫星通信产业链图谱注释：卫星平台/载荷仅自用的企业没有列于卫星总体制造一栏。来源：艾瑞咨询研究院自主绘制。火箭总体制造火箭配套厂商卫星总体制造卫星配套厂商卫星测控地面设备制造卫星通信运营及服务卫星通信服务提供商9©2019.6iResearchInc.卫星通信实现原理利用卫星转发器作为中继反射或转发无线电信号的通信方式卫星通信系统是以人造通信卫星作为核心设施的通信系统，属于空间基础设施。卫星通信系统主要包括空间轨道中运行的通信卫星，以及对卫星进行跟踪、遥测及指令的地面测控和监测系统。卫星地面段以用户主站为主体，包括用户终端、用户终端与用户主站连接的“陆地链路”以及用户主站与“陆地链路”相匹配的接口。利用卫星通信系统进行通信时，在发射地球站，用户发出的基带信号经过卫星通信设备处理后变为射频信号（使用上行频率）后发送到卫星。卫星作为空中的一个中继站，由卫星转发器对卫星天线接收到的射频信号进行低噪声放大、变频、功率放大后通过卫星天线发射到地面。在接收地球站，卫星发出的射频信号（使用下行频率）被接收，并经过处理后变为基带信号。来源：艾瑞咨询研究院根据互联网公开资料整理。卫星通信系统示意图信源编码信道编码调制上变频功放低噪放下变频解调信达编码信源编码基带信号中频射频基带信号射频中频发射地球站接收地球站10©2019.6iResearchInc.组网方式网状网络传输延时低，但建设成本高，使用费用高卫星通信的组网方式主要有两种：星形组网，网状组网。如图所示，采用星形组网方式，系统内的小站与主站之间通过卫星建立直接通信链路（小站——卫星——主站），两个用户之间如需实现通信，则必须经过主站转接（小站——卫星主站——卫星——小站）。采用网状网组网方式，两个用户之间可以直接通信而不必经过主站（小站——卫星——小站），传输延时将比星形网络减少一半，但对小站的设备要求高，建设费用高，使用费用高。来源：艾瑞咨询研究院根据互联网公开资料整理。用户链路馈线链路地面光纤地面运控中心地球站信息发送方1.发起入网申请2.传输入网申请3.申请通过，分配资源4.获得入网申请5.传输上行数据6.传输上行数据7.数据交换8.传输下行数据9.获得回传数据互联网/PSTN信息接收方星形组网方式地面运控中心信息发送方1.发起入网申请2.传输入网申请3.申请通过，分配资源4.获得入网申请5.传输上行数据5.获得回传数据信息接收方网状组网方式11©2019.6iResearchInc.的部分主要用于卫星移动通信、卫星无线电测定、卫星测控链路等应用；C和Ku频段主要用于卫星固定业务通信且已近饱和；Ka频段主要用于高通量卫星，但由于Ka波段的波长与雨滴直径相近，雨衰最严重。目前行业内已着手开发Q频段、V频段等更高频段资源。国际电信联盟(ITU)对卫星轨道/频率的分配有规划和登记两种方法。对于非规划的卫星轨道/频率，遵循“先登先占”原则，即先申报、先登记者有优先权。美国推出的多个低轨通信星座计划，已向ITU申报频率和轨位。出于抢占频率轨道的战略高度考量，我国未来将积极鼓励低轨通信星座在ITU登记。来源：艾瑞咨询研究院根据互联网公开资料整理。卫星通信波段划分频段频率范围L1-2GHzS2-4GHzC4-8GHX8-12GHzKu12-18GHzK18-26.5GHzKa26.5-40GHzQ30-50GHzU40-60GHzV50-75GHz卫星通信使用频率逐渐提高原因频率提高•高频率高速率•小波束有利于提高系统功率和频率复用•接收天线更小更便宜•低频率波段饱和•为了满足日益增加的频率轨道资源需求挑战•来自雨衰的挑战•卫星构造更加复杂，造价昂贵，尤其是在高通量卫星及多载荷卫星设计的情况下•传统卫星通信用户不会轻易转型，新用户挖掘和培育需要时间通信频率提高的原因及相应挑战12行业背景1行业现状2企业案例分析3企业发展破局之道413©2019.6iResearchInc.全球卫星宽带及卫星移动服务收入全球卫星宽带及卫星移动服务收入稳定增长，但总量很低卫星服务业包括卫星电视直播、卫星音频广播、卫星宽带、转发器租赁、管理网络服务、卫星移动通信业务及对地观测业务。根据美国卫星工业协会（SIA）的数据，全球卫星宽带收入从2009年的10亿美元上涨至2018年的24亿美元