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几千上万颗卫星上天，绕着地球滴溜溜转，把信号覆盖到地球任何任何一个角落，不管在何处你都可以通过它们连接上互联网。上网的质量还一点都不差，速度和延迟甚至比普通有线网络更好。让你在地球上真正随时随地都能连接上互联网。
这是马斯克的星链计划。
上天这件小事，已经成了马斯克的家常便饭。随着一颗颗卫星送上天空，卫星互联网的概念也一点点被熟知。
不仅马斯克忙着建卫星互联网，中国的卫星互联网建设也如火如荼——除了已经实施的虹云工程、鸿雁星座计划，今年 5 月 22 日的两会上，雷军也提案建议加快发展卫星互联网，降低民营企业进入卫星互联网的门槛，此前卫星互联网还被纳入“新基建”范畴，获得国家层面支持。
进入2020 年，乘着新基建概念的东风，卫星互联网突然成了当红炸子鸡。
近日，华创证券发布了《卫星互联网行业深度报告，新基建下产业链机遇几何》的研究报告（以下简称《报告》）。
《报告》指出：2025 年前，全球卫星互联网产值可达 5600 亿- 8500 亿美元。未来，卫星互联网不仅有望成为 5G 乃至 6G 时代实现全球网络覆盖的重要解决方案，也将是航天、通信、互联网等产业融合发展的重要趋势和战略制高点。
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文档来源：华创证券
卫星互联网的发展探索始于 20 世纪 80 年代末期，至今经过了三阶段的迭代升级。
从服务内容上看，卫星互联网由传统中低速话音、数据、窄带物联网服务为主的星座系统，迭代成为可提供高速率、低延时、容纳海量互联网数据服务的宽带星座系统；
从市场定位上看，由最初与地面通信系统的竞争替代，逐步转变为相互补充、竞合协同关系； 从技术上看，高通量趋势下，新一代卫星互联网采用 Ku、Ka、V 等较高频段，且平台技术逐步成熟，通过定制化、 规模化、集成化的生产方式显著降低卫星制造成本；
从建设主体上看，前二代卫星互联网主要参与者为摩托罗拉等电信企业，在新一代卫星互联网的建设中，SpaceX、OneWeb 等高科技企业纷纷入局，电信运营商也由竞争对手转变成为产业链中的重要合作伙伴。
1、第一代卫星系统（C、L、S 频段）以话音及物联网服务为主，定位为全面替代地面通信系统：
20 世纪 80 年代末期为低轨卫星互联网的初探阶段。典型代表为美国摩托罗拉公司提出的“铱星”系统、美国劳拉及高通公司联合提倡的“全球星”系统、轨道通信公司提出的“轨道通信”系统。
“铱星”于 1996 年开始试验发射，由 6 条 轨道、66 颗卫星组成，可提供终端移动通话、寻呼等功能，其核心突破在于：
①基于星间链路组网，具备星上处理能力，可不依赖关口站实现端到端通信；
②是第一个采用 LEO 近地轨道的星座，缩短用户链路降低时延；
③采用 了多波束技术，大大提升了信道容量。“铱星”系统是相当完备且成功的组网雏形。
2、第二代卫星系统（C、L、S、Ka 频段）升级带宽、拓展综合服务，扭转市场定位，与地面通信系统平行共存：
2010 年前后，上一代三大星座纷纷推出第二代计划，且在卫星数量、单星质量、功率等方面进行了优化提升。第二代“铱星”系统升级话音及数据业务，带宽从原有 2.4kbps 提升到 1.5Mbps，通过 Ka 频段提供高速数据服务，便携式终端可达到 10Mbps，运输式终端可达到 30Mbps1，已于 2019 年完成部署；第二代“全球星”开辟更多业务场景，推出基于卫星的 Wi-Fi 服务（Sat-Fi），并与 ADS-B 技术公司合作提供 ADS-B 监视及通信服务等；第二代“轨道通信” 系统专注于货物监控及物联网领域，配备 AIS 自动识别系统，应用领域包括搜救、反海盗、环境监测等。
3、新一代卫星系统（Ku、Ka、V 频段）采用宽带/高通量卫星，提供高速率、低延时的互联网服务，与地面通信系 统互补：
2015 年前后，新一代卫星互联网技术向小型化、大容量的趋势演进，低轨的宽带/高通量卫星迎来发展热潮。代表星 座有太空探索公司（SpaceX）的 StarLink 星座计划、一网公司 OneWeb 星座计划、加拿大电信卫星公司 Telstar 计划 等。
新一代卫星互联 网星座发射及生产成本更低，组网规模宏大，可为全球提供高速率、低延时的卫星互联网接入服务，在应急、灾备、 海洋作业、机/船载 Wi-Fi、偏远地带带宽覆盖等应用上持续突破，并在内容投递、宽带接入、基站中继、移动平台通信等方面和 5G 融合取得实质性进展。
新一代卫星互联网已具有明确定义，即由数百甚至上千/万颗运行在低地球轨道（LEO）的小型卫星构成，能够提供宽带互联网接入服务的通信卫星星座。
新一代卫星互联网相比于地面通信系统，其优势在于：
①覆盖范围广：目前，地面网络只覆盖陆地面积的 20%、地球表面的 5%，卫星互联网容量大、不受地域影响，可实现全球无缝覆盖，解决偏远地区、海上、空中用户的互联网服务需求；
②建设成本低：相比于地面 5G 基础设施及海洋光纤光缆建设，卫星互联网组网成本更低，且随着研制集成化、标准化、平台化技术的持续推进，未来卫星制造及发射成本将持续下降；
③时延媲美 5G：5G 典型端到端时延为 5-10ms 左右，低轨卫星距离地表较近，按最高 3000km 高度计算，时延约 20ms，相比传统高轨卫星的时延有显著降低；
④高带宽：高通量技术的成熟提升单星容量，降低单位带宽成本，打开下游应用蓝海。
卫星通信系统由空间段、地面段、用户段三部分组成。一条完整的通信链路包括地面系统、上行和下行链路以及通信卫星。
空间段：即由若干通信卫星形成的卫星星座。通信卫星载有基于特定频段的有效载荷，在系统中的作用为无线电信号的转发站。有效载荷中的天线分系统负责接受上行信号，经过转发器分系统对信号的放大-变频-放大后，转换成下行信号，再通过天线分系统传送再至地面。一般一个卫星带有多个转发器，每个转发器可以同时接收/转发多个地面站信号。在固定的功率及带宽下，转发器数量与单星容量成正比。
地面段：用于完成卫星网络与地面网络的连接。包括关口站、地面卫星控制中心、遥测和指令站等，同时也包含主站与“陆地链路”相匹配的接口，可实现卫星与地面、终端与终端之间的互联互通，以及对卫星网络管理控制功能。
用户段：包括各类用户终端设备。如车载、机载、船载终端，以及手持终端等便携移动终端。
卫星组网有星形组网及网状组网两种形式，星形组网拥有星间链路，可实现用户侧与馈电侧的解耦，在没有对应关口站的情况下，将转发与处理的环节通过具备星上交换技术的卫星来实现。
通信卫星的常用轨道主要包括：地球静止轨道（GEO）、近地轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）、SSO（太阳同 步轨道）和倾斜地球同步轨道（IGSO）等。
其中，地球静止轨道相对地球静止，轨道呈圆形，覆盖面积大，3 颗 GEO 通信卫星即可覆盖除两极地区之外的 90%的面积，但可用位置相对稀缺；倾斜地球同步轨道（IGSO）的倾角不为 0， 增加了天线仰角，故在高纬度地区的覆盖更有优势；近地轨道（LEO）轨道高度小于 2000km，可以通过几十到上百 颗卫星组网实现全天时全球无缝覆盖。
高轨卫星的优势在于覆盖范围广、系统容量效率高，且对应关口站更为简单；低轨卫星的优势在于链路损耗小，时延短，可实现全球范围“补盲”。
高低轨卫星联合组网，单星与星座互补是未来发展的趋势。
高轨卫星与低轨卫星各有优势，在能力上相互补充，且低轨卫星组网周期长、频率及轨位紧张、需要的关口站更多，GEO+LEO 复合型轨道可形成更灵活的覆盖方案，根据服务需求和覆盖区域内的业务量在不同类型轨道卫星之间动态分配业务，提高网络全时全域的连通性。同时，高低轨卫星联合组网的方式有助于优化部署规模，高效建立起具备全球无缝覆盖及服务能力的卫星互联网星座。
1、卫星互联网补足 5G 低密度用户接入场景，与 5G 优势互补。
对于城市用户而言，5G 通信低资费、大带宽、小体积终端的优势仍然十分明显，卫星互联网并不存在替代空间，对于部分对时延敏感度较高的行业优势并不明显。
但针对偏远地区的用户、飞机/船舶上的乘客、野外科考队员，或对于开矿、油气/天然气开采、货运交通跟踪、环境监测等场景而言，卫星互联网的全球覆盖的能力及成本优势不容小觑。低轨卫星通信面向特定区域、用户群的应用市场前景广阔，尤其在 5G 时代仍然存在数字鸿沟，卫星互联网是能够提供全面覆盖服务的低成本工具。
2、低轨卫星互联网可借鉴地面 5G 系统的技术体制，复用/兼容地面 5G 技术标准。
5G 已正式进入商用，技术成熟度高， 低轨卫星系统可复用 5G 标准的技术和特征。在体系架构上，卫星互联网可被视为 5G 接入网的一种，可与地面共用核心网，在星上通过部署信号处理、链路层、网络层交换路由等功能模块实现空口协议处理及路由转发。同时，卫星互联网的地面设备可以继承目前 5G 基站基带处理及相关终端芯片的成果，缩短研发周期，降低研发成本。
3、6G 将实现地面移动与卫星移动通信标准制式、终端、网络架构等多方融合。
中国信息通信科技集 团副总经理陈山枝曾表明，6G 将建立空、天、地、海泛在的移动通信网络。未来，6G 将实现标准制式、终端、网络架构、平台、频率、资源管理六个方面的融合，一种通信体制同时包括地面移动通信及卫星移动通信，同时，用 户终端采用统一标识介入，采用统一的网络体系架构及平台结构，并实现频率资源的共享共用。
1、在传统卫星通信中，较常用的频段为 C（4-8GHz）及 Ku（12-18GHz）频段。
C 频段是最先在商业通信卫星中被使 用的频段，频率及增益都较低，对应天线的口径更大，传播条件相对稳定，几乎不会受到雨衰的影响，主要用于卫星固定通信、电视广播等业务；
Ku 频段频率较高、对应天线口径更小，天线增益也较高，用于卫星固定通信及卫星 直播等业务，尤其可以在动中通、静中通等场景中发挥优势。
Ka 频段可用频带带宽更大，是实现多种新业务的重要频段。更高的频率对应更高的可用带宽及更大卫星的容量， Ka 频段范围为 26.5-40GHz，最重要的特点为频段较宽，其可用带宽高达 3500MHz。Ka 频段是当前高通量卫星首选 的频段，且在相同天线尺寸下，与 Ku 频段相比可以获得更好的指向性及增益，在高速卫星通信、卫星新闻采集、 个人卫星通信等新兴业务有明显优势。但 Ka 频段的波长与雨滴直径接近，雨衰很大。
2、宽带需求资源水涨船高，Ka 频段日益拥挤，更高频率的 Q/V 频段成为新方向。
L、S 频段主要用于卫星移动通信， C、Ku 频段主要用于卫星固定业务通信，高通量通信卫星工作多集中于 Ka 频段。目前，在轨静止轨道（GSO）C 频段卫星数量日渐饱和，Ku、Ka 频段卫星也较拥挤，有向 Q、V 等更高频段发展的趋势。Q/V 频段卫星波数小、点对点连接性能更优，且能够提供更广泛的用户链路带宽资源，在新一代低轨卫星互联网组网计划中，三星、波音均计划采用 V 频段。
3、轨道与频段资源的稀缺性日益凸显，是各国跑马圈地的战场。
美国、加拿大、俄罗斯、日本等国纷纷制定产业利好政策，加快低轨卫星互联网部署计划，争取先发优势。据统计，目前全球至少有 16 家公司对外公布了覆盖全球低轨星座计划，其中，中国 5 家、美国 5 家、俄罗斯 1 家、英国 1 家、加拿大 1 家、韩国 1 家、卢森堡 1 家、印度 1 家。
1、平台技术稳固，模块化、批量化能力降低成本，缩短研制周期。
在卫星研制领域，我国经过“东方红二号”到“东方红 五号”的研发经验积累及迭代，具备成熟稳固的平台技术，国内军民卫星可保障 100%自主研制。同时，世界各国卫星制造商相继提出系列化卫星平台，采用“搭积木”式的模块化设计，可实现工装配置系统重复使用、平台内及平台间各结构模块互通互用。同时，低轨卫星尺寸较小，可以进行批量生产，从而有效降低平台研制成本，缩短生产周期，降低产业门槛。
2、软件定义技术突破传统软硬绑定限制，实现卫星灵活在轨迭代。
传统卫星的研制方式多为定制化，不同型号卫星的硬件难以适配、不能相互更换，且卫星寿命一般在 15 年左右，在此期间难以进行技术更新。软件定义卫星采用开放系统架构，有效提升系统对载荷的适配，实现软硬件解耦，软件无需绑定硬件可独立升级演化，且可实现软件按需加载、系统功能按需重构。
3、星上处理、频率复用提升卫星系统性能，星间链路实现全球组网。
星上大型可展开天线及多波束技术可有效增强信号功率以保证移动客户端通信质量，频率复用技术增强系统容量，提升了通信系统的性能。同时，基于毫米波、太赫兹及光通信的星间链路技术也逐渐成熟。近期成功组网的北斗三号系统就采用星间链路设计，基于星间链路技术， 卫星信号可直接在星间进行遥测参数的交互通信。星间链路设计解决了我国在全球范围设立关口站的困难，也是我国实现全球组网的重要突破。
1、OneWeb 星座计划：
曾经是最被业界与资方看好的星座计划之一。
OneWeb 公司成立于 2012 年，计划总共发射 2648 颗卫星，分别 在第一阶段、第二阶段、第三阶段发射 648 颗、720 颗、1280 颗，其工作频段分别为 Ku/Ka，V，V。在 OneWeb 计划的第一阶段与第二阶段中，卫星的运行轨道处于距地 1200km 的 LEO 轨道中，第三阶段计划发射卫星至更高的 MEO 轨道中。OneWeb 星座的卫星单星容量可达 8Gbit/s 以上，总容量 5.4Tbit/s，每个卫星配备了 2 副 Ku 频段、2 副 Ka 频段的关口站天线以及 2 副全向测控天线，时延控制在 20~30ms。OneWeb 星座中的卫星并无星间链路。
2、StarLink 星座计划：
不同于其他星座计划， SpaceX 公司的 StarLink 星座计划集合技术研发、生产制造、卫星发射与互联网搭建运营于一体，卫星生产发射成本屡创新低、技术不断革新，以扁平化设计提升量产、装载、发射的效率，并采用先进可靠的离子推进器进 一步降低成本，小卫星在寿命到期时还可自行拆解，实现 100% 环保，降低回收成本。
StarLink 计划分三个阶段发射总计 1.2 万颗卫星，实现全球范围的宽带覆盖及服务。
以“猎鹰”9 火箭一箭 60 星的发射规模计算，我们预计 2020 年共发射 1440 颗卫星。若保持此发射节奏， 2024 年 StarLink 可完成超 7000 颗的卫星组网。同时，随着发射成本及制造成本的持续降低，发射进度节奏有 望加快，在 2027 年顺利实现全面组网。
3、卫星互联网布局脚步加快，众多资本势力纷纷加入角逐。
如今卫星互联网产业的布局脚步已大大加快，现有企业的技术突破与新竞争对手的不断涌入，推动卫星互联网产业链上中下游的不断进步，目前业界与资方对互联网卫星的前景一致看好，一旦卫星互联网星座计划实现全球组网并 实现全面运营，用户规模与市场将十分庞大。
4、卫星互联网上升为国家的战略工程，国家力量自上而下加快组网进程
2014 年起，国务院、国家航天局、发改委等密集出台利好政策扶持卫星互联网行业，政策全面覆盖卫星制造、卫星发射、卫星地面设备、卫星通信等，积极促进国内商业航天发展，为卫星互联网行业发展提出明确方向。2020 年 4 月 20 日，国家发改委首次明确“新基建”范围，卫星互联网与 5G、物联网、工业互联网一并纳入通信网络基础设施，低轨卫星互联网进入高速发展阶段。
我国加快部署星座计划，预计发射约 3100 颗卫星。
卫星互联网产业链主要包括卫星制造、火箭发射、地面设备及卫星运营四大环节。
1、卫星互联网价值分布呈现金字塔结构，各环节将根据组网节奏自上而下受益。
SIA 发布的《2019 State of the Satellite Industry》显示，卫星产业链中卫星制造、卫星发射、地面设备和卫星运营占总市场规模的比例分别为 7%、2%、45% 和 46%。
卫星制造及火箭发射处于产业链的上游，国内外的成熟企业均较少，但技术壁垒较高，掌握核心技术并已经获得市场空间的企业具有先发优势。火箭发射环节壁垒同样较高，目前主要由“国家队”引导，随着“一箭多星”技术成熟， 火箭发射成本有望持续优化，推动高密度组网降本增效。
地面设备及卫星运营属于中下游环节，收入体量及利润空间大，弹性充足。参考我国北斗系统的发展历程，随北斗系统的成功组网，应用市场成长迅速，产值占比不断攀升, 从 2015 年的 25%升至 2019 年的 44.23%。随着产业链技术及组网的成熟，下游应用逐步爆发，卫星互联网中游地面设备及下游卫星运营的市场也将随之打开，迎来新机遇。
2、卫星制造环节：技术壁垒最高，组网前期优先受益卫星发射增量需求
我国通信卫星的主要包括卫星平台和有效载荷两部分：卫星平台具有通用性，其目的是为有效载荷的正常工作提供支持保障，具体包括结构分系统、热控分系统、姿态与轨道分系统、推进分系统、测控分系统及数据管理分系统； 卫星载荷根据卫星种类及功能不同存在差异，通信卫星的有效载荷一般由天线分系统及转发器分系统构成。对于跟踪与数据中继卫星，有效载荷还包括捕获跟踪分系统，主要要用控制星间链路天线的指向，建立地面站与用户之间的通信链路。
3、火箭发射环节：运载及发射能力位居世界前列，技术成熟推动成本降低
2019 年，SpaceX 成功完成第五次猎鹰 9 号火箭发射任务，将 60 颗互联网卫星送入 LEO 轨道，运载总重 18.5 吨， 60 颗卫星单星 227kg，是 SpaceX 发射过最重的载荷，单颗发射成本低至 50 万美元。SpaceX 的下一代重型运载火箭 Starships（星舰）每次能够将 400 颗 StarLink 卫星送至相应轨道，可以使成本降低 5 倍。相比之下，我国 2015 年发射成功的长征六号火箭已可实现“一箭 20 星”，分离控制精确精准、可靠，验证了多星安装、分离释放以及入轨控制等核心技术。
4、地面设备环节：民营参与者数量可观，利润占比不断提升
地面站是地面与太空的“桥梁”，可以按照站址是否固 定、G/T 值大小、信号特征以及业务类型进行分类。
①根据站址是否固定，可以将地面站分为固定站、移动站（动中通车载站、船载站、机载站）及可拆卸站（静中通车载站便携站、背负站）；
②根据地面站品质因数 G/T（天线 增益/噪声温度），可分为大型站（国际通信）、中型站（大城市、大企业）及小型站（小企业及个人）
③根据业务性质，地面站可以分为用来遥测卫星参数和控制卫星姿态的遥测跟踪站、用来进行通信业务传输的通信业务站、用 来监视转发器及地面站通信系统的通信参数测量站。
地面站天线是地面站最重要的组成部分，价值占比也较高。地面站通常由信道终端分系统、大功率发射分系统、高灵敏度接收分系统、天线馈电分系统、伺服跟踪分系统、电源分系统以及监控分系统等部分。地面站的天线的直径 一般是 1 米、5 米、10 米、30 米等，口径越大，接收信号质量越高。移动站主要由集成式天线、调制解调器和其它设备构成。
地面设备领域面向 C 端用户，需求弹性大，是建设进入规模放量阶段时的价值环节。地面设备领域的投资环节主要包括地面站、天线、移动终端等产品研制及系统软件集成。该环节体量大，民营企业的参与者较多，技术成熟，企业分布相对分散。典型企业包括华力创通、海格通信、海能达等。
1、物联网
低轨卫星星座的物联网覆盖范围广，受天气和地理条件影响小，具有较强的抗毁性。农业管理、工程建筑、 海上运输和能源行业等将成为卫星物联网重要的应用方向。
2、海洋作业与科学考察
低轨卫星互联网的无缝隙覆盖优势解决了传统高轨卫星的两极盲区以及海上无法建设基站等问题，能够实现船只、人员跟踪导航，为极地科学考察人员、海上作业人员等提供基于卫星的宽带连接，稳定的网络连接能够帮助作业人员或科考人员及时回传考察数据，保持与外界的通信，提升科学考察的高效性与安全性。
3、政府与军事应用
政府和军事领域是低轨卫星互联网发展中重要的市场之一。美国航天发展局（SDA）提出，以大规模低轨卫星为军事太空能力体系的基础，搭载遥感载荷，全天候监控边界地区或作战目标，提升敌意研判和提前干预能力；搭载导弹预警载荷，通过多星协作、在轨处理识别导弹威胁，并对目标进行告警、跟踪，提升导弹类武器防御能力。同时，基于战事发生地的基站覆盖情况，低轨卫星服务在军用无人机、无人车等军队交通工具联网驾驶、导航定位中将起到重要作用。
4、船载/机载 Wi-Fi
通信卫星技术的应用使得乘客可以在飞行旅程中不再受制于地面基站等设施的局限而自由连接无 线网络。目前国外已有一些航空公司提供航空 Wi-Fi 服务，国内目前也有航空公司正在启动航空 Wi-Fi 的服务，市场规模十分可观，是卫星通信商业化的重要途径之一。
5、生态环境监测与应急通信智慧
低轨卫星互联网的接入能够提高生态环境保护数据和自然灾害预警的回传速度，实时监控并高速稳定地反馈信息，提高防护工作效率。
6、车联网
低轨卫星通信技术可通过汽车后市场，对汽车加装卫星通信终端，在车辆行驶范围地面移动网络不可用时，提供通信与导航服务。在汽车行驶过程中，由北斗卫星提供高精度定位，地面 5G 基站与通信卫星配合提供不间断网络通信，确保汽车在自动驾驶行进过程中的高度联网与准确控制，在救护车无地面信号且需要应答人道主义援助及医疗帮助时，提供互联网通信和语音服务。
一个客观现实是：如今有能力抢占近地卫星轨道实现“圈天”的，可能只有中美两国。
美国依然跑得最快，占据先发优势。不仅在航天技术方面领先世界，航天市场化历史也更长，开放程度、规则和立法的公平程度以及准入退出机制都比较健全。
所有竞赛选手中，美方主力是SpaceX，后者能有今天绝非偶然，在十余年的发展过程中，美国在民营航天领域的政策、资金和技术等支持也缺一不可。
但中国民营航天开放时间较晚，与 2002 年成立的 SpaceX 相比，国内的民营航天公司大多成立于2 015年后，晚了十余年；技术差距自不待言——在SpaceX和OneWeb面前，中国的民营卫星公司“除了不缺钱，什么都不如美国”。很多从业者从不讳言自己目前“只是 SpaceX 的模仿者和追随者，商业模式也是模仿美国”。
虽然中国民营卫星的开放时间和技术都与美国有较大差距，但环视世界，真正有潜力追赶美国的，依然只有中国。因此，目前近地轨道 8 万～9 万颗卫星的容量中，美国已经规划到要发5万颗卫星，留给中国的只能是剩下的 3 万到 4 万颗的空间。
此外，用于承载低轨卫星的近地轨道资源有限，随着越来越多的近地卫星上天，轨道和频谱是稀缺的空天资源，中美在该领域的争夺将越来越激烈。如果技术进展不够快，造出卫星不够多，发射不够快，则必然落败。
一场圈天竞赛已经悄然开始了。
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