卫星互联网深度报告:天似穹庐笼盖四野.docx
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1、卫星互联网深度报告:天似穹庐,笼盖四导语经过与产业的沟通,我们认为卫星互联网后续组网及 基础设施建设、运营等环节可能蕴含有价值的投资机 会。当前尚处卫星互联网领域发展的早期阶段,行业 推进的重要性和必要性已逐步得到印证,我们的观点 是短期的驱动可能更多还是出于大国发展与安全的 考量,中长期发展的核心动能还是在于后续通信技术 的迭代和民用的演绎普及。当前节点更建议把握卫星 生产制造环节的相关标的,同时建议关注后续卫星互 联网组网进程核心要点通信技术迭代见证社会生活深刻变迁,6G接棒助力“万物智联”移动通信技术历经五代发展,引领社会生活发生深刻 变革,当前已经进入到5G-A阶段,正在向6G演进。
2、6G性能较5G全方位提升,覆盖范围进一步扩展。全 球国际组织已纷纷启动6G相关研究工作,预计2023 化预计于2025年后启动。面向2028-2029年ITU 6G 标准评估窗口,3GPP预计需要在2024-2025年(即 R19窗口)正式启动6G标准需求、结构与空口技术 的可行性研究工作,并最快在2026-2027年(即R20 窗口)完成6G空口标准技术规范制定工作。此前3GPP 在2020-2023年完成R17与R18的5G演进标准制定, 同时将于2023年开启对6G的研究,于2025年下半 年开始对6G的标准化展开工作(完成6G标准的时间 节点在2028年上半年),2028年下半年将会有
3、6G设 备产品问世。2022年3月,全球5G标准的第三个版 本3GPPRelease 17功能冻结。从3GPPR18开始,将 进入到5G增强技术(5G-Advanced)的演进周期,为 6G技术做准备。图4: 5G&6G发展时间表资料来源:6G总体愿景与潜在关键技术白皮书, 民生证券研究院二:工主要经济体已开始明确6G研发目标计划。 2020年4-6月,日本相继发布全球首个以6G作为国 家发展目标的6G综合战略计划纲要和路线图,提出 2025年要实现6G关键技术突破,2030年应用6G。 2020年8月,韩国发布引领6G时代的未来移动通 信研发战略,重点布局了 6G国际标准,强化产业 生态系统
4、建设,旨在确保5G之后韩国成为全球首个 6G商用国家,并明确了五个试点领域:数字医疗、沉 浸式内容、自动驾驶汽车、智慧城市和智慧工厂。欧 盟委员会2020年发布报告全面工业战略的基础, 明确提出要大量投资6G技术。表 2: 2 二一一,二资料来源:中国工信产业网、网络通信频道、中国经 济网、参考网、CNMO手机中国、新浪财经头条、搜 狐、腾讯网、民生证券研究院整理中国IMT-2030 (6G)推进组的6G业务、愿景与使能 技术的研究和验证将与ITU-R的6G标准工作计划保 持同步。据IMT预计2023-2027年中国也将完成6G 系统与频谱的研究、测试和系统试验。表3:中国6G相关政策表述资料
5、来源:信息通信技术与政策,民生证券研究院02空天地海一体化势在必行, 卫星互联网星辰大海2卫星互联网:6G网络架构新增核心环节 6G网络架构相较于此前技术体系,最深刻的变革之 一在于从传统的地面接入向空天地海全方位多维度 接入的转变。6G所具有的网络架构具有支持多种异构 网络智能互联融合的能力以动态满足复杂多样的场 景和业务需求,整体网络架构需要支持天基、空基、 地基多种接入方式,固定、移动、卫星多种连接类型, 个人、家庭、行业多种服务类型,并实现网络侧的多 接入、多连接、多服务融合。图5: 6G网络框架资料来源:IMT-2030 (6G)推进组6G网络架构愿 景与关键技术展望白皮书,民生证券
6、研究院卫星互联网即利用人造地球卫星作为中继站转发或 发射无线电信号,从而实现两个或多个地球站之间的 通信联结。卫星互联网通过一定数量的卫星形成规模 组网,从而辐射全球,构建具备实时信息处理的大卫 星系统,是一种能够完成向地面和空中终端提供宽带 互联网接入等通信服务的新型网络。卫星互联网是继 有线互联、无线互联之后的第三代互联网基础设施革 命。图6:卫星互联网架构图资料来源:华力创通,民生证券研究院 卫星通信优势主要体现在低时延、低成本、广覆盖、 宽带化。目前主流通信手段是依托中继站进行信息传 输,对地面基站数量要求较高,需考虑地形、用户密 度等因素,5G时代下中继站覆盖区域小于4G,铺设 密度
7、要求更高;光纤通信方式,光纤本身成本低,但 是光纤铺设及维护成本较高,对铺设环境要求较高。卫星通信脱离地面,受地形、移动速度、自然灾害等 问题影响较小,虽然因远距离传输信号衰减较大,但 优势体现在能够实现最大18100km通信距离、覆盖范 围大、系统维护费用较低、容灾性较高等方面。表4:卫星互联网的特点资料来源:前瞻产业研究院,民生证券研究院整理“新基建”将卫星互联网建设定义为算力技术设施中 核心环节之一。2020年4月,卫星互联网被国家发改 委划定为“新基建”信息基础设施之一,卫星互联网与 5G、物联网、工业互联网一并列为新基建中的通信网 络基础设施。在卫星互联网空间段原材料双边市场建 设、
8、卫星互联网地面段通信网络间融合运营、卫星互 联网用户段“通导遥”数据共享等方面,进一步激发各 类信息网络“新基建”之间的协同集群作用,将有助于 形成行业合力,共同推动卫星互联网高质量发展。这 标志着2020年成为我国卫星互联网建设元年,并预 计其将成为贯穿“十四五”的重要投资阵地。图7: “新基建”中信息基础设施资料来源:人民网,民生证券研究院国家多部委提出明确指引,多政策出台扶持卫星互联网产业发展。其监管 单位为工信部,同时受到国防科技部门、财政部、发改委等部门监督。2016 年以来国家相关部门出台多项关于卫星互联网的支持政策,顶层设计上, “十三五”国家战略性新兴产业发展规划提出加快空间互
9、联网的部署; “十四五”信息通信行业发展规划提出推动高轨卫星和中低轨卫星协调 发展,推进卫星通信系统与地面信息通信系统深度融合,初步形成覆盖全 球、天地一体的信息网络;各省市层面,多项扶持商业航天行业发展的规 划陆续发布。这些政策推动卫星互联网规模化应用及商业化服务,行业有 望实现跨越式发展。表5:卫星互联网相关表述资料来源:中商产业研究院,民生证券研究院2.2 大国发展与安全之基,空天地海全域覆盖势在必当前我国基于卫星互联网着力打造空天地海一体化 通信体系。空天地海一体化网络是以地面网络为基础,以空间网 络为延伸,覆盖太空、天空、陆地、海洋等自然空间, 为天基(卫星通信网络)、空基(飞机、热
10、气球、无 人机等通信网络)、陆基(地面蜂窝网络)、海基(海 洋水下无线通信及近海沿岸无线网络)等各类用户的 活动提供信息保障的基础设施,目标是扩展通信的覆 盖广度和深度,即在传统蜂窝网网络的基础上分别与 卫星通信和深海远洋通信(水下通信)深度融合。图8:空天地海一体化网络资料来源:民生证券研究院整理 卫星互联网可作为地面基站与光纤光缆的有效补充, 覆盖传统通信所难以触及的地域和场景。2.2.1 地面通信高质量补充,有望解决“覆盖率+传输速 率”痛点 卫星互联网可作为地面基站与光纤光缆的有效补充, 覆盖传统通信所难以触及的地域和场景。当前通信方式多依赖基站与光纤光缆,但覆盖区域存 在盲点痛点仍存
11、。根据 钺昌科技招股说明书援引 Internet World Stats的统计数据,截至2020年12月31 日,全球互联网人数覆盖率仅64.2%,其中非洲地区 仅43%的人能够使用互联网。从全球地理环境维度来 看,传统地面通信网络在海洋、沙漠、山区等偏远环 境下铺设难度大、运营成本高,大部分地区依然存在 大量盲点区域未被移为通信服务覆盖。通信骨干网络 在人口与互联网渗透率低的地区实现全球互联难度 较大,体现在缺乏基础设施,如能源网络、光纤骨干 网;在人口密度低的地区,运营商投入产出比较低, 难以盈利;受固有特性限制,5G/6G的基站铺设密度 需求远高于传统3G/4G网络,全面铺设成本过高,短
12、 期范围内基本只能保障城市覆盖。图9:接入宽带覆盖地图:很多区域并无实现通信骨 干网覆盖 资料来源:ITU(国际电联基础设施发展和连通性门户 网站),民生证券研究院 通信卫星可以简单分为高轨卫星和低轨卫星,能够做 到各区域/地形无差覆盖。高轨卫星覆盖面广,最少三 颗卫星便可辐射到整个地球,单星设计容量较大,容 量效率非常高,所需关口站少;低轨卫星相对高轨覆 盖能力较弱,但是可以通过星座实现全球覆盖,同时 时延更低、链路损耗更小。高低轨联合组网,进行互 补,优势显著。图10:高低轨卫星组网资料来源:黑马观点,民生证券研究院 卫星互联网减少传输时延,满足低延时敏感应用场景 需求。在长距离传输的情形
13、下,低轨卫星传输跳数相 比地面光纤网络更少,能减少几十毫秒的误差,对于 进行高频量化交易的金融交易所、外汇交易商、投行、 个人等具有极大优势。除此之外,VR/AR、视频会议、 云游戏、云支付等云端业务同样对低时延的卫星通信 具有较高需求。以星链为例,马斯克称Starlink通过 新卫星进行激光数据传输,比光纤快约40%, SpaceX 的互联网服务可以以180832英里/秒的速度传输数 据,真空中的光速是186282英里/秒,Starlink的真空 数据传输速度大约相当于光速的97%O当自然灾害来临时,短暂的网络中断可能酿成较大的 经济损失和人员伤亡,而如果受灾现场通信设备被 毁,通过卫星互联
14、网提供的高速备份链路,形成稳定 的网络环境,可以实现图像、数据、语音的实时传输, 为指挥中心科学决策提供及时、可靠、准确的信息。图11:卫星互联网应用场景资料来源:中国电子学会,民生证券研究院2.2.2 信息化建设是大国发展与安全的必然选择 军工信息化是当代战争的“神经网络”。大力发展信息 化建设逐步成为全球各国军力建设的共识,围绕 C4ISR体系为核心的现代化军事体系是为各国提升军 事信息化水平的关键:集指挥(Command)、控制(Control )、通信(Communication )、计算机 (Computer )以及情报(Intelligence )、监视 (Surveillance
15、)与侦察(Reconnaissance)功能于一 体的高度集成的现代军事信息控制体系平台。其中, 通信系统承担着所有人员、计算机与武器(系统)之 间信息传递的“神经网络”角色,是信息化的底座和基 石。图12:信息化水平成为现代战争成败的关键要素之一资料来源:观研报告网,民生证券研究院 全球C4ISR市场逐年增长,我国也将军工信息化建设 列为重要发展方向。据新思界产业研究中心出具的2021年全球及中国C4ISR系统产业深度研究报告 显示,全球C4ISR系统产业市场规模将从2021年的1480亿美元增长到2026年的2150亿美元,复合年增 长率为7.8%0据WIND数据显示,我国国防支出已 由2
16、011年的0.6万亿元增长至2021年的1.38万亿元, 每年均逐步走高,20112021年CAGR达8.6%;近年来我国国防支出在我国公共财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”规划中也明确指出要将军工信息化建设列为重 点发展对象,我们认为后续伴随我国国防支出继续提 升叠加军工信息化重视程度增强,我国军工信息化支 出有望进一步提升。图13: 2011年至今我国国防支出逐步走高资料来源:wind,民生证券研究院 在军工通信中卫星互联网扮演重要角色。低轨卫星通 信网络在全球通信和互联网接入、5G、物联网、太空 军事能力应用等方面极具潜力,是商业航
17、天技术和主 要大国太空和军事战略博弈的必争之地。以全球军事 强国美国为参考,美国近年来积极参与和布局低轨卫 星通信网络,其背后有明显的军事意图和考量。2019 年底,美国空军1架C-12侦察机使用“星链”数据下行 速度达到610兆/秒,是美军现行通信标准5兆/秒速 度的102倍。一旦高弹性抗毁的巨型低轨卫星通信网 络部署完成,将极大拓展战场实时信息交互和指挥控 制能力,或彻底改变信息化战争模式。除潜藏的较大 的军事价值外,先行者还将掌握对全球信息的上游规 则制定权。根据美国太空发展局(SDA)构想的下一 年年底的世界无线电通信大会将讨论6G频谱需求, 2027年底的WRC将完成6G频谱分配。目
18、前中、美、 日、韩及欧洲多国已陆续制定6G技术发展目标,推 动移动通信技术进一步演绎 空天地海一体化通信建设势在必行,星网引领下组网 进程有望提速 6G网络架构相较于此前技术体系,最深刻的变革之 一在于从传统的地面接入向空天地海全方位多维度 接入的转变。卫星互联网的发展将是太空、天空、地 面、水面(水下)通信的有机联结。民用层面卫星互 联网的发展可以最大限度的实现低成本的全域网络 覆盖,节省非人口密集区域光纤光缆的铺设成本,同 时提升长距离信息传输效率;大国发展与安全维度来 看,卫星轨道及频段属稀缺资源,先登先占+先占永 得”原则下抢先布局迫在眉睫。“十三五”期间我国低轨 通信卫星组网相对较为
19、缓慢,但2020年底已集中向ITU 申请12992颗卫星及相关频段,2021年我国成立星网集 团统筹规划卫星互联网领域发展,加速低轨通信卫星 组网进程 民用的星链是先行的探索,军事的赋能是长鸣的警钟 代太空体系架构,巨型低轨通信卫星星座将作为整个 太空信息获取的底层传输层,成为服务于太空信息的 基础网络,将深刻影响未来国家信息安全格局。卫星 互联网时代将给国家信息主权及监管带来严峻挑战, 建立自主可控的低轨卫星通信网络十分必要。图14:美军希望利用卫星群监视高超音速武器资料来源:枢密院十号,民生证券研究院 卫星轨道属稀缺资源,“先登先占+先占永得”原则下 各主要经济体卫星互联网建设进程提速。轨
20、道和频段 是稀缺资源,亦是卫星互联网组网建设的瓶颈环节。地球近地轨道约可容纳6万颗卫星,且当前Ku、Ka 频段逐渐饱和。当前国际卫星频率及轨道使用权采用 “先登先占”竞争方式获取,同时若发射的卫星寿命到 期可重新发射进行补充,造成“先占永得”的局面,如 能抢占先机则能在后续竞争中优势尽显。表6:卫星通信使用无线电频率概况 资料来源:世界科技研究与发展,民生证券研究院 目前美国、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,抢占轨道资源。 由于卫星轨道和频谱资源十分有限,世界各国已充分 意识到近地轨道和频谱资源的战略价值,以及低轨卫 星通信系统的较大的商业价值,近年来悄
21、然开展卫星 发射争夺战。根据目前国外已公布的低轨通信方案 中,卫星轨道高度主要集中在10001500km之间, 频段主要集中在Ka、Ku和V频段。Space X在 2015年推出StarLink计划,计划发射约1.2万颗通 信卫星,频段为Ka、Ku和V,系统将用于为全球个 人用户、商业用户、机构用户、政府和专业用户提供 各种宽带和通讯服务,建成后,星座总容量将达到 8-10Tb/s o 2021 年 5 月 27 日,Space X 完成第 29 批星链卫星发射,至此,StarLink计划已累计发射 1,737颗卫星。英国通信公司Oneweb推出Oneweb 星座计划,初始星座将由648颗Ku
22、波段卫星组成, 第二、三阶段将发射2,000颗V波段卫星。据中国 电子科技集团第五十四研究所发布的非静止轨道宽 带通信星座频率轨道资源全球态势综述,截至2020 年1月17日,全球中轨、低轨卫星通信星座数量共 计达到37个,共涉及至少12个国家30家企业,计 划发射卫星总数已超过34235颗。表7:各国主要卫星互联网星座部署计划 资料来源:钺昌科技招股说明书,民生证券研究院整 二十大提出明确布局方向,剑指卫星互联网建设。二 十大提出集聚力量进行原创性引领性科技攻关,坚决 打赢关键核心技术攻坚战,加快实施一批具有战略性 全局性前瞻性的国家重大科技项目,增强自主创新能 力,卫星互联网作为前瞻性的军
23、事、经济重要战略领 地,应该先发布局、增强自主可控能力;同时提出研 究掌握信息化智能化战争特点规律,创新军事战略指 导,发展人民战争战略战术,打造强大战略威慑力量 体系,增加新域新质作战力量比重,加快无人智能作 战力量发展,统筹网络信息体系建设运用,实施国防 科技和武器装备重大工程。我们认为卫星互联网作为 重要军事通信建设环节,对建设信息化智能化国防体 系有重要作用。2.3 卫星互联网未来可期,成长空间广阔卫星产业链主要包括卫星研制、卫星发射、地面设备、 卫星运营等环节。从产业链上下游划分,卫星制造环 节作为前端率先发展。类比地面基站通信,产业首先 在制造端起势,如5G基站建设,逐步发展到运营
24、侧, 建议首先关注卫星研制环节。随着上游建设完成,卫 星发射到位后,关注产业链后端的运营服务环节。图15:卫星互联网产业链概览 资料来源:中投产业研究院,民生证券研究院 商业卫星主导全球航天产业,卫星产业链价值量集中 在应用侧。根据卫星工业协会(SIA)卫星行业报告, 2021年全球航天产业以4%的速度增长,规模达到 3860亿美元,其中,商业卫星达到2790亿美元,占 比72%o截至2021年底,共有4852颗卫星环绕地球。 卫星产业主要分为四部分:空间段运营(卫星服务)、 地面设备、卫星制造和火箭发射,其中卫星制造和火 箭发射属于新基建卫星生产制造研发设计侧(市场规 模占比约7%),而卫星
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