2019年中国商业航天通信应用发展研究报告.pdf

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22019.6 iResearch I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。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。备注：目前国内的商业航天卫星通信企业主要从事卫星宽带业务、卫星移动通信和卫星固定通信业务，因此卫星通信业务中卫星电视直播、卫星音频广播不在本文讨论范围内。来源：艾瑞咨询研究院自主绘制。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442019.6 iResearch I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52019.6 iResearch I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（600-1200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。62019.6 iResearch I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工开资料整理。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72019.6 iResearch I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82019.6 iResearch I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，卫星通信运营及服务商同时做空间段运营与地面段运营，卫星通信服务提供商仅做地面段运营，。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92019.6 iResearch I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道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102019.6 iResearch I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112019.6 iResearch I卫星频谱介绍L 频段及S 频段低于2.5GHz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4132019.6 iResearch I全球通信卫星布署情况低轨商用通信卫星成为近年来全球通信发展趋势2009-2018年这十年间全球共发射通信卫星481颗，这段时间发射的通信卫星数量已超过此前发射通信卫星数量的总和。从用途来看，2009-2018年间，新增民用、政府与军用通信卫星数量基本维持不变，商用通信卫星数量大幅增加；从轨道类型来看，以LEO作为目标轨道的通信卫星数量迅猛增长。值得注意的是，以MEO作为目标轨道的卫星全部来自O3B公司。2018年美国Oneweb，SpaceX，中国虹云、鸿雁星座相继发射试验卫星，一旦前期技术验证完成，未来低轨通信卫星发射数量仍将持续增加。来源：USC Satellite Database，艾瑞咨询研究院统计整理。4644635641175388141057757611835383822302223360712000120182017201620152014201320122011201020092009-2018年全球通信卫星入轨数量（按用途分类）政府军用商用民用53460231720414116400084000024322531272332262126000010111020182017201620152014201320122011201020092009-2018年全球通信卫星入轨数量（按轨道分类）LEOMEOGEO高椭圆轨道142019.6 iResearch I全球卫星宽带、移动及固定通信收入全球卫星宽带及卫星移动通信收入稳定增长，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、卫星固定通信业务、卫星移动通信业务及对地观测业务，本文仅讨论卫星宽带、卫星移动通信及卫星固定通信业务。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，CAGR达到10.2%；全球移动卫星通信从2009年的22亿美元上涨至2018年的41亿美元，CAGR达到7.2%，增长主要来自移动数据业务的增长；全球卫星固定通信收入从2009年的144亿美元上涨至2018年的179亿美元，CAGR仅2.8%。卫星宽带及卫星移动通信业务保持稳定增长，但收入总和仅65亿美元（2018年），占整个卫星服务业收入的比例仅5.1%；卫星固定通信服务收入较高，但增速缓慢。来源：美国卫星工业协会（SIA）。注释：卫星移动通信服务包括移动语音业务以及移动数据业务。10121215171819202124222324242633343640411441501571641641711791741791791.1%1.2%1.1%1.3%1.4%1.5%1.5%1.6%1.6%1.9%2.4%2.3%2.2%2.1%2.2%2.7%2.7%2.8%3.1%3.2%15.5%15.1%14.6%14.4%13.8%13.9%14.1%13.6%13.9%14.2%20092010201120122013201420152016201720182009-2018年全球消费卫星宽带、卫星移动通信服务及卫星固定通信服务收入及其所占比例卫星宽带（亿美元）卫星移动通信服务（亿美元）卫星固定通信服务（亿美元）卫星宽带所占比例（%）卫星移动通信服务所占比例（%）卫星固定通信服务所占比例（%）152019.6 iResearch I2019.6 iResearch I全球固定卫星转发器出租容量卫星互联网的目标不是存量市场替代而是增量市场开发根据预测2020年全球固定通信卫星转发器出租容量将达到681GHz。虽然2018年中国卫通卫星转发器宽带数仅19.49GHz，但使用率达到66.6%，超过2017年全球平均固定通信卫星转发器使用率（50.76%）。全球固定卫星的转发器使用率尚不足60%，因此在发展由低轨移动星座组建的卫星互联网时，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。来源：Euroconsult.来源：中国卫通股份有限公司招股说明书。15.36 16.09 16.26 17.31 19.4966.3%64.2%66.9%69.9%66.6%201420152016201720182014-2018年中国卫通卫星转发器宽带数及使用率带宽数（GHz）使用率（%）268306348.9368.8407.5457.8513.7590.6680.814.2%14.0%5.7%10.5%12.3%12.2%15.0%15.3%2012201320142015201620172018e 2019e 2020e2012-2020年全球固定通信卫星转发器出租容量全球固定卫星转发器使用容量（GHz）增速（%）162019.6 iResearch I卫星通信产业政策卫星通信行业迎来爆发仍需进一步政策支持随着军民融合战略深入发展，国家多个部委推出各项政策支持卫星产业商业化、民用化发展。利好政策主要针对产业链中上游的卫星配套以及总体制造，产业链下游的卫星通信系统运营依然存在较大壁垒。企业从事卫星通信运营，需要取得基础电信业务经营许可证。按照工信部电信业务经营许可管理办法规定，现阶段民营企业无法取得基础电信业务经营许可证（要求公司国有股权或股份不少于51%；公司在全国范围内经营，要求注册资本不低于10亿元人民币）。此外广播电视卫星地面接收设施管理规定中第四条、第七条、第八条分别在卫星地面设备销售、企业以及个人用户购买和使用卫星地面设备方面给予限制。来源：艾瑞咨询研究院根据互联网捅开资料整理。2015年以来国内卫星通信行业相关政策发布时间发布部门文件名称相关内容2015.05国务院中国制造2025加快推进国家民用空间基础设施建设，发展新型卫星等空间平台与有效载荷、空天地宽带互联网系统，形成长期持续稳定的卫星遥感、通信、导航等空间信息服务能力。2015.10国家发改委、财政部、国防科工局关于国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025）的通知探索国家民用空间基础设施市场化、商业化发展新机制，支持和引导社会资本参与国家民用空间基础设施建设和应用开发。2016.12国家航天局2016中国航天提出发展原则：合理配置各类资源，鼓励和引导社会力量有序参与航天发展，科学统筹部署各项航天活动，推动空间科学发展。2016.12工业和信息化部卫星通信行业发展规划（2016-2020年建成较为完善的商业卫星通信服务体系，强调利用卫星通信提升国家应急通信能力。2018.4国家发改委关于降低部分无线电频率占用费标准等有关问题的通知减少了卫星运营商的频率占用费缴费规模，免除了部分高通量卫星终端用户的占用费，并对列入国家重大专项，开展空间科学研究的卫星系统的频率占用费实行50%的减缴政策。172019.6 iResearch I用户群体仍需进一步明确未使用互联网群体不是卫星互联网的主要目标用户近十年中国互联网网民数量快速增长，中国互联网网民渗透率从2009年的28.9%提升至2018年的59.6%，但依然有40.4%人口没有使用网络，这部分人口主要来自三部分群体：受教育程度低群体、经济条件差群体、低龄/老年群体。受惠于村村通项目的不断落地，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。来源：中华人民共和国互联网信息中心。54.00%33.40%11.20%9.00%10.00%8.80%4.30%不懂电脑网络不懂拼音等文化程年龄太大/太小不需要/不感兴趣没有电脑等上网设备没时间上网当地无法连接互联网2018年中国非网民不使用网络原因解析38,400 45,730 51,310 56,400 61,758 64,875 68,826 73,125 77,198 82,851 28.9%34.3%38.3%42.1%45.8%47.9%50.3%53.2%55.8%59.6%20092010201120122013201420152016201720182009-2018中国互联网网民人数及互联网普及率中国互联网网民数量（万人）中国互联网普及率（%）182019.6 iResearch I终端是卫星通信普及的限制之一终端易用性、终端造价与传输速率很难同时兼得移动终端（L波段)数据传输速率kbps重量kg终端造价美金物联网终端1.25000-40000超高速率51.8-3.840000-80000卫星通信终端性能参数造价对比192019.6 iResearch I核心技术突破之高通量卫星高通量卫星将极大改变卫星通信行业的商业模式北方天空研究所（NSR）率先提出高通量卫星概念，将其定义为“采用多点波束和频率复用技术、在同样频谱资源的条件下，整星的通信容量（简称通量）是传统固定通信卫星（FSS）数倍的卫星”。根据上述概念可以看出，高通量卫星最基本的特征是多点波束和频率复用。基于多点波束的特性，使用高通量卫星用于广播通信（卫星通信行业的主要收入来源）实质上会早造成一定程度上的浪费，高通量卫星主要用于点对点通信。随着未来高通量卫星数量逐渐增多，容量逐渐增加，高通量卫星将极大改变卫星通信行业的商业模式。来源：艾瑞咨询研究院根据互联网公开资料整理。传统卫星与高通量卫星优劣势对比传统卫星高通量卫星使用频段C波段、Ka波段、Ku波段Ka波段、Ku波段使用波束宽波束（覆盖范围2000km）多点波束（单个波束覆盖范围300-700km）系统容量1-10Gbps5-300+Gbps系统评价广覆盖，广播通信解决方案高带宽/每比特成本降低/适用于点对点通信缺点系统容量限制供应，无法向大流量应用提供服务，流量价格高，频率利用率低（同等频率情况下）系统建设资金量大；需要新的地面用户终端，每个波束很难被用户全部利用，初代使用率可能不高，目标填充率50-70%202019.6 iResearch I核心技术突破之软件定义卫星软件定义卫星为卫星后续更新迭代带来可行性来源：发展软件定义卫星的总体思路与技术实践。软件定义卫星是以天基先进计算平台和星载通用操作环境为核心，采用开放系统架构，支持有效载荷即插即用、应用软件按需加载、系统功能按需重构的新一代卫星系统，其终极目标是实现智能卫星。由于传统通信卫星造价高昂且发射费用昂贵，卫星寿命往往较长（15年），而在这期间难以进行在轨技术更新，导致卫星通信发展落后于地面通信。软件定义卫星结合卫星在轨服务，为卫星在轨技术革新提供可行性。发展背景实施路径发展现状发展动力 硬件定制化制造导致的成本高昂和资源浪费传统卫星采用定制化的方式研制，导致不同型号卫星的硬件互不适配，组部件无法互换；同一颗卫星的遥测遥控、星务、载荷分等等多个分系统的部组件都具备单独计算单元，这些计算单元仅服务于本分系统，无法实现计算资源共享造成资源浪费。原因在于星上计算机计算能力太差（以CPU为例，宇航级主流处理器的处理能力尚不及商用处理器百分之一的计算能力）。因此大部分功能必须借助定制化的硬件来完成。建立开放卫星系统架构与传统卫星大多属于封闭系统不同，软件定义卫星应该采用开放的系统架构。首先，这将有利于提升卫星系统对有效载荷的适配能力、对软件/算法的兼容能力，做到符合标准的硬件部件和软件组件可以即插即用、互相替换。解除卫星系统软硬件紧耦合关系卫星软件可以脱离硬件而独立演化，不再和某个具体的卫星型号、特定的硬件单机绑定，同时利用硬件重组搭配软件升级，进而实现功能重构。成本角度软件易于复用且不额外增加生产成本。可操作性角度软件比硬件灵活，通过升级就可以更好地满足新的应用场景和需求。发展要求在软件层面，编程环境、执行环境、数据格式等标准和规范要最大程度与计算机、互联网、智能手机产业兼容，便于利用积累的人力资源与代码资源。国内发展情况2017年9月，中国科学院软件研究所联合国内三十余家单位发起成立软件定义卫星技术联盟，提出以天基超算平台和星载操作环境为核心的软件卫星开放式系统。联盟计划搭建以天智系列卫星为基础的平台化软件解决方案，设立航天应用软件商店，形成软件定义卫星开放生态，称之为“Sputnix”。2018年11月，中国首颗软件定义卫星发射，实现数据的星上计算，无需回传。软件定义卫星发展分析212019.6 iResearch I核心技术突破之平板天线多技术应用令平板天线性能提高，价格降低卫星通信的推广极大地依赖地面终端（主要是天线）的易用性（体积）以及高性价比。对于传统抛物面天线，为保证切星过程中业务不间断，地面终端需要配置双天线，这就导致设备体积和质量增加；平板天线取消了移动部件，具有低轮廓外形，采用电子方式控制和形成波束；电子控制特性具有很强的灵活性，可利用软件无线电技术解决系统共存之间的频谱共享问题、动态频谱分配和卫星干扰，但波束扫描范围受限（60）。现有的天线在制造成本、频谱效率、功率效率以及可扩展性方面，难以满足卫星移动业务的新需求。新一代平板天线主要采用三种技术：芯片级相控阵技术、超材料波束形成技术或光学波束形成技术，使得卫星平板天线极大降低了天线成本并提高了性能。来源：新一代卫星通信终端平板天线。平板天线与抛物线机械天线优劣势对比机械天线有较多移动部件，长时间持续工作容易发生机械故障，并且维护困难。平板天线只有很少或没有移动部件，不会产生决定天线寿命的移动部件磨损情 况，这 对NGSO卫星应用非常重要。壹平板天线的电子控制特性具有很强的灵活性，可利用软件无线电技术解决系统共存之间的频谱共享问题、动态频谱分配和卫星干扰问题。肆机械转动天线的重量重、尺寸大，在高速运动平台中产生的空气阻力大，仅可用于大型低速移动平台。平板天线低轮廓、重量轻、尺寸小，很适合安装在移动平台实现卫星移动通信应用。叁机械天线一次只能连接一个卫星波束，如果需要跟踪多个卫星，则必须建设多幅天线。平板天线可以瞬间实现波束切换和对星，从而实现持续稳定和低延时的通信。贰222019.6 iResearch I国外平板天线性能对比ThinKom公司旗下的机械相控阵平板天线发展较为成熟，目前已经广泛使用于航空、海事以及地面移动通信中。该公司的天线可在LEO、MEO和GEO卫星网络之间进行互相切换，切换速度可小于800ms，且已被LEO和MEO服务提供商确定为足以在快速移动的卫星之间进行波束切换而不会中断连接。Kymeta 的天线使用超材料（薄膜晶体管）的特殊结构创建全息波束，用于发射和接收卫星信号。该公司天线可以满足卫星移动通信对终端天线要求的重量轻、轮廓低、高速的移动接入并且价格低。Kymeta 的新型卫星终端平板天线 mTenna技术以电子方式产生和控制天线波束指向，天线没有机械部件，也不使用移相器和放大器，属于无源天线。Phasor Solutions 的创新性在于开发了具有数字波束形成功能的ASIC微芯片和采用模块化设计架构。Phasor Solutions的模块化设计使天线可以在不降低性能的情况下进行灵活的扩展，使用的模块越多，则天线面积越大、增益越高，连接数据速率越高。因此只需根据需求和成本约束向天线调整模块组合，就可以满足不同的应用需求。来源：平板天线公司官网。公司型号工作频段应用范围EIRP（dBW）G/T（dB/K）带宽效率（bits/Hz）ThinKomThinAir Ku3030Ku波段飞机51-5415-181.5-3ThinKomThinAirKa2517Ka波段飞机48.5-51.515-181.5-3Phasor6模块组合Ku波段飞机/海事/高铁53.614.3-KymetaKyway TerminalKu波段地面水上移动设备-9.5-ThinKom产品成熟，Phasor模块化架构可应对各类需求国外平板天线性能对比232019.6 iResearch I2019.6 iResearch I目前民航运输主要依靠ATG(Air to Ground地面基站方式）和卫星通讯两种技术方案实现地空宽带通信。与卫星通信不同，ATG是在飞行空域或特定空域架设地面基站，以向天空进行覆盖，进而实现机上互联。北美地区发展机上联网已达10年，由于早期卫星通信系统容量不足，仅能提供窄带通信服务，彼时市场上ATG占据绝对主导地位。随着卫星通信技术（高通量卫星）的不断发展，卫星通信已开始逐渐侵占ATG的市场占有率，这点可以从近年来Gogo在北美地区提供民航客机互联网接入服务的飞机数量上看出（Gogo是全球领先的机上网络与娱乐服务提供商）。2,6172,4241,881594166702016201720182016-2018年Gogo在北美地区提供民航客机互联网接入服务的飞机数量ATG（架）卫星（架）细分市场之航空现阶段卫星通信是民航机上互联最佳解决方案来源：民航资源网、产业观察。来源：企业年报。航空互联网地基与星基方案优劣势对比ATG卫星通信成本初期建设成本高（需要400个大型基站可以覆盖国内大部分航线）终端购置费用高，整体运营成本高，现阶段流量成本高频率目前国内频率资源较为紧张，尚未有专为ATG机载公众通信服务提供专用商业频率目前Ku频率与轨位已较为饱和，Ku HTS卫星很难在短时间内实现替代；Ka频段频率资源较为丰富速率延时实测数据达美航空ATG达美航空2Ku美国航空Ka下行Mbps上行Mbps延时ms0.72.82009.923.19700160.87650-700其他地面及起飞/降落阶段无法提供服务；由于各国通信体制不同很难跨国服务系统更新扩容难度较高；终端重量大增加燃油消耗242019.6 iResearch I细分市场之航空航空互联网尚处蓝海，市场亟待有效开发2017年9月交通运输部审议通过大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则，自此民航乘客可在飞行模式下使用手机平板等便携式电子设备，为航空互联网的发展奠定了用户基础。目前制约国内航空互联网发展的因素主要集中在供给端：1.政策支持不足，电信运营资质很难获得审批；2.服务质量不高，目前国外成熟的航空网络供应商很难进入国内，本土供应商技术不成熟，导致用户付费也很难获得令人满意的服务。艾瑞预测，2028年可以在客机机上网络设备以及网络服务可以实现国产代替，同时改装价格以及流量成本将大幅下降，届时中国航空互联网仅流量收益可达300.64亿人民币。来源：中国民用航空局，民航旅客服务评测，市场公开资料，根据艾瑞统计模型核算。69.1 105.5 150.2 214.4 249.3 267.8 280.4 290.8 300.6 2020e 2021e 2022e 2023e 2024e 2025e 2026e 2027e 2028e2020-2028年中国航空互联网流量收入预测航空互联网流量费用（亿元）15.3 19.3 21.8 29.7 16.9 10.0 7.5 6.6 6.2 2020e 2021e 2022e 2023e 2024e 2025e 2026e 2027e 2028e2020-2028年中国民航客机互联网改装费用预测民航客机改装费用（亿元）252019.6 iResearch I随着海上船舶设备的更新及宽带卫星技术的进步，我国海上宽带卫星通信行业的市场规模保持快速增长，然而这块市场主要通过卫星通信服务商租用Inmasat、Iridium等国外公司卫星转发器容量向船舶提供卫星通信服务，随着我国高通量卫星逐步投入使用以及低轨通信星座建设完成，未来将实现自主替代。航运业的数字化转型已持续多年且有加快趋势。航运业数字化转型实现的路径之一是结合物联网技术。在这一过程中，卫星通信解决方案可充分发挥其全球无缝覆盖的优势和不可替代性。虽然远洋运输集装箱箱位近三年呈下降趋势，然而目前国内这一市场相对空白，国内从事卫星物联网解决方案供应商尚处于发展初期，未来有相当大的开发空间。10 13 16 19 24 26 27 30 32 34 13 19 20 23 28 47 53 42 50 57 96 101 111 116 118 159 180 119 134 106 20092010201120122013201420152016201720182009-2018年中国船舶运输集装箱箱位内河运输集装箱箱位（万TEU）沿海运输集装箱箱位（万TEU）远洋运输集装箱箱位（万TEU）细分市场之海事卫星通信是航运业实现数字化转型的重要解决方案来源：中华人民共和国交通运输部。16.48 16.57 16.58 16.52 15.91 15.83 15.25 14.72 13.23 12.43 1.00 1.05 1.09 1.09 1.10 1.10 1.07 1.05 1.03 1.04 0.21 0.22 0.25 0.25 0.25 0.26 0.27 0.24 0.23 0.23 20092010201120122013201420152016201720182009-2018年中国运输船舶保有量内河运输船舶数量（万艘）沿海运输船舶数量（万艘）远洋运输船舶数量（万艘）262019.6 iResearch I细分市场之基站回传部分偏远地区环境复杂、分布零散、地面光纤无法到达，基础通信设施建设普及难度大、费用高。采用低轨移动星座作为中继是一种有效的“基站回传”解决方案。根据NSR预测，2028年全球卫星回传服务市场收入将超过320亿美元，其中5G通信相关业务将占据整个卫星回传服务市场的三分之一。2019年上半年卫星运营商Telesat、英国萨里大学与比利时Newtec公司合作测试将卫星通信用于5G回传，实验结果显示，将低轨移动星座用于5G数据回传，往返时延为18-40毫秒，可以有效支持要求低延时的5G应用程序（测试项目包括8K流媒体传输、互联网浏览和视频聊天会话）。来源：卫星与网络，卫星通信与地面5G的融合初探。低轨移动星座可作为基站回传的有效解决方案卫星通信基站回传的一种网络架构地面基站手机终端A卫星卫星信关站NOC网管中心互联网/PSTNCore Network蜂窝核心网地面基站手机终端B272019.6 iResearch I细分市场之车联网低轨通信星座布署周期限制其在车联网的应用车联网最初应用主要集中在安全防盗及车载信息娱乐方面，随着相关技术的发展以及人们对行车安全要求的提高，车联网在自动驾驶（感知手段）以及智慧交通管控方面起到了举足轻重的作用。目前IEEE（电气电子工程师学会）与3GPP分别提出各自的车联网技术标准DSRC和LTE-V2X。DSRC可以实现在特定小区域内（通常为数十米）对高速运动下的移动目标的识别和双向通信，实时传输图像、语音和数据信息，将车辆和道路有机连接。LTE-V2X技术基于蜂窝移动通信技术，主要解决交通实体之间的“共享传感”（Sensor Sharing）问题。目前主流车联网技术将卫星通信排除在外，主要是由于当前卫星通信成本高且延时高的特性，未来低轨通信星座可以满足车联网在主动安全（20-100ms）、交通效率（500ms）以及信息娱乐（1-10s）这三类应用在延时方面的要求。目前国家已经出台诸多政策明确支持LTE-V2X在国内的应用。由于低轨通信星座部署周期长且车联网通信标准需要长时间制定，届时国内外车联网市场已经被LTE-V2X技术与DSRC技术占领。卫星通信技术仅能通过汽车后市场，对汽车加装卫星通信终端，在汽车行驶至基站范围外时，提供信息娱乐和导航服务。此外，在军方无人车自动驾驶项目中，卫星网络服务将发挥其无可替代的作用。来源：安信证券，东兴证券。车联网发展路径基础信息服务安全预警+布局自动驾驶全联网+全自动驾驶当前阶段车联网技术对比技术主要使用国家优势劣势DSRC欧美日WiFi 技术的延伸、发展较为成熟，数据传输速度高。高频段信号易被固体物质吸收，限制了城市环境下通信信 号的传输范围。LTE-V2X中国采用蜂窝技术易管控；充分利用现有基础设施；移动性、安全性好；可以后向(5G)演进；受到电信产业支持需要借由基站作为通信控制中心，数据传输有延迟。28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4292019.6 iResearch IOneweb全球卫星互联网先行者Oneweb的卫星制造运营理念为后来者提供充分借鉴Oneweb计划发射650颗卫星（包含62颗备用卫星，单颗卫星容量超过1Gbps），为全球提供互联网覆盖服务。Oneweb计划利用平价接入低轨移动宽带星座来达到消除全球数字鸿沟的愿景。为了达到这个愿景，Oneweb采取以下几点策略：1.从卫星设计、制造、发射、终端造价等环节降低成本，进而降低用户使用成本；2.采用中立网络架构，“天星地网”组网方式，与3GPP技术完全兼容，使得Oneweb可以在全球任何位置任何监管环境下使用；3.用户终端采用热点覆盖形态将卫星调制解调、地面蜂