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1、蘋果入場，低軌衛星通訊將成為2022年電子業一大關鍵趨勢

Digital Trends預測iPhone 13的硬件規格可支持低軌衛星通訊。我們看好iPhone布局的低軌衛星通訊將在2022年加速帶動相關服務與零部件出貨量成長。

iPhone 13或支持低軌衛星通訊功能。如蘋果實現衛星通訊軟件功能，消費者則可在無4G/5G 覆蓋范圍內仍然可以通話+傳訊。根據商務周刊報道，蘋果或已研究與開發相關技術與應用已有一段時間。

1） Digital Trends 指出，iPhone 13采用高通X60基帶芯片以支持衛星通訊功能。

2）高通與全球星合作緊密，2021年2月高通宣布其將在未來的 X65 基帶芯片支援全球的 n53 頻段，通過為n53提供全球5G頻段支持。其他智能手機品牌若想提供支援衛星通訊的機型，須等到 2022 年采用 X65 基帶芯片。

全球星認為其潛在的設備生態系統將顯著擴展。如果蘋果將要在 iPhone 13 上提供衛星通訊功能，預判其極有可能合作的廠商為全球星。

3）總結以上兩點可以得出，蘋果與全球星在衛星通訊的合作存在潛在可能性，低軌衛星通訊將成為 2022 年電子業一大關鍵趨勢。我們預測消費者可直接在 iPhone 13 上通過運營商的服務使用全球星的衛星通訊服務。

2、衛星互聯網：千億美元市場, 實現天地融合，萬物互聯的突破性技術

衛星互聯網可使全地球都能通過寬帶連上互聯網終端，解決現有世界上超 30 億人無法使用互聯網，超70%地理空間未實現互聯網覆蓋的問題。

當前，全球通信市場已達到年均萬億美元規模，而網絡覆蓋范圍還不足地球面積的10％。由于地理因素限制，信號發射塔數量已接近飽和。衛星互聯網可使全地球都能通過寬帶連上互聯網終端，解決現有世界上超30億人無法使用互聯網，超70%地理空間未實現互聯網覆蓋的問題。

當前，全球通信市場已達到年均萬億美元規模，而網絡覆蓋范圍還不足地球面積的10％。由于地理因素限制，信號發射塔數量已接近飽和，衛星互聯網因其廣覆蓋、低時延、寬帶化、低成本優勢成為未來發展焦點。

同時，作為空間通信基礎設施,衛星互聯網的建設也將為后續全球物聯網提供條件保障。

全球互聯網滲透率趨緩，傳統通信骨干網絡在人口與互聯網滲透低區域難度大，衛星互聯網因其廣覆蓋、低延時、寬帶化、低成本等特點成為關注焦點。

互聯網滲透低意味著該區域缺乏基礎設施配套如光纖骨干網、能源網絡缺失等；人口密度低或意味著運營商投資回報不成比例。剩余未連入互聯網區域一定程度存在上述兩類問題造成普及障礙。

基于衛星通信的互聯網，通過一定數量的衛星形成規模組網，從而輻射全球，構建具備實時信息處理的大衛星系統，是一種能夠完成向地面和空中終端提供寬帶互聯網接入等通信服務的新型網絡，具有廣覆蓋、低延時、寬帶化、低成本等特點。

衛星通信因為其天基網絡便于實現全球覆蓋的優點，正成為通信行業對未來全球物聯網及 6G 技術演進的重要研究方向之一。

6G 網絡將融合陸地無線移動通信、中高低軌衛星移動通信及短距離直接通信等技術，將通信與計算、導航、感知、智能相融合，通過空、天、地、海泛在覆蓋的網絡連接實現全息泛在的智能高速寬帶通信。

衛星互聯網應用場景極為廣闊。

衛星互聯網將應用于 5G 全球覆蓋、智能物聯網、遠程教學、遠程醫療、偏遠地區、油田開采、航空通信、交通運輸、應急通信、科考探險、緊急事件、車聯網、高速公路、海洋牧場、林業監測、信令分流等諸多領域。

2.1. 互聯網發展歷程：從“人與人”互聯到天地融合萬物互聯

互聯網發展歷程從1）4G“人與人”互聯，到2）5G“人與人、人與物和物與物”互聯，到3）衛星互聯網+5G 天地融合無縫隙通信網絡。

衛星通信和 5G 基站兩者在信號覆蓋上形成良好互補。低軌衛星互聯網的帶寬和時延特性可以很好地承載 5G 基站業務。

互聯網自誕生之日起，作為基礎設施一直不斷改變人們，特別是由4G時代的“人與人”互聯進入 5G 時代的“人與人、人與物和物與物”互聯，愈發滲透并影響人們的生活，通過改變人們的生活狀態和生活方式，帶來巨大的經濟、政治與軍事影響。

目前，因為建設成本和市場消費能力等原因，世界上仍有超過一半的人無法享受到互聯網。發展衛星互聯網，迎接 6G 時代，是實現天地融合萬物互聯的關鍵。

2.2. 競爭優勢：廣覆蓋、低時延、寬帶化、低成本及推動物聯網快速發展

1）廣覆蓋：

對公眾用戶而言，存在“陸海空”全域覆蓋的盲點問題，衛星互聯網提供全域的無縫覆蓋。星座通信距離遠，在衛星波束覆蓋區域內，通信距離高達 13000 公里；部署在低空軌道的衛星互聯網星座可以輕松地實現“陸海空”全域的無縫覆蓋。

如下圖所示，衛星的波束覆蓋范圍遠遠大于地面蜂窩基站，低軌衛星覆蓋寬，在滿足低容量密度區域的通信需求時具有優勢，地面蜂窩基站則可以用于覆蓋城市地區等容量密度需求大的區域。

圖 12：地面基站與低軌衛星覆蓋對比示意圖

2）低延時：

對商業用戶而言，存在全球范圍長距離傳輸的時延問題，衛星互聯網極大減少傳輸時延,對于金融交易等對低時延有強烈需求的場景尤為重要：在金融電子交易中，交易處理時間（包括電腦系統處理及網絡傳輸時間）比競爭對手慢 5 毫秒，將損失 1% 的利潤）。

以 Starlink 這個部署在 340 公里軌道高度的互聯網星座為例，走 Starlink 的衛星會多出一段上下行星鏈的延遲，而走地面光纜的速度大概是真空光通信的 2/3。

也就是說，即使是平原直線，只要信號源距離超過 1400 公里，理論上都是 Starlink 占優勢。例如，從北京訪問杭州、深圳、香港的網站都算是訪問偏遠地區，Starlink 比起地面網絡延遲更短，更占優勢。

如下圖所示，在銀河航天首發星測試中，對通信時延進行了統計，典型值在 20 ms–40 ms，可與地面光纖相比擬。在長距傳輸的情形下，低軌衛星傳輸跳數相比地面光纖網絡更少，時延優勢將更為明顯。

3）低成本：

與地面 5G 基站和海底光纖光纜等通信基礎設施相比，具有顯著成本優勢。現代小衛星研發制造成本低。同時軟件定義技術又可以進一步延長在軌衛星使用壽命。

在航天飛機時代，將衛星發射到太空的成本約為每磅 24,800 美元。發射一顆重量 4 噸的小型通信衛星的成本接近 2 億美元。

如今，SpaceX 的 Starlink 衛星重量僅有約 500 磅（227 千克）。可重復使用的設計和低廉的制造成本，意味著我們可以通過火箭一次性發射幾十顆衛星，從而大幅降低成本。

4）寬帶化：寬帶承載能力大幅提升。

在衛星通信方面，隨著衛星通信帶寬從百 Mbps 提升 至 Gbps，帶寬承載能力大幅提升。

如下圖所示，在晴好天氣條件下進行的基于衛星鏈路的 5G 基站回傳測試中，回傳鏈路數據吞吐量達到了 500 Mb/s 以上。

這一測試結果表明，低軌通信衛星在信關站和衛星覆蓋范圍內實現的大帶寬傳輸，可為 LTE 或者 5G 蜂窩網絡提供衛星鏈路回傳，為現有的電信運營商提供了一個非常重要的選擇。

5）推動物聯網(車聯網)快速發展，真正實現萬物互聯

隨著 4G、5G 技術的進步和應用，大大推動了物聯網的發展，城市物聯網往往借助傳統的地面移動通信系統建立，但是，若在偏遠地區實現物聯網，衛星移動通信系統是更有效的途徑。

物聯網很大程度上受制于通信基礎設施的發展，目前的三種通信方式：地面有線網、地面無線網和衛星通信網。

地面通信網其覆蓋能力受限；我國80%以上的陸地和95%以上的海洋面積的無地面網絡覆蓋。

衛星物聯網的應用場景非常豐富，如野生動物保護，對于瀕危動物、珍稀鳥禽的定位監控、生理狀況采集是非常有效的保護手段，能夠防止偷獵，并且及時發現和救助遇險動物；

自然災害防治，森林防火、地質災害、水災旱災預警，通過部署攜帶衛星終端的數據采集設備，可在無人值守的情況下自主預警；

另外，環境監測、畜牧養殖漁業、無人機遠程控制等可以很好地應用到衛星物聯網。

2.3. 對標客戶：為偏遠地區、航海航空及低時延交易需求者提供全覆蓋及高速服務

1）地面網絡未通或欠發達地區的人口是最大潛在市場

We Are Social估計，在2020年3月以前的12個月里，近3億人首次上網，其中大多數新用戶生活在發展中經濟體。

截至，2020年3月，全球仍然有40%的人未聯網。

2）航空通信。

目前世界上有 2 萬架民航客機在運行（未來 20 年數量還要加倍），保守估計美國有 20 萬架私人飛機。在這些飛機上安裝相應的天線，就可以基于衛星互聯網為乘坐這些航班的乘客提供機艙高速上網。

3）航海通信。

衛星互聯網航海通信主要針對型郵輪與大型貨輪。目前世界上有 300~400 艘大型郵輪（載客量超過 1000 人），大型貨輪的數量暫未統計，但量級也是以萬計算的。在這些船舶上安裝相應天線，就可以基于衛星互聯網為乘坐這些船舶的乘客提供船艙高 速上網。

4）海島及邊遠地區通信。

在全球范圍內，很多小型海島和私人島嶼如果購買 Starlink 衛星網絡服務，其開銷將會比鋪設、維護海底光纜的費用低得多對于地面公眾移動/固定寬帶網絡難以覆蓋的偏遠地區，可以為其提供基于衛星互聯網的通信服務。

5）高頻量化交易。

由于光纖的限制，全球各大外匯交易市場雖然交易的是同一批“產品” （比如 EURUSD 貨幣對、USDCHF 貨幣對、DAX 差價合約等），但是價格不是同步變動的。比如紐交所與港交所、倫交所物理距離極遠，雖然有專用的光纜連接，但依然有近 100 毫秒的延遲。

Starlink 的星間通信真空光速要比光纖內的光速高一些，能減少幾十毫秒的誤差。對于一秒內能成交上百筆的高頻交易程序來說，這是非常有利的。在各交易所間打時間差，獲利極大。

Starlink 一旦部署，全球交易所、主要外匯交易商或流動性提供商都必然購買它的服務，主要的金融機構和投行也不能例外，甚至一些比較富裕的個人交易者也會考慮購買。

2.4. 衛星互聯網產業鏈：地面設備+衛星運營服務占比過九成

衛星運營服務和地面設備制造業是全球衛星產業收入的重要組成部分，2019 年二者占比90.7%。衛星互聯網產業鏈主要涵蓋衛星制造、衛星發射、地面基站及終端設備、衛星運營服務等環節。

衛星制造包括衛星母體制造、星上載荷制造，其中星上載荷主要包括執行特定衛星任務的儀器、設備或分系統等。

衛星發射服務主要包括發射場服務和火箭研制兩部分。

地面基站及終端設備主要包括地球站設備制造、網絡設備制造、終端設備制造。衛星運營服務主要包括衛星電視直播、衛星音頻廣播、衛星寬帶、衛星固定通信業務、衛星移動通信業務、對地觀測業務等。

占比 90%以上的地面設備及衛星運營服務產業鏈拆分：

地面設備：

主要包括固定地面站、移動式地面站（靜中通、動中通等）以及用戶終端。固定地面站包括天線系統、發射系統、接收系統、信道終端系統、控制分系統、電源系統以及衛星測控站和衛星運控中心等；

移動站主要由集成式天線、調制解調器和其它設備構成；

用戶終端包含設備上游關鍵零部件及下游終端設備。衛星運營及服務：主要包含衛星移動通信服務、寬帶廣播服務以及衛星固定服務等。

占比 7%的衛星制造，百億美元產值新藍海。

衛星主要由衛星平臺、衛星載荷組成，其中衛星平臺方為總裝單位，即甲方的一級供應商。其余如火箭發射、火箭配套、衛星載荷等由產業鏈多家國企、民企共同構成。

2.5. 商業衛星產業快速發展依托 FPGA 等核心芯片技術演進

商業衛星產業要發展，終端接收設備必須先行，尤其是地面接收終端設備有望受益。當前，國內從事衛星終端通信設備業務的公司主要有海衛通、凱瑞得、中國電子54所等，但衛星通信地面硬件設備還是以海外公司為主并占有市場較大份額。

衛星的制造、發射、通信、導航，都需要關鍵的芯片技術參與。

與傳統衛星不同，商用衛星更強調商用性，追求更低廉的發射成本、更小的尺寸以及更容易制造，這些特性有助于提高潛在運行的經濟性。

所以商用衛星在選擇芯片時，更希望是體積更小、質量更好、成本又較優的芯片。高性能信號鏈產品廣泛用于全球航空航天市場，對于商用衛星也發揮著至關重要的作用。

此外高頻收發器平臺技術在衛星通信頻段中可以實現更高的選擇率，利用其小尺寸和低功耗的特性，可將收發器的整體尺寸縮小到一個數量級，為解決下一代衛星通信的難題提供解決方案和實例。

基于 FPGA 的小衛星通信系統在軌可重構技術，實現了小衛星在軌功能重構與更新。

小衛星體積功耗較小，且需要在復雜多變、環境惡劣的空間環境中連續穩定地工作數年， 為了適應復雜的太空環境，完成空間探測、通信等任務，小衛星電子設備的 FPGA 平臺就要能夠按照需求更新、修改其網表邏輯與軟件內容。

重構技術為小衛星精簡電子系統以及在軌功能維護更新提供了新的技術思路。小衛星重構平臺數字基帶模塊主要由 FPGA 和 DSP 組成，FPGA 為信號處理主體，實現編碼譯碼、調制解調等處理。可重構功能控制模塊通過管理控制 FPGA 完成，重構目標為信號處理 FPGA、DSP 以及射頻前端部分。

該設計已經在某小衛星平臺上得到應用，主要功能已經得到試驗驗證，通過程序的在線注 入與加載可實現衛星平臺多速率、多體制、多頻段等多種通信模式不同功能的切換。

它在提高衛星通信系統的可靠性與靈活性的同時降低成本，正逐步成為小衛星通信技術的 一個重要發展方向。

3、市場展望：海外市場受“數字鴻溝“驅動，我國受物聯網需求+有限軌道資源驅動

3.1. 全球市場：近50億的潛在用戶數千億美元的未來市場

預計2019到2025年，全球衛星產業收入至少翻倍。隨著太空空間探索的逐步深入，國內外就衛星互聯網紛紛展開部署，2019年全球衛星產業總收入為2860億美元，同比增長3.20%。

預計2025年前，衛星互聯網產值可達5600 億～8500億美元。市場潛在用戶或接近50億。

衛星互聯網的市場規模研判衛星互聯網的目標群體包括41億人次的航空員工和旅客、3000 萬人次的航海員工和旅客、約占偏遠地區30億人口5%~10%（1.5億~3億人）的富裕階層、3 億人次左右戶外旅行探險者等。

美國發射衛星顆數未來占比超九成，中國厚積薄發。

細分國家來看，預計到 2029 年全球將在地球近地軌道部署總計約 57000 顆低軌衛星。其中美國將部署 50，000 顆占比 87.7%，中國將加快布局，預計到 2019 年部署 1900 顆占比 3.3%。

3.2. 國際市場：“數字鴻溝“為主要驅動力，加速帶動市場需求

3.2.1. 移動寬帶普及率未過半，衛星互聯網是彌合“數字鴻溝“的最佳手段

數字鴻溝指在信息時代工具擁有者和未曾擁有者之間存在的鴻溝。數字鴻溝（Digital Divide）的概念，最早由美國學者托夫勒在 1990 年出版的《權力的轉移》書中提出。美國國家電信和信息管理局（NTIA）于 1999 年發布《在網絡中落伍：定義數字鴻溝》報告中明確。

數字鴻溝所體現的差距現象，不僅存在于信息技術的開發領域，也廣泛存在于信息技術的應用領域，并且不著痕跡地滲透在人們的經濟、政治、教育和社會生活的方方面面。

由于對信息和網絡技術的擁有程度、應用程度以及創新能力的差別，處于鴻溝不幸的一邊成為“信息窮人”，就意味著很少有機會參與到以信息化為基礎的新經濟當中，也很少有條件體驗到在線的教育、培訓、購物、娛樂和交往，其與“信息富人”之間的信息落差，將導致貧富兩極分化趨勢的不斷加大。

全球平均移動寬帶人口普及率 48%，我國占比已達到 98%，除去中國后全球平均移動寬帶 普及率更低，可見海外數字鴻溝凸顯，而衛星互聯網是彌合數字鴻溝的最佳手段。從世界范圍看，衛星通信和地面網絡，是解決電信普遍服務問題的兩種主要通達手段。

下圖可見兩種通達手段的“成本距離”規律存在明顯差異。從統計學分布特點看，地面網絡建設成本與人口分布高度正相關，并且隨著通信距離增加而呈現非線性式的增長，除了適用于城市地區以外，也適用于網絡建設總成本目標能夠覆蓋住的距離城市較近的農村地區。

而衛星網絡建設成本不會隨著地理距離的增長而增加，這種成本距離特點就決定了，在邊遠地區和光纖難以通達區域，以衛星通信方式為主建設網絡，是實現有限資源擇優分配、網絡整體經濟性最佳的解決辦法。

3.2.2. 下游客戶接受度極高，需求端未來增量可期

過半美國民眾接受并計劃使用衛星互聯網服務。Reviews.org 最近進行的一項調查顯示，超過一半的美國人準備轉向美國太空探索技術公司 SpaceX 的星鏈衛星互聯網服務。調查顯示，在不使用衛星互聯網的受訪者中，55%的人表示，如果星鏈衛星互聯網的連接速度更快，他們會永久使用它，即使它的價格高于目前的互聯網服務提供商。

3.3. 國內市場：萬物智聯+地緣政治+軌道資源不可再生促進產業加速發展

2019 年，我國衛星互聯網市場規模接近 700 億元，預計 2020 年我國衛星互聯網市場規模將超過 800 億元。當前，中國在軌衛星數量位于世界前列，我國商業航天市場的逐步開放，將帶動通信小衛星研制、火箭發射、衛星通信系統終端設備與軟件應用市場發展，中國衛星互聯網將迎來高速發展。

“數字鴻溝”問題在我國已基本通過“寬帶中國”戰略解決。

自 2013 年“寬帶中國”戰略實施以來，我國的寬帶普及程度快速提升。截至 2019 年 6 月，我國固定寬帶用戶達 4.35 億，家庭普及率 86.1%，人口普及率 31.1%，其中光纖寬帶用戶占比超過 91%，遠高于 OECD 國家 26%的平均水平。

移動寬帶人口普及率達到 98%，遠高于全球平均水平的 48%，其中 4G 用戶滲透率 77.6%，遠高于 47.4%的全球平均水平。

3.3.1. 車聯網+物聯網需求迭起，衛星互聯網低成本優勢凸顯

隨著 5G 網絡的發展，地面物聯網迎來了廣闊的應用前景，但成本制約其進一步發展。2025 年全球物聯網連接數量將達到甚至超過 270 億。但受限于覆蓋能力及建設成本，以互聯網、傳統電信網、蜂窩網絡等為信息承載體的地面物聯網的發展受到一定制約。

相對于地面物聯網，衛星物聯網在覆蓋范圍、通信容量以及網絡建設等方面有明顯的優勢，尤其是低軌衛星星座系統。由低軌衛星構成的星座系統能夠實現對全球的無縫覆蓋。新興的低軌星座容量提升顯著，如星鏈星座（4 425 顆衛星）吞吐量可達到 23.7 Tbit/s。

此外，低軌衛星空間組網不受地面地形與規劃的限制，且在自然災害導致地面網絡被損壞的情況下仍可正常工作。擁有上述優勢的同時，低軌衛星與終端之間的相對高速運動導致終端在網絡中的接入位置不斷變化，嚴重影響服務的連續性和可靠性。為了保障網絡服務質量，移動性管理是面向 6G 衛星物聯網的關鍵。

圖 29：衛星物聯網應用場景 圖 30：衛星物聯網結構

地面應用端我們認為低軌衛星互聯網組網完成后將有力驅動以智能汽車產業為代表的大規模車聯網市場行業發展。

據中國產業信息網披露2019年全球汽車產量達到92176萬輛2020年產業受疫情影響較大產業數據失真從中長期看汽車行業仍將保持穩定發展態勢預計至2024年全球汽車產量將達到11470萬。

以此產量為基數在全球汽車產量保持不變的情況下若汽車產業實現由傳統汽車向智能汽車的迭代替換則低軌衛星互聯網地面應用端將會帶來 573.35 億美元增量市場空間。

產品 單價按照 starlink 終端單價 499 美元臺進行計算。國內的天通一號、北斗系統均可提供衛星物聯網服務。鴻雁、虹云等低軌星座計劃相繼發布，首個“天基物聯網”被命名為“行云工程”，計劃由 80 顆低軌衛星組成。

此外，九天微星的“瓢蟲系列”7 顆衛星于 2018 年成功入軌，在野生動物保護、野外應急救援、車輛船舶監測、物流追溯等領域開展星座物聯網驗證。2019 年，北京國電高科科技有限公司研制的天啟·滄州號衛星成功入軌，實現了天啟物聯網星座初步組網運行。

3.3.2. 空間軌道和頻段這些不可再生的戰略資源將日益緊缺

境外衛星互聯網一旦完成頻率與軌道占位，我國將可能面臨被迫關閉部分或整個網絡的顛覆性風險當前。

隨著美國“星鏈”計劃啟動，全球低軌星座發展已全面進入競爭提速期，空間軌道和頻段這一不可再生的戰略資源將日益緊缺。

因此，各國政府力量加速加力介入：美國軍方多項目并行推進“星鏈”計劃星座開發應用、英國政府收購衛星運營商 One Web、加拿大政府斥巨資扶持本國的電信衛星低軌公司(Telesat LEO)、俄羅斯利用俄羅斯國家集團(Roscosmos)統籌加快衛星星座建設。

以上舉動充分說明，各國已經充分認識到軌道頻率資源的重要戰略地位，并加大力度爭相搶占。我國目前僅有 3 顆在軌運行的低軌寬帶通信衛星，衛星互聯網建設已經較為滯后.

圖 33：我國衛星互聯網現狀

3.3.3. 政治的不確定性使實現自主可控成為我國發展衛星互聯網重要戰略

“實體名單“限制引發政治不確定，自主可控是發展衛星互聯網的重要策略。2019年以來美國將多家中國機構與公司列入出口管制“實體名單”，限制零部件的購買。

當前國際形勢日益復雜，可能為通信衛星的發展帶來風險，因此，我國高通量衛星要堅持向自主可控方向發展，包括產業鏈以及軌道的自主可控。高通量衛星是未來空間網絡基礎設施，軟硬件及管理能力缺一不可，政治的不確定性將給高通量衛星發展帶來挑戰。

產業鏈上，我國在電子元器件、應用系統和運營服務等領域能力有待加強。衛星類型上，我國 GEO 高通量衛星經驗相對豐富，但 LEO/MEO 衛星星座需要進一步布局。

3.3.4. 中國投入比例小于10%，國內市場化程度有極大提升空間

全球航天領域的投資近年來明顯升溫，預計中短期內仍將持續增長。類型上，低軌衛星的投資將占據主流。

地區上，美國占主導地位，中國資本比例小于10%，仍有上升空間。

3.3.5. 揚帆起航，我國“新基建”等政策大力推動星地融合通信時代

2020 年 4 月 20 日，國家發改委首次將衛星互聯網和 5G、工業互聯網等一起列入信息基礎設施，明確了建設衛星互聯網在新一代信息技術演進上的重大戰略意義。

在 3GPP RAN主導的 5G NR（新空口）網絡標準中，非地面網絡（NTN）技術也將衛星和高空平臺作為重要的研究方向，已經有眾多參與方提交并形成了一系列重要的技術報告，并積極推進相關的技術規范制定工作。

4. 發展趨勢：融合5G、開發AI、低軌高通量衛星技術及太赫茲等頻率資源助力6G

1） 衛星通信和 5G 基站兩者在信號覆蓋上形成良好互補。

衛星通信最大的優點是能夠以較低的成本解決全球信號覆蓋的問題，能確保網絡信號在飛機上、海洋上乃至戈壁荒漠也能隨時隨地的暢通，可以說衛星通信和 5G 基站兩者在信號覆蓋上互補，未來將協同發展。

2）太赫茲頻段適用于衛星通信，將在未來 6G 通信和天地一體化信息網絡中發揮關鍵作 用。

衛星通信帶寬需要的持續增長將需要開發EHF、太赫茲、激光等頻率資源。太赫茲不僅可以用于高速傳輸，還可以用于檢測、成像，將在未來 6G 通信和天地一體化信息網絡中發揮關鍵作用。

3）傳統到高通量衛星轉變可實現吞吐量實現提升 。

高通量衛星（ HTS ， High Throughput Satellite），也稱高吞吐量通信衛星。通俗地來形容，從傳統通信衛星到高通量衛星的轉變，相當于把家庭上網從電話撥號升級到了百兆寬帶。

4） 低軌衛星互聯網星座可實現：

高帶寬、高性能全球覆蓋、可便攜式嵌入式終端、低成本、邊際成本的全球互聯服務。按照軌道高度，衛星主要分為低軌、中軌、高軌三類，其中低軌衛星由于傳輸時延小、鏈路損耗低、發射靈活、應用場景豐富、整體制造成本低，非常適合衛星互聯網業務的發展。

現有中高軌道通信衛星僅解決全球基本覆蓋問題，技術特點無法滿足全球互聯接入需求。

5）基于人工智能及云計算的衛星管理系統：

降低了衛星任務管理成本，解決衛星數量呈指數級增長所帶來的數據量爆炸的問題。

4.1. 低軌衛星與 5G 融合架構形成無縫銜接通信網絡

低軌衛星與 5G 互補應用場景分析：低軌衛星通信不可替代的優勢在于全球無縫覆蓋，特別是接入點分散時的低成本優勢，與 5G 互補，將覆蓋 5G 因技術或經濟因素無法建設和運行的偏遠地區、空中、海洋、沙漠、山區、森林等。在成本可接受的情況下，衛星通信具有其獨特應用價值，但絕不是替代 5G。

（1）增強型移動寬帶（eMBB）應用場景“星鏈”等低軌衛星的優勢是服務于偏遠地區的住戶、空中的飛機乘客、海洋與大湖中船舶的船員和乘客、穿越荒漠的火車乘客、野外科考者等。大多數的衛星終端形態是機載、船載、車載的客戶端設備（CPE），提供 Wi-Fi 接入；野外科考者利用便攜衛星終端直接通信。而對于城市普通用戶而言，5G 手機的小體積、大帶寬和低資費仍具有絕對優勢。

（2）萬物互聯（mMTC）應用場景針對沙漠與海洋等油井和天然氣井、采礦等野外作業、環境和氣候監測、貨運與交通長距離監測跟蹤、邊境和邊防的電子圍欄等行業應用場景，低軌衛星具有全球覆蓋和成本比較優勢。

（3）低時延高可靠（uRLLC）應用場景對于時延敏感業務，衛星通信處于絕對的劣勢。5G 的空口時延是毫秒級；而低軌衛星的空口時延達數十毫秒，車聯網、工業互聯網等應用場景的低時延和高可靠性要求是其無法滿足的。

陸地移動通信基站分布密度與人口密度的地理分布、經濟發展狀況是正相關的，從 1G 到 4G 都是這樣。人口稠密、經濟發達，則基站密度高；反之，人口稀疏、經濟落后，則基站密度低。

另外，基站優先建設在人口稠密和經濟發達的城市和工業園區等，再擴展到人口相對稀疏、經濟欠發達的郊區和農村。

而 5G 目標是服務于千行百業和萬物互聯，那么按道理說未來 5G 基站分布將取決于人口分布或行業應用需求。

矛盾點就在于人的活動空間是相對集中的，而行業應用中需要通信與監控的物體在地理與空間分布上是相對分散的。

某些行業應用需求是 5G 由于技術或 經濟因素很難實現的，特別是空中飛機及無人機、海上油井和船舶、森林防火及野生動 物的視頻監控、天然氣管道及電力線路和鐵路沿線的巡檢、邊境線的防控等應用場景。

即使在陸地的物聯網行業應用，采用 5G 覆蓋，前期商業模式面臨很大的挑戰，收入規模與 5G 建站和運維成本不相匹配。

這就給低軌衛星通信帶來了商機，全球覆蓋，且成本敏感性與行業應用的地理位置和通信接入點區域密度沒有直接相關性，特別是對于低密度用戶接入場景下的寬帶互聯和通信更具優勢。

若通信對象在一定區域（如幾平方千米到幾十平方千米）是密集的，則 5G 基站還是有優勢的，回傳（中繼）則可以是衛星通信，如一個海洋孤島、沙漠中的頁巖油開發區等。

LEO 與 5G 網絡的融合旨在形成一張無縫銜接的通信網絡，覆蓋地球上除極地以外的絕大部分區域，實現空、天、地一體化通信，其融合網絡架構如上圖，系統包括：

a）終端（UE）：以手機、pad為代表的傳統用戶終端（UE）和車載衛星、機載衛星等衛 星終端。

b）用戶鏈路（Service link）：UE和衛星、基站之間的鏈路。

c）空間平臺（Space Platform）：具備星上數據處理及數據透傳能力的衛星。

d）星間鏈路（Inter-Satellite links）：具備星座內或星座間數據透傳的激光或微波鏈路。

e）信關站（Gateway）：負責地面網絡與衛星網絡通信的關口。

f）饋電鏈路（Feeder links）：衛星與地面控制站相互通信的鏈路。

LEO 網絡與地面 5G 網絡融合包括以下方面，從最低程度覆蓋融合向最高程度系統融合遞 進。

a）覆蓋融合：LEO 網絡作為地面移動網絡的補充，用于覆蓋地面移動網難以覆蓋的高山、荒漠、海洋等區域，仍是相互獨立的網絡。

b）業務融合：獨立組網為用戶提供相似的服務內容及服務質量，能達到相當水平的服務標準。

c）用戶融合：用戶使用同一 ID 可接入 2 種網絡，依據網絡場景及網絡質量選擇通信網絡，可自動完成網絡切換。

d）體制融合：二者之具有相同的網絡架構、傳輸和交換協議，終端、地面基站、信關站、衛星可使用相同的技術機制。

e）系統融合：LEO 通信網與 5G 網絡完全融合，形成一張網絡，實現空天地一體化無縫銜接，采用相同的資源調度、計費、漫游方式。

現階段 5G 網絡與 LEO 網絡的融合大多是網絡架構層面的融合，實現二者之間的網絡互 通、架構互聯，可完成多種不同類型的終端之間數據互通，通過云平臺的調度完成融合終端的無差別服務提供。

在下一階段的研究方向中，將重點實現 5G 網絡與 LEO 網絡之間在物理層解決方案、接口架構、核心網結構、鑒權管理解決方案、基于 3GPP 標準的協議和資源控制、通用地面無線接入體系結構和接口協議規范以及服務和系統方面的融合。

4.2. EHF、太赫茲、激光等頻率資源是 6G 天地一體化信息網的技術基石

大力開發 EHF、太赫茲、激光等頻率資源以形成天地一體化信息網。

頻率是通信的基礎和帶寬的源頭。頻段越高，頻率資源越豐富，能夠提供的帶寬越大。經過多年的發展，衛星通信中的 L、S、C、Ku 頻段資源已幾乎被使用殆盡，Ka 頻段正在被廣泛應用。與此同時，衛星通信的 C、Ka 頻段也要面對 5G 網絡的激烈爭奪。

2018 年底，由 Intelsat、SES、Eutelsat、Telesat 全球四大衛星通信運營商組成的 C 頻段聯盟同意讓出 200MHz 供5G網絡使用，這要求衛星通信行業必須大力開發 EHF（Q/V/W）、太赫茲、激光等更高頻段的頻率資源。

太赫茲適用于衛星通信，將在未來 6G 通信和天地一體化信息網絡中發揮關鍵作用。衛星通信帶寬需要的持續增長將需要開發EHF、太赫茲、激光等頻率資源。太赫茲不僅可以用于高速傳輸，還可以用于檢測、成像，將在未來 6G 通信和天地一體化信息網絡中發揮關鍵作用。

太赫茲頻率在 0.1-10THz 之間，兼有微波和光波的特性，具有頻譜資源豐富、抗干擾能力強等技術優勢，其理論傳輸速度可達 1Tbps，是 5G 的 50 倍，4G 的 1000 倍。

2018 年 5 月，Tektronix/IEMN（一個法國研究試驗室）在 252-325GHz 頻段實現了 100Gbps 無線傳輸（最近 IEEE 802.15.3d 標準）。

日本總務省規劃將在 2020 年東京奧運會上采用太赫茲通信系統實現 100Gbit/s 高速無線局域網服務。由于太空中沒有水分吸收問題，太赫茲特別適合用于衛星通信。

4.3. 推動高通量系統技術發展實現吞吐量提升

傳統到高通量衛星轉變可實現吞吐量的提升。

高通量衛星（HTS，High Throughput Satellite），也稱高吞吐量通信衛星。

通俗地來形容，從傳統通信衛星到高通量衛星的轉變，相當于把家庭上網從電話撥號升級到了百兆寬帶。高通量衛星呈現軌道多樣化、高頻拓展的發展特點，供應量預計將大幅增加，預計 2018-2024 年 CAGR 1.7%，從 2018 年的 5%提升到 2024 年的 23%。

地球軌道通信衛星相對于傳統的高地球軌道衛星，具有軌道多樣化、微型生產批量化、終端小型化、時延低、頻率復用率高、能夠覆蓋全球等特點。

從全球高通量衛星容量供應來看，2009 年之前，全球只有北美洲和亞洲地區部署高通量衛星。

2010年以來，高通量衛星系統開始加速發展，目前已經成為衛星容量供應量增量的主要推動因素。

高通量衛星容量供應量在2018年達到1.8Tbit/s，預計到2021年可用容量達到3.8Tbit/s。多個低軌寬帶星座全面投入運營的時間均設在2022年前后，因此預計2022年的可用供應量將大幅增加，達到10.8Tbit/s。

圖 38：通信衛星行業發展趨勢（億美元）

在高通量衛星時代，衛星使用場景不再局限于手持一臺笨重設備，到處搜索衛星信號，只為了打一通電話，而很可能是你用自己的手機連上了 Wi-Fi，享受著與日常無異的上網體驗，而遠程的信號傳輸則是由衛星來完成。

高通量衛星有 3 大特征：1）技術升級；2）頻段拓展；3）軌道開發。

1）技術升級：

高通量衛星是相對于使用相同頻率資源的傳統通信衛星而言的，主要技術特征包括多點波束、頻率復用、高波束增益等；

2）頻段拓展：

高通量衛星逐漸向更高頻段發展，因傳統使用的 C、Ku 頻段逐漸飽和，如 使用 Ka 頻段的中國首顆高通量衛星中星 16 號，又例如銀河航天的使用 Q/V 頻段的 5G 通信衛星。Ka 頻段可用于同步衛星通信的帶寬達到 3.5GHz，超過了現有的 L、S、C、Ku 頻段的總和。此外，Ka 高通量衛星還具有頻率高、抗干擾性強、天線靈活易控等優勢；

3）軌道開發：

地球同步軌道軌位屬于戰略資源，由國家向國際電信聯盟（ITU）申請， 遵循“先申報先使用”的原則。但赤道同步軌道僅此一條，資源相當緊張。

據學者測算， 地球同步軌道可容納衛星 1800 顆。根據國際電聯（ITU）統計，目前在軌運行的同步軌 道衛星共計 522 顆，另有登記在冊未發射的衛星超過 800 顆，考慮很多軌位處在太平洋、 大西洋等廣域海洋上空，可利用性較小，而人口密集的亞洲、歐美地區可用軌位十分有 限。

4.4. 低軌衛星互聯網星座是實現全球互聯的核心解決方案

低軌衛星互聯網星座可實現：高帶寬、高性能全球覆蓋、可便攜式 嵌入式終端、低成本、 邊際成本的全球互聯服務：

五大特點：

1)高穩定性：

系統抗災害能力強，局部的自然災害和突發事件幾乎不影響系統正常工作。

2)低時延：

衛星處在近地軌道運行，天地之間 的通信距離較短，通常在 350 1 000 km ， 與高軌 衛星相比，通信距離明顯縮短，可提供更加實時的 信息傳輸。

3)低成本輕量化終端：

低軌 衛星 在地面終端和衛星輕質量化、低功耗化方面具備明顯優 勢。由于低軌通信距離較短，無線通信信號的衰減明顯減弱，與使用相同頻率的高軌衛 星相比，設備和衛星所需要的發射功率、接收靈敏度都低，功耗下降明顯，可應用嵌入 式技術打開廣闊應用場景。

4)不依賴地面基礎設施：

星座衛星數量龐大，可實現天基中繼傳輸，從而擺脫對地面基礎設施的依賴。

5)可實現全球覆蓋：

通信不受地域限制，并能夠將物聯網擴展到遠海和天空。

按照軌道高度，衛星主要分為低軌、中軌、高軌三類，其中低軌衛星由于傳輸時延小、 鏈路損耗低、發射靈活、應用場景豐富、整體制造成本低，非常適合衛星互聯網業務的 發展。

現有中高軌道通信衛星僅解決全球基本覆蓋問題，技術特點無法滿足全球互聯接入需求 現有的中高軌道衛星解決了地球的覆蓋問題，相當于移動通信的 2/3G 網絡，僅提供基本 語音和低容量的數據業務。

中高軌衛星設計要求穿透性強、信號覆蓋面積大，一般采用的低頻段波段。其組建一個完整覆蓋地球的衛星數量少（如中國天通一號高通量衛星單一一顆可覆蓋全國）。

但存在兩大問題：

（1）地面終端要求嚴格無法脫離成熟通信基礎設施向所有無基礎設施區域用戶提供性價比高的數據業務。

（2）帶寬有限，導致可容納用戶數量有限，無法滿足全球海量用戶的互聯容量需求。因此傳統中高軌道衛星通信主要用于特定用戶的信息互聯或電視轉播。

4.5. 基于 AI 技術的衛星系統自主任務控制和切換將成重要趨勢

“一星多用、多星協同、天基組網、智能自主”為未來重要技術發展趨勢。

隨著低軌通信星座的大規模部署，星座運控成為運營商面臨的現實問題。通過軟件技術實現衛星的自主任務控制和切換，打造太空云平臺，可極大降低未來大規模星座地面運控的復雜度。

同時，隨著未來太空中衛星數量的高速增長，衛星軌道逐漸擁擠，碰撞風險不斷增加， 自主運行衛星可實現在軌自動避讓等操作。

目前來看，無論是洛馬公司基于軟件定義無 線電技術的“智能衛星”（Smartsat）、“黑杰克”項目的“賭臺官”（PitBoss），還是美國 空軍擬打造的“變色龍”（Chameleon）星座計劃，都屬于這一范疇。

特別是“黑杰克”項目所體現出的“一星多用、多星協同、天基組網、智能自主”等技術優勢，已逐步被美軍所認可。在全球衛星發射數量高速增長、低軌通信星座計劃層出不窮的背景下，這一技術顯得尤為重要。

2020年，以特超巨星公司（Hypergiant）為代表的航天創企著力于基于人工智能的衛星系統自主任務控制和切換，可大幅提升大規模衛星群管理能力。

基于人工智能及云計算的衛星管理系統：降低了衛星任務管理成本，解決衛星數量呈指 數級增長所帶來的數據量爆炸的問題。

2020年5月21日，美國人工智能創企—特超巨星公司正式推出名為“超智能航天器增強”（HIVE）的衛星任務管理系統，該系統面向商業用戶和政府用戶，旨在利用人工智能（AI）技術和云計算技術降低衛星任務管理成本，可同時支持人為遠程和自主航天器任務操控模式，減少操控人員的培訓時間，提高衛星運營商的運管效率。

目前，美國空軍太空與導彈系統中心（SMC）已經與特超巨星公司簽署協議，將在未來的任務中使用該平臺。

HIVE 系統具備兩大技術特點：

一是基于人工 智能技術：

系統可自動提取航天器任務操控所需的各類信息，并能通過與外部數據源進 行關聯分析，對未來任務需求、任務類型進行預測，還能對衛星運行的健康狀況進行監 控和診斷，從而自動控制衛星開展相應在軌任務操作。

相比傳統人工模式，有效節省了 數據提取和分析的時間，降低了衛星任務管理成本。在此基礎上，運營商可大幅改進其管理能力，實現從原來同時運管 3 ～ 5 顆衛星提升至 75 ～ 100 顆衛星，解決衛星數量呈 指數級增長所帶來的數據量爆炸的問題。

二是基于云計算技術和下一代人機交互界面技術：

具備各類移動平臺的可移植性，支持在筆記本電腦、平板電腦等各類移動終端遠程上，對所運管的衛星進行操控，這為緊急情況下，衛星操控人員無法現場執行任務提供了極大的靈活性。

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