二、行业现状与发展趋势

1．轨道卫星分类

卫星作为天地融合技术的重要主体承担了关键通信任务。根据卫星距离地面的高度可将卫星轨道的类型分为低轨道、中轨道和高轨道，卫星运行轨道的不同和组网方式差异与卫星的类型紧密相关。

·低轨系统（LEO）是距地面高度低于2000千米的卫星系统，由于距离地球近，有着路径损耗小，传输时延低的特点。随着卫星发射成本的逐年降低，多个LEO卫星可组成星座来实现真正的全球覆盖，频率复用更有效，被认为是最有应用前景的卫星互联网技术。

·中轨系统（MEO）是距地面高度2000千米~35786千米的卫星系统，传输时延一般小于50毫秒，覆盖范围更大。当轨道高度为10000Km时，每颗卫星可以覆盖地球表面的23.5%，因而只要少量卫星就可以覆盖全球。

·地球静止轨道（GEO）是距地面高度35786km的同步静止轨道。理论上，用三颗地球静止轨道卫星即可以实现全球覆盖，信号传播时延为250毫秒以上，链路损耗严重。

图 | 卫星通信轨道高度和覆盖区域示意图，资料来源：学术Plus

图 | 轨道卫星分类，资料来源：头豹研究院

2.卫星频谱与轨道竞争激烈，各国争相布局低轨星座组网

卫星通信频段（频谱）和空间轨道属于全球性、不可再生资源，所有卫星系统在投入使用之前，都必须向ITU（国际电信联盟）申报卫星网络的频率和轨道信息资料，采取“先登先占”原则。

即使是2019年的国际电联通信大会卫星频段新规，也仅要求运营商向国际电信联盟申请一个低轨星座和通信频段后在7年内发射一颗卫星并正常运行90天，然后在两年内发射卫星总量的10%，5年内发射50%，7年后将申请的卫星数量全部发射完毕。也就意味着运营商一共有14年的时间来完成整个星座的建设否则运营商所申请的频段资源将会按发射卫星数量的完成比，进行限制使用。

轨道频率资源是空间互联网建设的先决条件。目前，频谱资源紧张，能够单独使用、实现全球覆盖的L、S、C频段资源几乎殆尽，集中使用的Ku、Ka频段也趋于饱和，C、Ka频段同时要面对5G网络的激烈争夺。随着低频段频谱资源的不断占用,现有的Ku、Ka等高频段资源也难以满足巨大的频谱需求缺口。目前许多国家正在对频率更高的Q频段和V频段进行开发,预计将成为下一代通信卫星的主要发展方向。

轨道频谱资源竞赛促使各国将发力低轨卫星互联。与频谱资源相同，轨道资源也同样具有这样的特性，对于计划大力发展低轨卫星互联的国家或公司，频谱/轨道资源是他们大力发展低轨卫星互联的基础，就如同5G规模商用之前各家运营商需要工信部分发频谱资源和牌照一样。

因此，越早发力低轨卫星互联系统的建设，对于国家或者公司都具有重要的战略意义，目前海外以StarLink和OneWeb为首的低轨卫星建设商正大力发展低轨卫星系统，国内以航天科工、航天科技、中电科为首的国内企业也在大力发展低轨卫星互联。

美国在低轨卫星通信领域拥有领先世界的发展优势。目前，属于美国资产的在轨活跃卫星高达1500多颗，占世界在轨活跃卫星总数的一半。其中，SpaceX计划于2019—2024年间发射约4.2万颗卫星，构建一个多层覆盖的巨大星座提供全球服务；2018年，普京将其“球体”Sphere计划列入国家航天专项计划，以对标美国Oneweb和Starlink，积极布局和发展自己的商业低轨星座；加拿大Telesat公司星座平均单颗卫星效率是Starlink卫星的4倍，积极保持与美国防部的合作，参与美军项目；韩国三星公司提出打造除Starlink外数量最多的低轨卫星星座计划。

地球近地轨道约可容纳6万颗卫星。ITU的卫星频段新规虽然对低轨星座完成建设的时间提出了硬性要求，但这对绝大多数卫星互联网运营商并不困难。因此近年来，越来越多的卫星公司申请了数量庞大的低轨卫星星座计划。若全球低轨卫星通信网络项目均能得以实施，未来五年会有5万余颗低轨卫星入轨，地球1500km以下的近地轨道将进入拥挤状态，优质轨道资源难成体系。

图 | 国外部分低轨卫星通信系统计划概览，资料来源：头豹研究院

国内星座组网需求旺盛，国内商业卫星头部企业纷纷布局（如下表所示）。2020年9月，中国卫星互联网向ITU申请星座规模增至12992颗。其中GW-A59星座分布在500-600公里轨道面，卫星数量6080颗；GW-2星座分布在1145公里轨道面，卫星数量6912颗；2027年前预计发射超过4000-6000颗。

中国星链建设虽起步较晚，但发展态势强劲。一系列低轨卫星通信系统的建设以及民营卫星和运载火箭的相继突破，标志着中国低轨宽带通信卫星系统建设迈出实质性一步。虹云工程是中国航天科工五大商业航天工程之一，计划发射156颗卫星，致力构建一个星载宽带全球移动互联网络。

2018年发射首颗技术试验星，实现单星关键技术验证，预计2025年底实现156颗卫星组网运行完成天地融合系统建设；银河Galaxy预计于低轨发射650颗卫星，目前首发试验已成功，预计2022年左右完成第一批144颗卫星部署，随后从144颗卫星升级到800多颗卫星，最后再升级到2800颗卫星。

图 | 中国部分低轨卫星通信系统计划概览，资料来源：头豹研究院

3.高通量通信卫星占比逐步提升

在宽带化发展的时代，宽带已经成为与水、电、路同等重要的基础设施。在卫星通信领域也随之出现了宽带通信卫星，这种宽带通信卫星又称为高通量通信卫星（HTS，High Throughput Satellite）。

相比于传统通信卫星，高通量卫星在容量及单位带宽成本方面具有优势，带来与地面网络竞争的可能性。高通量卫星建造费用稍高于传统通信卫星，但火箭发射、发射保险的费用与传统卫星持平，以ViaSat公司的高通量卫星与普通卫星进行对比，高通量卫星在容量和单位带宽成本等方面具有优势。

图 | 高通量宽带卫星系统，资料来源：网络图片

高通量卫星起步较早，发展历经三代：

第一代高轨(GEO)低通量卫星通信——应急海事通信、铱星为代表的全球网；第一代第一颗高通量卫星Thaicom4于2005年发射，属于泰国Thaicom公司，标志着通信卫星进入高通量时代；

第二代：高轨GEO高通量单星数据通量大；代表是卫讯公司的ViaSat-1；

第三代：低轨互联网卫星通信，整个星座的数据通量大，数据传输延迟低，代表是卫讯公司的ViaSat-2。

经过三代发展，随着多波束覆盖、频率复用等技术使用，各国的高通量卫星向着系统容量更大、用户终端更小、业务速率更大的高通量方向发展。

图 | 资料来源：源起基金整理

高通量卫星最大的特点就是容量大，其大容量主要通过多点波束及频率复用实现，高通量卫星的频率复用像是将地面的蜂窝设计搬上卫星，通过复用，可以实现可用带宽或可用容量的倍增，每颗卫星得到了数倍或数十倍于常规卫星的可用频率资源，大大降低单位带宽的成本。Ka频段由于具有丰富的频率资源，目前已成为高通量卫星的主要选择，但仍有10%的高通量卫星在使用Ku频段，甚至C频段。

作为新一代高通量卫星通信系统，Ka宽带卫星系统具有常规C、Ku频段卫星通信网络所不具备的竞争优势和显著特点：

（1）频带宽。卫星通信经过多年的发展，目前L、S、C、Ku等频段资源基本枯竭。Ka频段分配给卫星通信可用频率资源为3500MHz，远远大于C、Ku频段的800MHz带宽。即使在信道调制方式不变的前提下，卫星通信系统容量也能提高数倍、十数倍甚至数十倍。

（2）雨衰大。Ka宽带卫星通信系统容量虽然得到百倍甚至千倍提升，但由于工作频段较高，降雨引起的链路损耗比C和Ku等低频段大得多。

（3）多点波束。为了满足日益增长的通信带宽需求，Ka宽带卫星通信系统普遍采用多点波束、让同一频段在不同的空间内得到重复利用来扩展通信容量。如国际海事通信卫星公司的国际海事通信卫星-5（Inmarsat-5）就是通过89个宽点波束和8个可移动高容量波束实现频率的复用和全球覆盖。

（4）容量大。丰富的频率资源与多点波束的组合运用，使得Ka宽带卫星通信系统的容量得到数十倍甚至百倍以上的提高。目前，美国卫讯公司（ViaSat）的卫讯-2（ViaSat-2）卫星的最大系统容量已达300Gbps，正在发展的新一代超高容量的GEO卫星星座卫讯-3（ViaSat-3）将由3颗卫星组成，单星吞吐量超过1Tbps。

（5）便于越区切换。引入多点波束技术后，Ka宽带卫星通信系统每个波束覆盖的区域直径大小从过去的千公里尺度缩小到200～500km的尺度。这一方面提高了卫星容量，另一方面，对于飞机和列车这样的移动平台，在行进过程中便于进行波束切换，从而使我们在飞机、高铁上都可以享受快捷的移动通信服务。

同时，为了适应宽带接入等互联网应用环境，Ka宽带卫星通信系统采用全互联网协议设计，便于服务提供商开展各类互联网协议应用，尤其是面向公众的互联网协议类应用。

正是由于Ka频段宽带卫星通信系统的特点和优势，很好地适应了目前及其未来卫星互联网接入和宽带通信的需求，适应了日益增强的个人通信、个人上网、个人视频业务传输的需求。目前高通量卫星在宽带接入、数据中继、基站回传、航空船载娱乐等方面都得到了广泛应用。

综合考虑各种网络建设成本，由于偏远地区地面网络铺设成本较高，相比而言，高通量卫星在偏远地区的网络建设成本较低，且能提供 10Mbps以上的优质网速。由于偏远地区宽带覆盖率仍不能满足用户需求，卫星宽带业务具备较大的市场空间。经测算可得，2025年，中国对高通量卫星有需求的用户最高将达468.88万户，需求容量最高可达1T。东南亚和南亚地区相比其他区域来说，需求量更大一些，其需求最低约为9.11G。

高通量卫星由于其高容量、低带宽成本的特点，为通信卫星行业带来了更多的应用可能，未来将飞速发展。2018年高通量卫星收入约为67亿美元，未来保持约30%的年复合增长率，在2024年达到约320亿美元的市场规模。其中，最主要的收入来源于公众宽带接入和移动通信。高通量卫星将进一步推动通信卫星行业发展，同时高通量卫星占比将进一步提升，从2018年5%的占比上升2024年预计23%。

根据NSR的预测，2024年高通量卫星行业收入构成将与当前通信卫星行业的收入构成有很大差别：

公众宽带：2024年将占高通量卫星行业收入的23.6%，是最大收入来源，而2015年宽带业务收入仅在通信卫星行业占据1.5%。

移动通信：2024年将占高通量卫星行业收入的22.3%，是第二大收入来源，而2015年移动通信收入仅在通信卫星行业占据2.7%。

中继通信：2024年将占高通量卫星行业收入的15%，在2015年通信卫星行业中由于体量偏小并没有单独统计，而是并入移动通信的类别。

企业商用和公务通信：2024年将分别占高通量卫星行业收入的18.6%和17%，虽然该部分份额按用户类型划分，但从应用方式看仍将以宽带接入和移动通信为主。

广播通信：并非高通量卫星的主要应用领域，虽然2015年作为通信卫星行业最大收入来源，占比高达81.5%，但预计2024年仅占高通量卫星行业收入的3%。

4.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 | 空天地海一体化网络，资料来源：民生证券研究院

空天地海一体化通信系统的建设是民用通信系统进一步发展，以及大国发展与安全战略下的必然选择。

5.军工信息化加速建设为行业增长提供助力

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）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。

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，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 | 2011-2021年我国国防支出逐步走高，资料来源：Wind

在军工通信中卫星互联网扮演重要角色。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。

我国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。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。

6.行业发展趋势小结

（1）轨道频谱资源的布局与争夺刻不容缓，各国申请数量激增，积极布局低轨星座；

（2）卫星通信向高频段（Ka、Q、V）和高通量发展；

（3）扩展通信覆盖的深度和广度，向空天地海一体化融合发展；

随着信息技术和互联网技术的高速发展，全球对移动通信和高速数据交换的需求迅速增长，对通信网络的全球“无缝”覆盖提出了更高要求，卫星通信产业迎来了新的发展机遇。

当前我国卫星互联网的发展尚处早期起步阶段，短期伴随卫星组网环节加速推进下以卫星生产制造和地面设备建设为主的新型基础设施建设环节将率先受益，后续随着技术设施建设的逐步完善，中长期维度下游卫星互联网应用侧相关环节将迎来黄金发展阶段。

免责声明：本公众号发布内容部分信息来源网络，本平台不对文章信息或资料真实性、有效性、准确性及完整性承担责任。文章仅供阅读参考，不作任何投资建议，如有侵权请联系删除。