通信行业深度报告通信网络天地一体化,未来

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报告出品方:太平洋证券

以下为报告原文节选

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一、天地网络一体化走向已定,6G行业演化方向明确

(一)天体一体化理论框架将定

传统的卫星通信系统和地面蜂窝网络互相独立。但全球通信生态系统中,卫星通信被认为将是5G-Advanced和6G的重要组成部分。第三代伙伴关系项目(rdGenerationPartnershipProject,GPP)已针对卫星与5G技术一体化开展研究,并将该一体化技术命名为“非地面网络(Non-TerrestrialNetwork,NTN)”。年底,基于5G新空口的非地面网络和物联网非地面网络的第一个工作项目在R17获得批准。从R17至R19,再生卫星和透传卫星预计均将支持NR基本特性。目前全球设备商已经开始围绕NTN网络进行新一轮的技术、产业布局。卫星互联网和地面网络系统的融合已经成为趋势。预计理论框架将在年彻底完成。

根据gpp--g20文件规定,卫星网络主要组成部分如下:

1.信关站:用于连接非地面网络和公共数据网络的若干个地面站。A.地球同步轨道(GEO)卫星会同时覆盖若干个地面信关站。B.非地球同步轨道卫星一次由一个或几个地面信关站连续服务。以此保证服务的连续性,星链一般一个地面站与8颗卫星连接。2.卫星(或UAS平台):用于实现透明或再生(带机载处理)有效载荷。A.透明转发载荷:无线电频率滤波、变频和放大。因此,信号传输过程中的波形信号不发生改变;B.再生转发载荷:射频滤波、变频和放大,以及解调/解码、开关和/或路由、编码/调制。这实际上相当于在卫星(或UAS平台)上拥有全部或部分基站功能(例如gNB)。

透明转发载荷对地面设备要求相对简单。仅需要在传统5G基站下挂在信关站即可保证卫星网络接入。但是,由于低轨卫星的视场范围不超过公里,实施过程中会需要建设大量的地面信关站以保证卫星的稳定接入。再生转发载荷让卫星拥有了星上处理能力,实质上拥有了部分甚至全部的基站功能。通过激光通信或传统无线通信,卫星间可以传递信息。数据可以在卫星间多次传导后接入地面信关站。理论上激光在真空中传播的速度约是光纤中的1.5倍,数据流可以更高效地传输。同时由于部分基站功能上升至卫星,信关站可以直接挂载在运营商核心网,极大程度上减少了地面信关站的建设成本。.卫星间链路(ISL):卫星星座的一个可选组成部分。依赖于再生转发载荷。ISL可以采用传统无线频段或光波段。可以实现卫星间的数据交换。

(二)卫星通信向一体化、高通量方向演进

1.通导遥一体化

根据卫星的实际用途可以分为:通信卫星、导航卫星以及遥感卫星。传统的卫星方案是通导遥分离,卫星平台一次只会搭载一种载荷。在部分场景如应急救灾,需要三种卫星体系协同作业,效率非常低下。年汶川地震时,获取第一幅卫星影像花了6个小时。年天津港爆炸时,获取第一幅卫星影像的时间缩短到12个小时。年九寨沟地震时利用了无人机,获取受灾现场图像的时间缩短到了4个小时,却仍然远远不能满足快速响应的要求。此外,与国际相比,美国有秒级的空间网络和分钟级的处理服务,响应时间在12分钟之内,而我国目前是小时级的过境传输网络和小时级的处理服务,两者差距较大。我国发现敏感事件的反应速度要几十个小时,境内需要10小时,境外需要20小时甚至0小时,与美国相比差距巨大。目前全球范围内,没有国家真正意义上完成通导遥一体化平台的设计-建设工作。但是可以预见这将是未来的发展方向。

2.高通量化

根据传输带宽的大小可以将卫星分为宽带卫星/高通量卫星(HTS,HighThroughputSatellite)和窄带卫星。传统卫星通常都是窄带卫星,其通量约为1-2Gbps,而高通量卫星通量可达传统卫星的数十倍。主要原因在于:a.频率:而高通量卫星广泛使用Ku波段(12-18GHz)和Ka波段(27-40GHz),频率资源丰富。b.卫星平台升级:由于电子科技的进步,卫星平台的负载能力有了大幅的提升。c.多波束技术,卫星平台升级后,卫星搭载天线的尺寸和数量增加。

.低轨道化

根据赛迪顾问的《“新基建”之中国卫星互联网产业发展研究白皮书》,低轨通信卫星发展可以分为三个阶段:

与地面通信网络竞争阶段(20世纪80年代~年)。以摩托罗拉公司“铱星”星座为代表的多个卫星星座计划被提出,“铱星”星座通过66颗低轨卫星构建一个全球覆盖的卫星通信网。这个阶段主要以提供语音、低速数据、物联网等服务为主由于通信质量、资费价格等方面的缺陷,在与地面通信网络的竞争中宣告失败。对地面通信网络补充阶段(~年)。以新铱星、全球星和轨道通信公司为代表,定位主要是对地面通信系统的补充和延伸。与地面通信网络融合阶段(年至今):以一网公司(OneWeb)、太空探索公司(SpaceX)等为代表的企业开始主导新型卫星互联网星座建设。卫星互联网与地面通信系统进行更多的互补合作、融合发展。卫星工作频段进一步提高,向着高通量方向持续发展,卫星互联网建设逐渐步入宽带互联网时期。

(三)低轨通信卫星市场空间广阔

卫星通信市场空间广阔。赛迪智库发布的《中国卫星通信产业发展白皮书》显示,年我国卫星通信设备行业产值将有望超过亿元,相关设备制造市场空间巨大;据通信产业报预计,小卫星产业迅速发展带动卫星制造市场,年全球小卫星制造和发射市场规模将超过亿美元,产业规模增长迅速,经济效益可观;StrategyAnalytics预测,到年,卫星通信系统市场规模(包括卫星有效载荷和卫星终端)将占军用通信市场规模的7.2%,市场价值将达17亿美元。

截至年7月,全球范围内多个国家均提出了自己的卫星星座计划,共包涵卫星颗。其中,美国SpaceX公司的Starlink(星链)星座计划卫星数量最高,达4颗,占总数的60.05%;其次为我国的星网计划(GW),卫星数量为1颗,占比18.58%。

据摩根大通测算,星链计划单颗卫星造价在50万美金到万美金之间(根据NASA


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