通信行业专题报告：北斗系统将全球组网，卫星通信进入新阶段.pdf

通信行业专题报告 请务必阅读正文之后的免责声明 渤海证券股份有限公司具备证券投资咨询业务资格 1 of 38 Table_MainInfo 北斗系统将全球组网，卫星通信进入新阶段 通信行业专题报告 专题研究小组成员： 徐勇 2020年1月2日 Table_Summary 投资要点： 北斗导航系统将实现全面组网，产业链发展进入新阶段 目前，北斗三号全球系统组网收官阶段，明年上半年完成全部组网，可以提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务，对于交通运输、农林渔业、气象预报等领域将产生显著经济和社会效益，同时也改变着人们的生活。北斗产业链是国家战略新兴产业，从元器件供应商、产品制造商到集成商运营商，将随着市场规模的扩大逐步向深层次发展，并由此产生龙头企业。同时伴随着北斗卫星导航产业进入全球服务，北斗卫星应用与物联网、大数据、云计算相融合，将拓展出更加广阔的市场空间，卫星导航市场将呈现爆发式增长的局面。 低轨卫星移动通信系统将迎来爆发期 近年来，低轨卫星移动通信在技术突破和应用需求增强的促进下，形成了快速发展的趋势。由于低轨道卫星重量轻，卫星数量大，覆盖范围广，研发迭代周期短，成本低廉，便于组网。低轨卫星通信系统组成的星座可以实现真正的全球覆来保证无线通信系统的质量和高可靠性。同时多址、点波束、频率复用等技术已经为低轨道卫星移动通信提供了技术保障。目前国外的星链计划和OneWeb星座、国内的鸿雁星座和虹云星座都已经正式进入实施阶段，一旦完成部署，可满足全球宽带互联网用户的规模化接入需求，也可满足应急通信、传感器数据采集以及工业物联网、无人化设备远程遥控等对信息交互实时性要求较高的应用需求，从而构建以卫星通信为基础的太空互联网。 5G的增强演进来自于高通量卫星系统的支持 高通量卫星使用 Ka 频段，多点波束、频率复用、高波束增益，通信总容量达 20Gbps，超过了之前所有研制的通信卫星容量的总和，实现与地面网络的融合互通，为运营商提供了回程服务、基站拉远等服务，成为 5G 时代的卫星宽带业务和船载、机载、车载卫星通信业务的主要实现方式。在3GPP.R16标准中，已经制定了针对卫星网络应用的10个通信场景，这将在5G 网络建成后，进一步促进卫星通信在未来通信网路中的重要地位。基于5G网络和高通量卫星通信这种形式组网的天地一体化网络，已经具备泛在覆盖、降低地面网络依赖、提高网络弹性等特点。用户将能够在任意时间、地点透明地享受来自于地面网络/天基网络的融合服务，用户可以使用现有的智能手机和平板电脑访问卫星网络，从而产生更加的优质的应用体验，以此也给当前卫星产业链上下游的卫星制造、火箭制造、广播电视、通信行业及其他行业用户带来新的发展机遇。 风险提示: 北斗应用推广不及预期；卫星通信市场拓展不及预期。 行业研究 证券研究报告 专题报告 Table_IndTeam 专题研究小组 徐勇 SACNO S1150516060001 010-68104602 xuyongbhzq Table_Contactor Table_IndInvest 子行业评级 通信运营 中性 电信服务 中性 设备与服务 看好 Table_StkSuggest 重点品种推荐 通信行业专题报告 请务必阅读正文之后的免责声明 2 of 38 目 录 1. 北斗导航系统 . 4 1.1 北斗导航系统概述 . 4 1.2 北斗导航系统组成与特色技术 . 6 1.2.1 北斗导航系统组成 . 7 1.2.2 北斗导航系统终端定位技术 . 8 1.2.3 北斗导航地基/星基增强定位技术 . 9 1.2.4 北斗短报文技术 . 9 1.2.5 重中之重的“原子钟” . 10 1.3 北斗导航系统的进展 . 11 1.4 北斗导航系统提供的多种服务 . 12 1.5 北斗导航系统产业链和应用产业化 . 13 1.5.1基础产品及设施 . 13 1.5.2 行业应用 . 16 1.5.3 大众应用 . 17 1.6 北斗导航系统发展趋势 . 18 2. 低轨卫星移动通信 . 18 2.1 低轨道卫星移动通信系统特点 . 19 2.2 低轨道卫星移动通信系统实例 . 19 2.3 低轨道卫星移动通信系统产业生态 . 22 2.4 低轨道卫星物联网应用 . 23 3. 高通量卫星与5G的融合 . 25 3.1 高通量卫星通信系统 . 25 3.2 通信卫星行业发展趋势 . 27 3.3 卫星通信系统与5G的融合 . 28 4. 卫星通信产业链及相关上市公司 . 30 4.1卫星行业发展趋势 . 30 4.2 卫星通信相关公司 . 31 4.2.1 北斗星通 . 31 4.2.2 海格通信 . 31 4.2.3 中国卫通 . 32 4.2.4 振芯科技 . 33 4.2.5 中国卫星 . 33 4.2.6 华测导航 . 34 通信行业专题报告 请务必阅读正文之后的免责声明 3 of 38 图 目 录 图1：北斗一号，二号和三号系统 . 4 图2：北斗导航系统星历星座图（2019-12-30） . 5 图3：2013-2020年我国卫星导航与位置服务产业总产值及预测 . 6 图4：北斗导航系统空间段设备 . 7 图5：北斗导航系统地面段的设备 . 7 图6：北斗导航系统用户段的设备 . 7 图7：北斗GEO卫星和北斗MEO卫星 . 8 图8：差分BDS系统数据链数据流程 . 8 图9：A-BDS定位方案 . 9 图10：星载氢原子钟 . 10 图11：北斗卫星导航标准单点定位精度（数据采样间隔为30s） . 13 图12：北斗卫星导航空间信号测距误差 . 13 图13：全球GNSS产业市场份额分布 . 13 图14：UC6226 超小尺寸低功耗芯片 . 14 图15：UC6226 车规级高性能芯片 . 14 图16：D-Helix天线 . 14 图17：3D基准站天线 . 14 图18：UR4B0 四系统多频高精度接收机 . 15 图19：T300 GNSS接收机 . 15 图20：北斗地基增强系统基准站 . 15 图21：低轨道卫星星座示意图 . 19 图22：太空探索公司星链项目卫星 . 20 图23：OneWeb卫星效果图 . 20 图24：鸿雁卫星星座通信系统 . 21 图25：OneWeb构建的卫星通信生态 . 23 图26：OneWeb卫星制造工厂 . 23 图27：天启星座通信系统 . 24 图28：我国卫星通信系统发展历程 . 25 图29：中星16号卫星移动通信系统 . 26 图30：5G网络中非地面网络架构 . 28 图31：3GPP的4种星地融合的网络架构 . 29 表 目 录 表1：2020 年北斗系统计划提供的服务类型 . 12 通信行业专题报告 请务必阅读正文之后的免责声明 4 of 38 1. 北斗导航系统 1.1 北斗导航系统概述 为了发展卫星导航产业，将其定位、导航和授时等功能用于服务经济社会发展和民生改善，提高全球卫星导航系统的综合应用效益，我国自上世纪九十年代启动北斗系统研制工作，在经历了 25 年的研究与发展，目前已经基本建成了北斗卫星导航系统（BDS）， 免费为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、测速和授时服务。随着北斗系统在移动通信领域的建设和发展，相关产品已广泛应用于社会各个领域，逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面，同时对于保障国家安全、促进经济社会的发展、提高我国的国际地位等诸多方面，都具有十分重大和特殊的意义。 北斗导航系统按照“三步走”发展战略，先有源后无源，先区域后全球，先后建成北斗一号、北斗二号、北斗三号系统。这三个系统建设过程如下： 图1：北斗一号，二号和三号系统 资料来源：中国卫星导航系统管理办公室 渤海证券 （1）建设北斗一号系统：1994 年，启动北斗一号系统工程建设；2000 年，发射2 颗地球静止轨道卫星，建成系统并投入使用，采用有源定位体制，为中国用户提供定位、授时、广域差分和短报文通信服务；2003 年，发射第3 颗地球静止轨道卫星，进一步增强系统性能。 （2）建设北斗二号系统：2004 年，启动北斗二号系统工程建设；2012 年，完成14 颗卫星（5 颗地球静止轨道卫星、5 颗倾斜地球同步轨道卫星和4 颗中圆地球轨道卫星）发射组网。北斗二号系统在兼容北斗一号系统技术体制基础上，增加无源定位体制，为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。 （3）建设北斗三号系统：2009 年启动北斗三号系统建设；2020 年将完成30 颗通信行业专题报告 请务必阅读正文之后的免责声明 5 of 38 卫星发射组网，全面建成北斗三号系统。北斗三号系统继承有源服务和无源服务两种技术体制，为全球用户提供定位导航授时、全球短报文通信和国际搜救服务，同时可为中国及周边地区用户提供星基增强、地基增强、精密单点定位和区域短报文通信等服务。特别指出的是2019年12月16日，第五十二、五十三颗北斗三号导航卫星发射成功后，所有中圆地球轨道卫星全部发射完毕，标志着北斗三号全球系统核心星座部署完成，为实现全球组网奠定坚实基础。北斗三号系统将向全球用户提供基本导航、短报文通信、星基增强、国际搜救、精密单点定位服务等业务。 此外中国还计划 2035 年，以北斗系统为核心，建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系。 图2：北斗导航系统星历星座图（2019-12-30） 资料来源：中国卫星导航系统管理办公室测试评估研究中心 渤海证券 建成后的北斗系统快速形成区域服务能力，并逐步扩展为全球服务的中国特色发展路径，其具有以下特点：一是空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其在低纬度地区性能优势更为明显。二是提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。三是创新融合了导航与通信功能，具备定位导航授时、星基增强、地基增强、精密单点定位、短报文通信和国际搜救等多种服务能力。 在北斗导航系统建设过程中，政府积极推进中华人民共和国卫星导航条例立法进程，保障卫星导航产业健康、快速、持续发展，并发布国家卫星导航产业中长期发展规划，从国家层面对卫星导航产业长期发展进行总体部署，提供国家宏观政策指导。发改委、科技部、工信部等各部委以及国内各个省市也出台了一系列推动北斗系统应用的政策文件和具体举措。正因为北斗导航系统的重要的战略性意义，北斗也快速与移动通信、云计算、物联网、工业互联网、大数据和区通信行业专题报告 请务必阅读正文之后的免责声明 6 of 38 块链等技术的相互融合，实现了北斗卫星导航系统相关产业规模也迅速壮大。我国卫星导航与位置服务企业已达14000家，从业人员超过50万人，形成珠三角、京津冀、长三角、鄂豫湘、川陕渝五大产业区域，截至 2019 年年底，申请累计7万件，位居全球第一。同时，北斗高精度产品目前已出口至90多个国家和地区，为全球科技、经济和社会发展做出贡献。 中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书(2019)显示，2018年中国卫星导航与位置服务产业总体产值达 3016 亿元，较 2017 年增长 18.3%。与卫星导航技术研发和应用直接相关的，包括芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备、基础设施等在内的产业核心产值达1069亿元，占总产值的35.44%，北斗对产业的核心产值贡献率达80%，由卫星导航衍生带动形成的关联产值达1947亿元。同时国家卫星导航产业中长期发展规划提出，到 2020 年，我国卫星导航产业规模将超过 4000 亿元。北斗卫星导航系统及其兼容产品将在国民经济重要行业和关键领域得到广泛应用，在大众消费市场逐步推广普及，对国内卫星导航应用市场的贡献率达到60%。 图3：2013-2020年我国卫星导航与位置服务产业总产值及预测 0500100015002000250030003500400045002013 年 2014 年 2015 年 2016 年 2017 年 2018 年 2020 年卫星导航与位置服务产业 总产值资料来源：中国卫星导航定位协会 渤海证券 1.2 北斗导航系统组成与特色技术 北斗卫星导航系统（BDS）是中国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航、授时和短报文通信服务的国家重要空间基础设施。北斗与美国的 GPS、俄罗斯的 GLONASS、欧盟的Galileo构成全球四大卫星导航系统。 通信行业专题报告 请务必阅读正文之后的免责声明 7 of 38 1.2.1 北斗导航系统组成 北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成： （1） 空间段由地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星等组成； （2） 地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站，以及星间链路运行管理设施； （3） 用户段包括北斗及兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端设备、应用系统与应用服务等。 图4：北斗导航系统空间段设备 资料来源：中国卫星导航系统管理办公室 渤海证券 图5：北斗导航系统地面段的设备 资料来源：中国卫星导航系统管理办公室 渤海证券 图6：北斗导航系统用户段的设备 资料来源：中国卫星导航系统管理办公室 渤海证券 通信行业专题报告 请务必阅读正文之后的免责声明 8 of 38 一般空间段的卫星是采用中圆轨道，因为这样对称星座，轨道面均匀，相位也均匀，是覆盖全球的最优星座，美国、俄罗斯的导航系统均采用系类轨道，但是此类轨道上的卫星每天只有30%的时间位于中国的国土上空，其他时间不能为中国提供服务。因此北斗二号系统首创用倾斜地球轨道卫星（IGSO卫星），该类卫星也是同步卫星，但轨道倾角是 55 度呈“8”字形，有 70%-80%的时间停留在中国的国土上空。这样一个星地一体的卫星网络，对大型复杂星座控制与管理也是确保北斗导航系统可靠性的关键。这样的星座设计可以边建边用、以用促建，对于逐步实现卫星导航的构想是必由之路，也更符合中国国情。 图7：北斗GEO卫星和北斗MEO卫星 资料来源：中国卫星导航系统管理办公室 渤海证券 1.2.2 北斗导航系统终端定位技术 为实现快速高精度定位，北斗系统采用网络辅助信息+差分BDS等技术，通过移动通信运营基站提供的网络辅助定位信息实现快速定位。差分 BDS 系统由参考站、数据中心、数据链和用户设备等部分组成，其中数据链在差分 BDS 系统中具有关键性作用，因为它是定位数据高效、大容量、低误码率的传输的保证。 图8：差分BDS系统数据链数据流程 资料来源：中国信息通信研究院 渤海证券 在BDS之外，还有A-BDS即辅助北斗定位技术，用来提高北斗卫星定位系统的性能，支持具有北斗功能的手机。在卫星定位信号传播条件较差的环境中，A-BDS 系统可以通过运营商基站信息来进行快速定位，具体方案如图所示。A-BDS技术利用运营商商网络增强数据获取能力，具有定位时间短、耗电量低、灵敏度高等显著优势。 通信行业专题报告 请务必阅读正文之后的免责声明 9 of 38 图9：A-BDS定位方案 资料来源：中国信息通信研究院 渤海证券 正在建设的5G网络将为A-BDS技术注入新的发展动能。5G网络具有高速率、低延时、超高密度连接等特点（相对于 4G，性能提高 1 个数量级）。融合北斗卫星导航技术与 5G 通信带内定位技术，可弥补北斗室内及遮挡条件下定位性能的不足。北斗特有的短报文功能也能通过5G技术实现信息的高效传输。 1.2.3 北斗导航地基/星基增强定位技术 北斗地基增强定位技术利用北斗/GNSS 高精度接收