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一、衛星通信地面系統構成
衛星通信地面系統一般採用包括信關站、用戶站等構成的星形結構。信關站的容量較大，一般配置大口徑天線，用於連接地面網絡和衛星饋電波束。用戶站通過通信衛星與信關站進行通信。通常，用戶站向信關站傳輸的流量較小，而回程數據流量較大。除此之外，衛星通信地面系統還包括網絡運營中心，用於管理衛星網絡和用戶服務。
信關站用於連接衛星和地面網絡，主要由射頻分系統、基帶分系統組成，基帶分系統又包括衛星數據機、接入服務網、web 加速器、網絡路由和安全系統等。
1.1.1 射頻分系統
信關站射頻分系統包括天線、射頻部件和中頻部件等。信關站天線尺寸較大，一般直徑達數米到十餘米； 射頻部件包括濾波器、低噪放、功放等，中頻部件主要為上下變頻器件。射頻分系統與基帶分系統交換中頻信號，用於將衛星發送來的射頻信號變換至中頻，將基帶分系統發來的中頻信號上變頻至射頻並放大輻射到衛星上。
1.1.2 基帶分系統
數據機系統：對用戶終端和信關站路由器及伺服器之間的數據流量進行管理和控制，同時也可實現對前向、反向鏈路的功率、頻率以及衛星網絡帶寬的管理。
接入服務網絡（ASN）：ASN 負責認證和授權用戶訪問，並實施服務質量（QoS）管理。
Web 加速器：用於提高基於 HTTP 和TCP 的應用程式的吞吐量和最終用戶性能的軟體，加速伺服器位於網關，客戶端軟體嵌入用戶終端。
網絡安全和路由：此子系統實施流量安全和 QoS 策略，並將所有管理和數據流量路由到目標網絡目的地。它包括路由器、L2/L3 交換機、防火牆、流量整形器和 AAA、DHCP、TFTP 和 NTP 伺服器。
1.2 用戶站
典型用戶站主要包括三部分:天線、室外單元（ODU）、室內單元（IDU）。室外單元由饋源、接收設備（低噪聲放大器和下變頻器）、發射設備（高功放和上變頻器）組成。室外單元通過中頻連接電纜連接到室內單元。室內單元包括基帶接收設備（中頻下變頻器和解調器）、基帶發射設備（中頻上變頻器和調製器）等。用戶站的天線一般為 1 米左右，採用固態功放。
1.3 網絡運控系統
網絡運控系統一般通過網絡管理系統（NMS）、運營支撐系統（OSS）和業務支撐系統（BSS）系統來管理衛星網絡和用戶服務，其主要功能包括：客戶訂閱和計費、自動化非接觸式資源調配、確保按照最終用戶服務級別協議提供服務、對多個遠程網關和衛星實施中央控制。
二、典型衛星通信系統的地面系統
2.1 Viasat 系列通信衛星的地面系統
美國衛訊公司的 Viasat-1 高通量衛星於 2011 年 10 月發射升空，通信總容量高達 140Gbps，是當時全球在軌最高容量的通信衛星。Viasat-1 採用四色復用方式，共有 72 個點波束，其中 63 個覆蓋美國本土，9 個波束覆蓋加拿大。Viasat 採用美國衛訊公司自研的 Surfbeam 系統，在美國設置 17 個信關站，在加拿大設置 4 個信關站，每個信關站使用 7 米長的大型天線和一棟大樓，大樓用來容納連接光纖網際網路主幹網的設備。
2017 年 6 月，Viasat-2 衛星成功發射，該衛星通信容量超過 300Gbps。為了最大限度地利用 ViaSat-2 高吞吐量衛星的能力，ViaSat-2 設置 45 個信關站，但每個信關站的成本不到 Viasat-1 信關站的一半。ViaSat-2 網關的每根天線的直徑將略大於 4 米，佔用更小的面積，比 ViaSat-1 架構提供更高的網絡可靠性和更高的安全性。
對於即將推出的三顆 ViaSat-3 系列衛星，ViaSat 希望有數百個信關站，用戶數據可以分布在數百個信關站之間，任何一個信關站的可靠性將變得沒有那麼重要，降低了可靠性要求的信關站造假也將變得非常便宜，預計將降至 100 萬美元以內。
截至 2020 年 3 月，Viasat 系列衛星共擁有 59 萬個居民用戶，ARPU 高達 93.06 美元；服務的飛機達到 1390架，在北美窄體客機中市佔率為 29%。
2.2Hughes 系列通信衛星的地面系統
美國休斯網絡公司在 2008 年發射了通信容量為 10Gbps 的 Spaceway-3 衛星，2012 年發射了通信容量達100Gbps 的 EchoStar 17 衛星，2016 年發射了通信容量為 220Gbps 的 EchoStar 19 衛星，共有 138 個用戶波束，22 個饋電波束，可同時為 200 萬用戶提供服務。
休斯公司的衛星通信系統採用了自研的Jupiter 系統。截至 2019 年底，休斯公司共擁有 147.7 萬個居民用戶。
2.3 天通一號的地面系統
「天通一號」衛星移動通信系統於 2011 年正式立項研製，是我國自主研製建設的第一個大容量地球同步軌道衛星移動通信系統，可以實現對海洋、山區和高原等地區的無縫覆蓋，並為車輛、飛機、船舶和個人等移動用戶提供語音、數據等通信服務。
電科 54 所衛通專業部承研了天通一號衛星移動通信系統民用信關站。該信關站由衛星接入網、核心網、業務系統和支撐系統組成，是我國自主研製的天通一號衛星移動通信系統核心通信設施，也是國內首個支持電信運營級應用與服務的大型衛星通信地面站。該站具備支持覆蓋領土和領海 111 個衛星波束同時通信的能力，可支持衛星手機和衛星手機之間、衛星手機和地面其它通信設備之間的話音和數據通信。
2.4 中星 16 號的地面系統
我國自主研發的第一顆Ka 寬帶衛星中星 16 號衛星於 2017 年 4 月成功發射，該衛星能提供 20Gbps 的容量， 是傳統衛星容量的 10 倍。中星 16 號衛星設計有 26 個用戶點波束和 3 個饋電波束，覆蓋我國除西北、東北的大部分陸地和近海近 300~600 公里海域。
中星 16 號系統採用多點波束多關口站設計，通過地理隔離，信關站重複使用同一頻段達到擴大衛星容量的目的。中星 16 號衛星設計三個饋電波束，地面相應建設三個信關站為所在饋電波束對應的用戶波束提供接入服務，三個信關站分別設置在懷來、成都、喀什。從中國衛通招股說明書中可以看到，在建工程中「Ka 頻段寬帶多媒體通信衛星地面系統項目」預算為 2.6 億元。
2.5 低軌寬帶網際網路衛星星座的地面系統
低軌寬帶網際網路衛星星座的地面系統將更為複雜，體現在以下幾個方面：1）低軌衛星是高速移動的；2）低軌衛星數量龐大；3）星座通信總容量巨大。因此，低軌寬帶網際網路衛星星座的地面系統將更為複雜，造價要更高。Gilat 衛星網絡全球客戶主管 AmirYafe 指出，LEO 將要求「網關數量增加一個數量級，網關天線數量增加兩個數量級」。運營 Jupiter 系統 VSAT 平臺的 Hughes 國際副總裁 DaveRehbehn 表示：「整個系統需要相當高的複雜度和計算能力，才能適應所有這些轉換。」
2017 年，休斯網絡系統公司宣布與 OneWeb 籤署了價值 1.9 億美元的 OneWeb 低軌衛星星座地面網絡系統的合同。該合同在兩個公司 2015 年籤署的原型系統開發協議基礎上達成，使得整個系統項目投資達到 3 億美元。合同包括關口站設備和多個具備跟蹤功能的衛星天線，以實現用戶流量在多個衛星間的切換，該協議包括了遍布全球的關口站裡的支持多個衛星接入點的設備，每個關口站包括客戶交換設施，室外數據機和功率放大器等。
三、衛星通信地面系統主要廠商
3.1 國外廠商
國外衛星通信地面系統廠商主要包括美國衛訊（Viasat）、美國休斯網絡公司（Hughes）、以色列吉來特公司（Gilat）、美國 iDirect 公司、美國通用動力公司等。
3.1.1Viasat
美國衛訊公司成立於 1986 年，總部位於加利福尼亞州，核心業務是衛星通信設備的研製及銷售。隨著核心業務市場發展，公司在 2009 年收購了美國一家衛星寬帶服務提供商——WildBlue 通信公司，從而進入了衛星寬帶服務市場。2011 年，公司運營的 Viasat-1 發射升空，該衛星為當時通信容量最大的衛星，在衛星通信業界引起了極大震撼。目前 Viasat 已覆蓋整個衛星通信產業鏈，包括衛星運營、地面設備製造和提供寬帶服務。
公司業務分為三部分：衛星服務、商業網絡和政府系統。2020 財年，衛星服務、商業網絡和政府系統分別佔公司營收的 36%、15%、49%。公司營收主要包括衛星產品和衛星服務兩大類，衛星產品營收佔比為 51%。美國政府作為單一大客戶佔公司營收 30%左右。
Viasat 衛星系統主要產品包括信關站天線及其控制器、數據機、企業/居民用戶終端、機載終端以及微波 MMIC、模組、子系統等上遊產品。
衛訊公司產品製造業務收入呈現逐年增長態勢，其中商業網絡產品營收規模上下波動，而政府產品營收規模快速增長，目前，公司政府產品營收規模為 8.28 億美元，商業網絡產品營收規模為 3.45 億美元，政府產品成為公司成長的主要驅動力。
3.1.2Hughes
1971 年，休斯網絡系統公司作為美國馬裡蘭州羅克維爾市的一家數字通信公司成立，2011 年，EchoStar 以13 億美元收購休斯通信。公司在全球擁有 1900 名員工，其中 1200 名員工工作在美國馬裡蘭州，其他員工主要工作在印度和德國。
休斯公司是向消費者提供寬帶衛星技術和寬帶網際網路服務以及向消費者和企業客戶提供寬帶網絡技術、託管服務、設備、硬體、衛星服務和通信解決方案的全球供應商，同時還向其他衛星系統的客戶設計、提供和安裝網關和終端設備。目前休斯公司擁有三顆高通量衛星為客戶提供服務，分別是 SPACEWAY 3 號衛星、EchoStarXVII 號衛星和 EchoStar XIX 號衛星。
JUPITER 系統是休斯公司的下一代甚小孔徑終端（VSAT）平臺，用於高通量和常規衛星上的寬帶服務，具有靈活和健壯的網關架構，使運營商能夠為任何衛星寬帶實現儘可能高的容量和效率。JUPITER 基本技術是其強大的 JUPITER 片上系統（SoC），這是一種採用多核架構的定製設計的 VLSI 處理器，可在 JUPITER 每個終端上實現 300 Mbps 的吞吐量。
休斯公司主要收入來源是衛星服務，2019 年休斯公司衛星服務收入達 16.19 億美元，佔總收入的 86%，衛星通信網絡設備收入為 2.67 億美元，佔總收入的 14%。近年來，公司衛星通信網絡設備收入呈現波動狀態。
3.1.3 iDirect
美國VT iDirect 成立於 1994 年，是全球領先的衛星 VSAT 地面系統設備製造商和銷售商。在衛星產業中 IPhub 市場佔主導地位，市場份額佔 50%以上，業務發展遍布全球，在全球衛星海洋漁業通信終端領域更是擁有40%以上的市場份額，是全球開展海洋漁業衛星通信運營商的首選之一。
2005 年，iDirect 達成 1.65 億美元的協議成為新科（ST Engineering Group，新加坡科技工程集團）美國全資子公司。2019 年，ST Engineering Group 收購 Newtec，Newtec 是歐洲最主要的 DVB-S2 和衛星數據通信設備供應商之一，與 iDirect 形成互補和協同。
3.1.4 Gilat
Gilat 公司成立於 1987 年，總部設在以色列，公司設計和製造地面衛星通信設備，提供全面的解決方案和端到端服務。公司產品包括基於雲的衛星網絡平臺、甚小孔徑終端、放大器、高速數據機、高性能移動天線、高效率高功率固態放大器、BUC 和收發器。公司提供的解決方案可支持多種應用，包括寬帶接入、蜂窩回程、企業級、IFC、海事、火車、國防和公共安全等關鍵應用，目前已銷售了 150 多萬個衛星終端，遍布約 90個國家，服務於 500 多個衛星網絡。
2020 年，美國 ComTech 電信公司和 Gilat 衛星網絡有限公司聯合宣布，Comtech 以每股 Gilat 普通股 10.25美元的價格收購 Gilat，其中 70%將以現金支付，30%將以 Comtech 普通股支付，企業價值約為 5.325 億美元，合併後的公司將僱傭約 3000 名員工。
Gilat 的 X 架構使用統一的 SkyEdge II-c VSAT 平臺，通過 HTS 支持各類固定和移動衛星通信應用。在中國，Gilat 與領先的衛星通信公司合作，在中國各地為固定和移動服務提供了第一個 Ka-HTS 網絡。
2019 年，Gilat 產品製造業務實現營業收入 1.86 億美元，佔其營收比例為 70%，近年來該業務收入呈現波動狀態。Comtech 公司 2019 年營業收入為 6.72 億美元，保持較快增長。合併後，公司 2019 年衛星通信產品營業收入達 8.58 億美元。
3.1.5 GD SATCOM
通用動力衛星通信技術公司提供全方位的衛星地面通信產品、系統工程、項目集成和安裝服務，主要產品包括天線、複合機架安裝箱、控制系統、放大器和轉換器、天饋和射頻網絡以及整體解決方案。
3.2 國內廠商
國內衛星通信地面系統以軍用為主，隨著天通一號、中星 16 號陸續投入運營，我國民用衛星通信產業也開始起步。民用系統主要廠商包括中國衛星子公司航天恆星、中電科 54 所、華力創通等，另外，隨著國內衛星網際網路加速建設，部分軍用通信設備廠商也開始加速在民用衛星通信領域的布局。
3.2.1 中國衛星
中國衛星控股子公司航天恆星科技有限公司（航天五院 503 所）是中國航天科技集團公司衛星應用的總體單位，經過 30 多年的發展，形成了以衛星綜合應用系統總體為核心，以空間應用、衛星遙感、衛星導航、衛星通信、數據鏈、雲計算及信息安全、無人機系統集成、數據運營服務八大領域為支撐的完整業務架構。
在衛星通信領域，公司主要產品為 Anovo 衛星通信系統產品，可解決實時的語音、視頻、圖像通過衛星鏈路進行雙向傳輸。系統主要包括 VSAT 主站、VSAT 站網、VSAT 小站、衛星通信車、便攜站等，可應用於數據通信、網際網路接入、交互式遠程教育、應急通信及數據採集等場合。
公司研發的 Anovo 衛星通信系統產品公布於 2011 年，填補了國內空白，標誌著我國長期依靠進口 VSAT設備組建衛星通信系統的局面已經終結。2015 年，可實現百萬數量級終端在線的新一代國產衛星通信系統Anovo2.0 正式發布，向國內外展示了中國衛星通信的創新能力。Anovo2.0 是具有完全自主產權的通信產品，具有高效、安全與高可靠性等特點，可容納百萬個用戶終端，可以滿足數位電視與遠程教育等多種應用場景的廣泛需求。用戶還可以輕鬆實現系統容量和業務的升級擴容，且大幅度節省信道資源與建設、運維、升級擴容成本，保密性更加可靠。業界評價稱，Anovo2.0 產品的誕生，是國產 VSAT 系統的巨大進步，更是中國衛星通信產業的一次升級與跨越，多項參數比肩國際先進水平，標誌著中國衛星通信產業發展進入全新的階段。
近期，公司 Anovo3.0 產品也獲得突破。據中國衛星 2019 年年報中披露，公司依託公司在高通量衛星系統的關鍵技術和市場優勢，研發下一代 VHTS 系統核心技術，建設以主站、終端站、 數據中心（網絡管理、運營支撐）為基礎的地面系統，打造具有國際先進水平、自主可控的高通量衛星通信領域產品和服務，目前已完成網絡、波速切換、 DVB-S2x、高安全系統等特性功能研製並完成版本發布，完成出境大載波及虛擬化特性研製方案和策劃編寫及評審，報告期內 Anovo3.0 產品成功實現與中國聯通核心網互聯，為產品進入運營商市場奠定堅實基礎。
3.2.2 海格通信
衛星通信是海格通信重要的戰略發展領域之一，公司致力於衛星通信系統、衛星廣播系統、衛星通信地球站、衛星通信天線/射頻部件等領域的技術研究、產品開發、銷售及售後服務。目前，公司已形成衛星通信系統、數據廣播系統、衛星手持設備、背負站、動中通系列天線、可攜式靜中通系列天線等產品，能為客戶提供衛星寬帶通信、衛星應急通信、衛星廣播等解決方案。用戶涵蓋政府、海洋運輸、海洋管理、氣象監測等部門。目前，海格通信是中國衛星通信用戶協會理事、中國通信協會衛星通信專業委員會主要會員單位。
3.2.3 電科 54 所
中國電子科技集團公司第五十四研究所始建於 1952 年，是新中國成立的第一個電信技術研究所，經過 60餘年的發展和壯大，現已成為我國電子信息領域專業覆蓋面最寬、綜合性最強的骨幹研究所。
五十四所主要從事軍事通信、衛星導航定位、航天航空測控、情報偵察與指控、通信與信息對抗、航天電子信息系統與綜合應用等前沿領域的技術研發、生產製造和系統集成。公司衛星通信主要產品包括衛星通信終端、數據機、上/下變頻器、低噪放、功率放大器等。2017 年，電科 54 所衛通專業部承研的「天通一號」民用信關站交付試運行。
3.2.4 中電熊貓
2007 年 5 月 15 日，中國電子信息產業集團有限公司與江蘇省、南京市聯合投資成立了中電熊貓信息產業集團有限公司，重組熊貓電子等南京七家原部屬企業，中電熊貓現有註冊資本 34.48 億元，其中，中國電子佔70%。中電熊貓旗下有南京中電熊貓液晶顯示科技有限公司、南京熊貓電子股份有限公司、南京熊貓漢達科技有限公司等二十多家專業公司，主要有液晶顯示、電子裝備、電子元器件和現代服務業四大核心產業。
中電熊貓在我國無線通信領域具有重要地位，是我國通信高技術研發中心和產業化基地之一，擁有無線通信領域從網絡、系統到終端設備的研發製造能力，能同時研製生產機載、艦載、車載、便攜和固定使用的衛星、短波、超短波等無線通信設備及網絡化綜合通信系統。中電熊貓擁有我國衛星通信產品研製最早、科研實力最強、累計生產量最大的國家級工程研究中心，是多項衛星通信應用系統的技術總體，研製生產了大批應用站型，具有多項自主智慧財產權，填補了我國衛星通信領域的多項空白。
3.2.5 華力創通
華力創通自 2013 年開始前瞻布局衛星移動通信領域，並承擔了國家在衛星通信領域的重大專項任務，2015年 9 月發布了 HTD1001 衛星移動通信與北鬥衛星導航一體化基帶處理晶片。在上述基礎上，公司自主研發了多款通導一體化模塊、終端產品，2016 年累計授權服務軍民用客戶數十家，並多次參與大系統聯調和重大應用任務保障工作，在國內市場上形成了良好的口碑和影響力，在衛星移動通信業務產業化方面奠定了良好的基礎。
除了天通系列衛星之外，國內兩大航天集團分別提出「鴻雁」、「虹雲」低軌通信衛星星座計劃，公司在衛星通信基帶晶片設計領域具備核心競爭力，未來也有望受益於國內低軌通信衛星星座的建設。
3.2.6 中電天奧
中電天奧有限公司於 2019 年 6 月成立，由中國電子科技集團有限公司獨資控股，在原中國電子科技集團有限公司第十研究所的基礎上組建而成。
中電天奧在通信導航領域，為國家空管委民航新航行系統的研製單位、國家發改委「十一五」空管發展規劃論證參與單位、國家交通部海事局綜合規劃專家組成員、國家交通部交通標準化理事單位、中國電子科技集團海洋電子產業牽頭單位和和四川省空管產品鏈組長單位，現為國內地空通信領域地面通信裝備的主要提供商及地面通信系統的主要集成商；在衛星應用領域，是海事衛星（Inmarsat）的全球合作夥伴，國內唯一的增值業務製造合作夥伴（VAM）；是全球第二大衛星移動通信廠商——銥星（Iridium）公司的全球合作夥伴。目前在積極培育衛星應用產業。
3.2.7 航天發展
航天發展在 2018 年底設立微系統公司，重點圍繞複雜微系統、核心系統級晶片等方向，提供從晶片到複雜微系統一體化解決方案，實現衛星通訊、綜合射頻、無人裝備、5G 通訊、物聯網等領域全方位發展，為用戶提供系統級和定製化解決方案。
當前，微系統技術正從平面集成到三維集成、從微機電/微光電到異質混合集成、從結構/電氣一體化到多功能一體化集成等方向發展，相關產品正從晶片級、組部件向複雜程度更高的系統級發展，成為聚集前沿科技創新發展的重要領域。未來，公司微系統技術將在 5G 基站、低軌衛星通訊、智慧城市、自動駕駛、安全聯防、工業自動控制等領域得到進一步應用，市場需求不斷擴大。
3.2.8 七一二
公司是我國軍、民用專網無線通信產品和整體解決方案的核心供應商，是具有八十多年歷史的大型電子骨幹企業。公司在軍用無線通信領域產品主要包括軍用無線通信終端產品和系統產品，在抗幹擾、保密性、網絡化等方面始終保持國內領先水平，是我軍無線通信裝備的主要供應商，產品應用遍布 5 大戰區；同時，公司穩步布局衛星通信、衛星導航、民航通信及大數據應用等產業，加大研發投入力度，利用深厚的技術積累，抓住細分領域帶來的市場機會，逐步拓展市場規模，實現了衛星通信及衛星導航業務收入的逐年穩定增長。
3.2.9 亞光科技
亞光科技的衛星通信業務有數十年的發展歷史，是該領域的定點配套協作供應商，並一直伴隨著中國衛星航天事業和客戶的發展而不斷發展壯大，是公司傳統的核心業務之一。公司目前核心客戶包括航天科技集團、航天科工集團、中電科集團衛星通信系統相關院所，也在向其他客戶拓展，比如吉利、天儀研究院等。
四、投資機會分析
利用高通量衛星接入網際網路在歐美已經成為現實，正在向著更高速率發展。我國高通量衛星目前僅有中星16 號剛剛投入使用，與國外發展差距較大。隨著我國將衛星網際網路納入新基建，高/中/低軌高通量通信衛星均有望加速部署，空間基礎設施的完善有望帶來下遊應用的快速增長，我國衛星通信地面系統產業面臨非常好的發展機遇。
低軌網際網路衛星星座的地面系統複雜度要遠大於高軌衛星，在信關站方面，低軌衛星星座信關站的數量要比高軌衛星信關站多出一個數量級，信關站的天線數量要多出兩個數量級，因此低軌衛星星座地面系統的總投入要比高軌衛星大的多；在用戶站方面，低軌衛星星座規模較大帶來更大的總通信容量，而且全球覆蓋，可支持的用戶數量龐大，在衛星星座和地面信關站等基礎設施建設完成後，用戶終端市場有望出現高速增長。我們判斷，未來 5-10 年，我國衛星通信地面系統市場將呈現高速增長的態勢。
目前，國內衛星通信地面系統相關企業較多，多數企業在高通量衛星通信地面系統建設方面剛剛起步，未來誰能勝出尚未可知，但地面系統市場未來幾年高速增長確定性強，建議關注衛星通信地面製造廠商及其上遊配套商，包括中國衛星、海格通信、華力創通、航天發展、七一二、亞光科技等。
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（報告觀點屬於原作者，僅供參考。報告來源：中信建投）
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