一、激光通信是未来太空数据传输的主流技术
1.1 激光通信具有通信容量大、传输速率高、抗干扰能力强等特点
激光通信是以激光束为载波，将各种数据信息调制到激光上进行远距离传输，进行数据、语音、 图像等信息传输的一种通信技术。相较于传统的卫星微波通信技术，卫星激光通信技术具有通信 容量大、传输速率高、抗干扰能力强、保密性高、终端体积小和功耗低等显著优势，有望成为未 来空间通信技术的发展方向。
1）卫星通信收发两端相距遥远且处于高速运动状态，卫星本身的振动可造成发射光束的抖动， 激光链路的稳定性较低，使得激光信号传输时出现接收功率抖动甚至误码，快速光束捕获和高精 度光束跟踪是星间激光通信的关键所在。由于卫星一直处于高速运动状态，卫星之间的相对位置 时刻高速变化，星间激光通信依赖高精度的光学跟瞄系统保持星间链路的动态对准和连接，光学跟瞄系统的性能主要受光学天线精度、轨道预测精度、载荷控制补偿精度的约束。在卫星体积、 质量、功耗和成本约束下，光学跟瞄系统难以确保足够的鲁棒性。
2）卫星运行环境极度恶劣，星间激光通信受源于太阳、月球及其他星球的辐射和反射的背景噪 声影响，有时候背景噪声光强度甚至超过所接收的信号光强度，要求星间激光通信系统具有较强 的抗背景噪声能力。上层的数据链路和路由承载协议的抗链路失效能力对卫星通信尤为关键。
3）卫星的能源供给受限于太阳能帆板面积、星载电池容量、星蚀现象等因素，卫星载荷数据采 集、存储、计算和转发等能力也相应受影响。一方面要求卫星载荷采用高级光电集成工艺，提高 卫星载荷的处理转发能力，减小卫星载荷体积和功耗；另一方面需要对地面光通信成熟的信号传 输、数据承载和网络路由算法进行简化，以适应卫星受限的能源供给和数据处理能力。
1.2 各国均开展激光通信技术研制，我国处于领先地位
欧洲、美国和日本等国家和地区在 20 世纪 70 年代就开始进行卫星激光通信方面的理论研究和关 键技术攻关。20 世纪 90 年代至今，欧洲空间局、美国航天局和日本宇宙航空研究开发机构等科 研机构开展了多项卫星激光通信关键技术的在轨验证。
星间激光通信已成为全球低轨巨星座建设的核心技术，各巨星座网络已加速把星间激光链路从演 示验证推向规模化工程阶段，其激光通信终端也将向高速、低成本、高可靠、小型化、标准化的 方向发展。
国内商业航天公司在星间激光通信系统的研发和应用方面取得了显著进展。在传输速率、传输距 离以及建链稳定性等关键指标上均实现了跨越式提升。如极光星通率先完成了多代星间激光通信 终端的迭代，从最初的 2.5 Gb/s 验证系统逐步发展至 10、100 Gb/s，并在近期实现了 400 Gb/s 超高速星间激光通信链路，达到国际领先水平。在链路建立性能方面，其终端实现了优于 10 s 的 快速建链能力，同时在在轨实验中实现了长达百小时的稳定链路维持（除去主动终止建链），充 分验证了其在链路瞄准、捕获、跟踪（APT）控制环节上的高可靠性。
我国卫星激光通信技术的研究起步较晚，但是经过近 20 年的快速发展已实现了各项关键技术的 突破。目前国内已有多家科研机构和高校开展了卫星激光通信技术的研究，取得了多项显著成果。 激光链路在国内卫星互联网星座的广泛应用，将大大提升天地一体通信网络的运行效率，推进国 家空间信息基础设施的建设步伐。
我国目前已完成 100Gbps 激光通信的传输试验。长光卫星先后完成了 10Gbps 及 100Gbps 速率 的星间高速激光通信测试，稳定建链期间通信误码率为 0，并将星间传输的高分辨遥感影像进行 了成功下传，标志着我国首次实现星间激光 100Gbps 超高速高分辨遥感影像输。
二、激光通信是低轨卫星核心传输链路，年市场空间有望达 450 亿
2.1 激光通信终端是卫星的核心通胀环节
几乎所有的低轨卫星都需要用到激光通信终端。激光通信终端当前主要用在低轨通信卫星，通过 在卫星上搭载轻小型激光通信终端，可实现卫星之间直接高速数据传输，而无需依赖地面站中继， 从而显著提升网络容量和全球覆盖能力。除了大家普遍认知的通信卫星，激光通信终端同样也要 用在低轨的遥感卫星跟算力星座，用于传输更大量的数据，因此激光通信终端是卫星的核心通胀 环节。
1）遥感卫星：激光通信终端可实现海量高分辨率遥感影像的星地或星间高速传输，有效缓解传 统微波链路带宽不足和传输时延问题，支持实时或近实时数据下传与在轨处理，提升遥感卫星的 应用效能；
2）算力卫星：作为天基算力网络的“神经中枢”，激光通信技术凭借高带宽、低延迟、抗干扰 性强等优势，解决了算力星座星间、星地数据交互的核心瓶颈问题。
2.2 激光通信是低轨星座间的核心传输链路
激光通信是大规模低轨卫星星座的核心传输链路，避免依赖地面站，实现全球实时组网。 传统传输模式中，卫星和用户之间通过天线来收发信号，这个信号使用的是 KA 波段的电磁波， 但需要终端与地面站在一定距离之内的要求，因此在海洋、荒漠等地区无法实现联网。 而在星间链路传输模式中，通过卫星之间的星间 ISL 链路，最后接入地面的互联网网关，无需向 国际电联申请特定频段，能够在真空环境下实现卫星与卫星、飞船、空间站间的相互通信；这一 模式能够减少传输“跳数”，降低卫星传输端到端时延以及对地面网络依赖，实现广域网络覆盖， 成为发展卫星互联网的关键技术之一。
为建立同轨和异轨星间链路，通常情况下一颗卫星需要安装 4 个激光头，前后激光头用于同轨激 光链路、左右激光头用于异轨激光链路。
根据《卫星互联网星间激光通信链路传输与路由交换技术研究》一文，星链（Starlink）系统在 V1.5 版本的卫星上装载了 4 台激光通信终端，可以同时与同一轨道面、相邻轨道面的 4 颗卫星建 立星间激光通信链路。随着卫星版本的迭代，激光通信的传输速率正以倍数级增长，现在最高速 率可达 200Gbps。
2.3 国内年市场空间有望达 450 亿，是卫星端少数价值量有望提升的环节
激光通信作为卫星端价值量最高的部件之一，将充分受益于未来通信星座与算力星座的大规模部署，全球年市场空间将突破千亿级规模。
价值量：根据太空初创公司 Mynaric 的价格数据，并考虑到未来量产后成本的降低，我们预计每 个激光终端的价格约为 100-150 万人民币。每颗卫星通常需要四个激光通信终端才能向各个方向 通信，按照单价 125 万计算，激光通信终端的单星价值量约为 500 万。
通信星座：1）美国：Starlink 的部署计划为 4.2 万颗，按照稳态年替换 20%来计算，预计年发射 8000 颗，年市场规模在 400亿元左右；2）我国：GW 和 G60星座均有 1.2-1.5万颗的部署计划， 叠加其他星座至少约 3万颗，按照 2034年前完成组网规划及后续卫星 5年寿命带来每年数量 20% 的替换来计算，预计年发射约 6000 颗，预计年市场规模在 300 亿元左右。
算力星座：1）美国：据人民日报，SpaceX 于 2 月初申请发射多达 100 万颗卫星（已向美国联邦 通信委员会提交发射和运营申请），将该项目描述为“一个拥有前所未有计算能力的卫星星座， 可为先进的人工智能（AI）模型及其相关应用提供支持”，按照年发射 5%的进度，即 5 万颗来计 算，算力星座的激光通信年市场有望达到 2500 亿元；2）我国：包括北京星空院算力星座、之江 实验星的三体计算星座等，以北京星空院算力星座为例，其拟在 700-800 公里晨昏轨道建设运营 超过千兆瓦（GW）功率的集中式大型数据中心系统，按照 1 颗卫星 100KW 测算，至少需要 1 万 颗卫星部署，叠加其他算力星座约有 1.5 万颗部署规划，根据与通信星座相同的测算方式，预计 年发射约 3000 颗，预计年市场规模在 150 亿元左右。
国内总市场空间：计算国内的通信与算力卫星，激光通信的年市场空间约为 450 亿元。
载荷端价值占比持续提升，激光通信终端有望直接受益。随着通信卫星的批产加速，载荷端价值 占比有望从 50%增长到 70%-80%，激光通信终端作为卫星载荷端最核心的部件之一，技术门槛 极高，我们认为激光通信终端在卫星端的价值占比有望提升。
三、看好数字相干通信中核心通信光模块及星上路由一体化技术
3.1 调制解调与 APT 是激光通信终端的核心部件
激光通信终端包括发射端、空间信道和接收端，其中空间信道由光学头构成，发射跟接收端由通 信光模块构成。发射端将电信号调制到光载波上，送入空间信道进行信号传输；接收端对接收到 的光信号进行相干探测，恢复传输信息的同时将光信号转为电信号。由于信号在信道传输过程中 会受到大气湍流等因素的影响，导致信号受损、光功率衰减，因此还需对信号进行放大、损伤补 偿等处理。
激光通信终端同时可分为光学头跟通信光模块，光学头主要负责数据精准收发，通信光模块主要 负责光电信号的控制与处理，直接决定了激光通信传输性能。我们认为光模块的调制解调器件和 光学头的 APT 是激光通信终端的核心部件，且调制解调器件价值量占激光通信终端比重有望提高。
3.2 相干光通信调制解调器件是高速率激光通信终端的核心
调制解调器件是激光通信终端通信光模块里的最核心部件。调制是把电信号“加载”到激光上， 解调是从激光里“取出”原始的电信号。在自由空间激光通信链路中，由于长距离传输引起的激 光束发散导致的能量损耗以及光强闪烁、相位起伏等大气湍流效应，会对链路中传输的信号造成 损伤，使得光信号在传至系统接收端时功率损耗较大，为了还原出原始数据，调制解调器件的作 用至关重要。
以 OOK（开关键控调制）为代表的直接调制技术主要应用于低速率的激光通信终端，但随着激通信往高速率技术发展，我们认为数字相干通信技术将成为主要趋势，看好具有核心调制解调 技术的公司。
