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文档简介
内容目录一、投资要件 4二、卫星通信——人类通信的下一次革命 5三、空间先行者——复盘星链成功之路 8频谱与轨道资源 8降本技术——火箭回收和复用/一箭多星 11四、北美“一超多强,中国星座加速发展 北美一超多强”格局,ank率先构建人造星座蓝图 Starlink:人造星座先驱者 13亚马逊Kuiper:后起新秀,AWS赋能高速卫星网络 15中国:星网、G60充当我国太空“圈地运动”先锋 16五、射频:卫星通信的基石 17六、卫星光:下一代星座的“血管” 19七、三代半导体:全球功率器件高地,下一代卫星必备 23八、投资建议:聚焦射频、卫星光与三代半导体射频 25九、风险提示 26图表目录图表1:美国卫讯股价走势 6图表2:全球通信卫星发射数量统计 6图表3:SpaceX发展史、融资史与估值 7图表4:SpaceX、Starlink近年营收(亿美元) 7图表5:SpaceX发展历程 8图表6:世界各国低轨卫星星座申请情况 9图表7:不同通信频段主要用途 10图表8:SpaceX猎鹰九号火箭构成 11图表9:2018-2022年猎鹰9号火箭第一级复用情况 12图表10:2020年以来猎鹰9号新火箭和复用火箭成本对比(单位:万美元) 12图表11:目前可使用星链的国家/地区 13图表12:星链计划总体部署计划表 14图表13:星链地面站分布 14图表14:星链地面站外观 14图表15:Starlink、Viasat资费对比 15图表16:亚马逊紧凑版天线,便携性较强 15图表17:星网工程申请的轨道计划 16图表18:2021年11月,G60星链产业基地开工 16图表19:Starlink地面用户终端拆解 17图表20:Starlink地面用户终端中,每只小射频天线的拆解 17图表21:Starlink地面用户终端中,每只小射频天线的馈线 18图表22:相控阵雷达原理 18图表23:Starlink手机直连 18图表24:卫星激光通信优劣势 19图表25:StarlinkV1.5卫星搭载的激光载荷 20图表26:激光通信载荷架构 20图表27:非相干调制与相干调制对比 21图表、SpaceMicro和Mynaric激光通信产品对比 21图表29:蓝行者3号卫星天线阵列 23图表30:卫星射频投资标的 25图表31:卫星光通信投资标的 25图表32:卫星三代半导体投资标的 25一、投资要件StarlinkStarlink20221.52StarlinkOnewebStarlink的带领下进入下一个时代。面向未来,低轨星座有两个演化方向,第一便是星间激光通信,通过高速率的星间激光通信,星座可以有效降低对于地面信关站的依赖,从而将服务覆盖范围扩展至信关站难以建设的地区,同时较小的信关站数量也将进一步降低星座建设成本。星间激光通信主要壁垒在于对于相干光的调制、接受和捕获,同时相关光电器件在太空的稳定性也将成为重要考验。未来随着低轨卫星标配激光通信,相关光学厂商有望开拓新的下游市场。第二个重要的演化方向则是手机直连,当前的卫星通信,均需在地面配备体积较大的专用终端,或者在手机内部搭载专门的通信组件来实现与卫星的连接,一方面是卫星通信所用频段与蜂窝网络不同,其次是卫星所处的高度较高,因此需要在地面设备拥有较高功率来将信号发射到卫星。实现手机直连,一是要与运营商合作来共享频谱,最重要的一点则是进一步加大卫星端的信号发射功率,当前主流加大功率主要依靠提高卫星天线面积,但是过大的天线面积除了增加发射成本外,也会对太空观测造成影响,所以未来以三代半导体为代表的高功率射频器件有望上星,从而在同等天线面积上增加信号功率,实现更好的手机直连效果。投资建议:“将地面基站搬上星实现更高效的覆盖”是卫星通信的核心,高效、降本将伴随民用卫通的发展全过程。射频是卫星通信的基础,而三代半导体与卫星光则是下一代卫星网络的进化方向,建议积极布局相关产业公司切入国内星座建设与海外供应链机会。射频:海格通信、国博电子、信维通信、灿勤科技等;卫星光通信:光迅科技、腾景科技、天孚通信等;三代半导体:三安光电、天岳先进等。同时关注卫星通信主题下的旭升集团、创意信息、三维通信、通宇通信、中国卫通、中国卫星等。二、卫星通信——人类通信的下一次革命现代通信方式的发展,从最早的有线电话,进化到以基站为骨干,以手机终端为载体的无线通信网络已有数十载,站在当下,通信业界最大的探索方向,便是下一代的通信网络该用何种方式承载。是沿用当下的基站网络,持续提高通信速率,降低时延,亦或是变革传统的地基基站模式,将网络覆盖用更高的视角重新审视,成为了当下通信网络演变的两条主流路线,而卫星通信,则是当下最有希望改变传统基站网络物理形式的下一代通信网络架构。GPS2023综合来看,卫星通信随着逐渐低轨化,正在加速与传统通信网络的融合与互补,随着后续卫星和发射端的持续降本,有望进一步成为主流的网络覆盖方式。另一方面,卫星通信的战略价值也随着低轨卫星能力的进化逐步提升,逐渐成为国际影响力的重要载体。当前,以星链为首的西方星座正在加速进化与成熟,我国星座实验进度也正在加快,行业奇点已现,有望再造一个全新的“通信设备”板块。从高轨到低轨,卫星发展趋势已现。当今的卫星通信,正在快速的经历从高轨迈向低轨,从专用设备迈向通用设备的快速变革。高速,低时延,小型化、通用化正在快速成为当代卫星通信追求的主要功能。从1957年第一颗人造卫星发射开始,卫星通信在数十年的时间里经历了高速且波折的发展。最早,卫星通信以跨洋通信作为主要的功能方向,随后,随着跨洋光缆、地面通信网络等等加速发展与降本,卫星通信渐渐退出了传统民用市场,但在导航、电视信号传输等等其他领域则继续保持了较为不错的发展。纯通信卫星则聚焦如海洋、无人区等等传统通信弱势地区的信号覆盖,与传统通信网络达成了互补与平衡。、中HughesViasat20235月,ViasatInmarsat(、LS价来看,一方面近年Viasat美国卫讯收盘价(美元,前复权)美国卫讯收盘价(美国卫讯收盘价(美元,前复权)美国卫讯收盘价(美元,前复权)02018-01 2019-01 2020-01 2021-01 2022-01 2023-01资料来源:,,数据截至2023年12月28日。卫星互联网概念催化+SpaceX2025%20012005202036SpaceX火arinkpacX图表2:全球通信卫星发射数量统计时间全球通信卫星数高轨卫星数量低轨卫星数量低轨卫星占比量(颗)(颗)(颗)2001-20051411063525%2006-20101691224728%2011-201524514210342%2016-20201369115125492%资料来源:李元龙等《Starlink星座通信建模仿真分析》,图表3:SpaceX发史、资史估值 图表4:SpaceX、Starlink近年收(亿元)SpaceX营收804680463223142.2202021
Starlink营收2023E资料来源:physicianonfire,TheEconomist,CNBC,bloomberg,Axios,
资料来源:Forbes,fool,Spacenews,verge,但传统的卫星通信商业模式,普遍存在着多种缺陷,第一是下游需求较少,传统的卫星通信需要专用的大天线手机来接受卫星信号,同时带宽较小,收费较贵,因此在地面通信网络覆盖的地区,很难获得新的客户。客户获取主要依赖于军事、政府、海事等等特殊行业客户,很难形成规模化的用户效应。第二是扩容成本高,单颗高轨卫星动辄10亿美元,对于商业公司来说是一笔较大的负担,一旦部署出现问题或发射后商业回报不及预期,将给公司带来较大的现金流负担。例如美国卫讯公司在2023年就失去了一颗价值7亿美元的最新卫星ViaSat-3,给公司带来了巨大损失。因此,我们认为,未来的卫星通信,一是由高轨卫星向低轨星座发展,低轨星座所提供的网络性能基本接近我们日常生活中所使用的通用网络,一旦收费合适,无需新的应用场景开拓,即可在用户侧放量,有助于快速形成可扩张的商业循环。Mate602024站在当前时点,我们认为,卫星通信的未来焦点有较大概率是在能够放量的低轨星座和能够放量的通用化卫星网络。费用较高的高轨星座将逐渐式微,卫星通信的终局有较大概率是全设备可通用+性能接近地面网络,最终成为地面网络信号的组成部分。三、空间先行者——复盘星链成功之路StarlinkSpaceX频谱与轨道资源20152016FCC20187518SpaceX29988202212FCCSpaceX750011SpaceX图表5:SpaceX发展历程时间 里程碑20152015年1月 宣布星链计划。2016年11月至2018年2016年11月至2018年11 向美国联邦通信委员会(FCC)申报星座频率许可。月2018年3月 宣称系统总投资100亿美元。FCC340751812004425颗卫星的部署许可。201811月2019年2月 向FCC申报1002019年2月 向FCC申报100万个地面站终端的运营许可。2019年4月 FCC批准原计划中的1150米轨道的1600颗卫星部署到550千米轨道。2019年4月 从研发转向大批量组网卫星制造宣称每月一次×60颗在60个月内完成2200颗部署(2024年4月前),以满足FCC频谱规定(6年内部署1200千米轨道4425颗的一半,9年内完成全部部署)。”2019年11月 美空军完成利用星链卫星传输数据测试。2019年10月16日 向FCC2019年11月 美空军完成利用星链卫星传输数据测试。2020年3月 卫星产量达到6颗/天,计划2020年发射24次。20202020年7月 开放星链服务测试申请通道。2018年2月2018年2月22日至2021 实际发射1385(实际在轨1320颗在轨率最大发射密度3年3月24日 次/月。2022年12月 FCC允许SpaceX公司部署达7500颗第二代星链卫星。20232023年2月 Gen2卫星获得授权,单星吞量极大提升。2023年12月16日 在轨正常运行4547颗卫星。资料来源:余南平等《国际和国家安全视角下的美国“星链”计划及其影响》,sputniknews,planet4589,Starlink,新浪财经,FCCITU300-600KM轨道当前ITU710%,1250%,14Starlink4.2Lynkglobal图表6:世界各国低轨卫星星座申请情况国家公司名称(星座名称)计划卫星数量(颗)星网公司(GW)12922航天科技(鸿雁)72中国航天科工(虹云)156银河航天(星座名称不详)1000中国电科(天象)120SpaceX(Starlink)42000亚马逊(prokectKuiper) 3236美国LynkGlobal(星座名称不详)5000ASTSpaceMobile(SpaceMobile)243英国/印度OneWeb(一网计划)6372波兰SatRevolution(1024俄罗斯俄罗斯航天集团(球体)600加拿大合计Telesat(lightspeed) 1671开普勒通信公司(立方体卫星星座计划) 14074556资料来源:李锋等《我国低轨卫星互联网发展的问题与对策建议》,南宁晚报,C114,综合来看,轨道资源由于相对较为充裕且申报环节需要的准备较少,因此我国企业近年在意识到轨道资源重要性后,加速申报,缩小了与国际一线巨头的轨道资源储备。与轨道对应的便是卫星通信所需要的频谱资源。频谱,可以理解为卫星通信信号所在的信号频段,频段资源由于相对有限,且微波通信经过多年发展,可用频段多有用户,所以要在全球范围内找到适合卫星发射的新无主频段,相对困难。当前,较高频率的Ka频段由于现存用户较少,成为了主流星座的主力频段。图表7:不同通信频段主要用途波段 用途LL(1-2GHz) GPS、卫星电话等C(4-8GHz) 卫星通信、卫星电视等SC(4-8GHz) 卫星通信、卫星电视等XX(8-12GHz)军用波段Ku(11.7-12.7GHz14-14.5GHz)Ka(26-40GHz) 高速卫星通信黄金频段资料来源:eeworld,卫星与网络,Starlink产业链降本SpaceXStarlink降标:与传统高轨卫星相比,低轨卫星的使用周期较短,单个卫星价值量较低的特点。同时由于处于近地轨道,其发射与替换成本均较低,过去高轨卫星多采用军标或者严格的抗辐照器件来保证稳定性,这些器件往往带来了高昂的成本。低轨卫星的部分元器件则不需要极高标准,或者可以用多个消费级元器件相互备份来解决。因此,如何将高轨卫星元器件降标,或者如何使得消费级元器件上星,将是卫星部分降本的第一步和主要方向。定型:在经历降标之后,如何确定统一的型号则是迈向降本的第二道关卡。以往我国的卫星元器件多由不同的科研院所独立供应,往往每颗卫星都有不同的供应商,这就导致了即使只有较少的需求,相关流片,研发费用依旧需要支出。因此如何确定卫星上每个环节的一家或几家供应商就成为了当务之急,一旦定型,就可以避免研发费用的反复支出,造成器件成本的上升。量产:SpaceX链。扩产:在初期产线跑通后,降本的最后一步便是扩产,通过扩大产能来摊薄研发费用与折旧,从而实现价格下降,卫星成本降低、卫星发射量上升,产品需求提升的正向产业循环。StarlinkSpaceX)10%图表8:SpaceX猎鹰九号火箭构成资料来源:SpaceX,降本技术——火箭回收和复用/一箭多星pacX火箭20151914次发射任务时开始回收第一级火箭。201739(20164。20173920191120194。图表9:2018-2022年猎鹰9号火箭第一级复用情况时间2018年2019年2020年2021年2022年1-8月发射次数(次)2113263139新火箭一级的数量(个)107522复用一次火箭的数量(个)116212937新火箭一级占发射次数比重47.6%53.8%19.2%6.4%5%资料来源:刘洁等《“猎鹰”9火箭的发射成本与价格策略分析》,SpaceX993000500500050010001500图表10:2020年以来猎鹰9号新火箭和复用火箭成本对比(单位:万美元)“猎鹰”9火箭 全新火箭成(占比)复用火箭成(占比)硬件一级3000(60%)-二级1000(20%)1000(66.6%)整流罩500(10%)-推进剂发射测控、翻修等相推进剂发射测控、翻修等相关费用40(0.8%)40(2.6%)460(9.2%)460(30.6%)总计 5000 1500资料来源:刘洁等《“猎鹰”9火箭的发射成本与价格策略分析》,7年2420195月,SpaceX60Starlink202091503-120236154106A41从当前全球的卫星互联网格局来看,北美呈现出星链带领下的“一超多强”格局,而我国则在星网集团成立后,加速发展,同时以G60为代表的其他星座也正在加速实验。talk率先构建人造星座蓝图Starlink:人造星座先驱者在一众LEO2015140004.2planet4589202312164547ORBITINGNOW20231219832960余个国家/图表11:目前可使用星链的国家/地区资料来源:星链,星链计划分为三个阶段:1)至2024年,完成4408颗卫星部署;2)至2027年,完成75183)35183340~614km9图表12:星链计划总体部署计划表部署阶段 轨道层 轨道高度() 轨道倾角(°) 计划部署(颗) 正常运作数量Group1550531584(72*22)V1.01435颗Group257070720(36*20)V1.5403颗第一阶段Group356097.6348(6*58)V1.5233颗Group454053.21584(72*22)V1.51562颗Group556097.6172(4*43)V1.5692颗Group6335.9422493V2mini673颗第二阶段Group7340.8482478V2mini170颗Group8345.6532547未发射-340535280(110*48)未发射-345465280(110*48)未发射-350385280(110*48)未发射-36096.93600(120*30)未发射第三阶段-525533360(120*28)未发射-530433360(120*28)未发射-535333360(120*28)未发射-604148144(12*12)未发射-614115.7324(18*18)未发射资料来源:李元龙等《Starlink星座通信建模仿真分析》,planet4589,,数据截至2023年12月16日。41台1.021508梅里兰地面站,在开启星间链路服务前,星链网络可服务范围以信关站附近区域为主,目前,星链信关站的天线口径约为1.47m,上行信号频段为27.5~29.1GHz和29.5~30GHz,发射功率约15W。用户套件天线分为标准版和高性能版本,既可以安装在屋顶,也可以车/船/机载。图表13:星地面站布 图表14:星地面站观资料来源:starlinkinsider, 资料来源:datacenterdynamics,StarlinkStarlink20239Starlink2002023StarlinkStarlink商业图表15:Starlink、Viasat资费对比Starlink Viasat运营商 运营商 SpaceX Viasat服务包 家用/固定商用/漫游/船用/车用/远洋 家庭下载速度 下载速度 12-25/50-75/100-15高速/40-220/最贵套餐为高速/40-220/40-220/40-220(Mbps) 0上传速度(Mbps)
高速/8-25/最贵套餐为高速/8-25/8-25/8-25 /延迟(ms)低/25-60/低/<99/<99/<99 /终端价格(美元)
599/2500/599/2500/2500/2500 免费资料来源:Starlink,Viasat,亚马逊KuiperAWSKuiper(3236590-630公400400Mbps11GbpsKuiperPomhuarlik5Kuiper图表16:亚马逊紧凑版天线,便携性较强资料来源:亚马逊,中国:星网、G60充当我国太空“圈地运动”先锋2016-2018420214100ITU(GW)129927星座组成的星座系统,30-85°的轨道倾角表明,星网星座很可能面向全球市场,与Starlink、Kuiper图表17:星网工程申请的轨道计划子星座轨道高度(km)倾角(°)轨道层数每层轨道卫星数量卫星总数GW-A59/1590851630480GW-A59/26005040502000GW-A59/35085560603600GW-2/111453048361728GW-2/211454048361728GW-2/311455048361728GW-2/411456048361728资料来源:ITU,“G60星链”是目前国内除星网GW星座之外,另一重要的卫星互联网发射计划,其于2021年11月26日落地上海松江,是上海联合长三角9大城市共同打造全国首个卫G601296G60图表18:2021年11月,G60星链产业基地开工资料来源:上海市人民政府,五、射频:卫星通信的基石网络性能与网络制式是卫星通信迈向更强通信体验的关键步骤,而射频器件作为信号的产生环节,直接决定了卫星网络性能的绝对核心,我们认为,投资卫星的核心,就是投资射频。我们先从卫星通信的原理出发,来阐述为什么射频器件是卫星信号的绝对核心。卫星通信之所以能够利用较小面积的终端天线与卫星天线,利用的相控阵原理,将数百个个小射频器件发出的信号进行叠加,从而进行信号增强。同时,根据算法,调整不同射频器件所发出的射频信号频率,从而改变信号传输的方向。rlnkarlik020PCB640图表19:Starlink地面用户端解 图表20:Starlink地面用户端,每只射频线的解资料来源:YouTube,BranchEducation, 资料来源:YouTube,BranchEducation,在工作时,底端的640颗射频芯片通过发出电流,信号,通过微带线将信号传输到第六640550KM640图表21:Starlink地面用户端,每只射频线的线 图表22:相阵雷达理 资料来源:YouTube,BranchEducation, 资料来源:YouTube,BranchEducation,2023102024(Daao(eNodeB图表23:Starlink手机直连资料来源:Starlink官网,六、卫星光:下一代星座的“血管”但随着低轨星座的发展,星与星之间的激光通信有望率先起量,星间激光通信是指利用激光束作为载波在空间进行图像、语音、信号等信息传递,具有传输速率高、抗干扰能力强、系统终端体积小、质量轻、功耗低等优势,可以大幅降低卫星星座系统对地面网络的依赖,从而减少地面信关站的建设数量和建设成本。除了继承了上文中提到的优点外,由于星座间两星的距离较短,同时发射端与接收端同处于太空环境中,不会受到云雨气象条件干扰的同时,激光的发射与捕获环节的技术难度也相较星地通信低。图表24:卫星激光通信优劣势优势通信速率高保密性好轻量化节省建设成本劣势接收机和发射机之间的瞄准系统复杂发射天线和接收天线重量和成本的平衡难度较高远距离传输容易出现信号衰弱和延时等问题
GHzGHzTHz3~5Tbps速率传输信息。激光具有较窄的发散角,指向性好,没有卫星电磁频谱资源限制约束(因此无需申请空间频率使用许可证),通信过程中不易受外界干扰,抗干扰能力强。0.8~1.55μm束宽极窄,在空间中不易被捕获,保证了激光通信所需的安全性和可靠性。3~5低功耗的要求。进而简化卫星网络结构,从而多方面节省建设成本。卫星激光通信发散角小,需要光学系统以及高精度的跟瞄辅助机制完成建链。尤其是接收机和发射机之间的瞄准非常困难。空间光通信系统要完成远距离卫星间光信号的发射与接收,必须进行远距离卫星间或者空间站间目标的捕获与跟踪,前者依赖于激光通信系统,后者取决于光学跟瞄系统(PAT)。出于获取最小光斑的需求,发射天线可以设计成接近衍射极限,但同时给精确对准带来了困难。为了接收更多的能量信号,接收天线直径越大越好,但这会增加系统的体积、重量和成本。提高接收灵敏度十分重要。600千米~3.6境对激光通信信号会有较大干扰。虽然激光通信不受电磁干扰,但大气中的气体分子、水雾、霾等与激光波长相近的粒子会引起光的吸收和散射,极大地妨碍、吸收光波的传输;同时,大气湍流也会严重地影响到信号的接收。资料来源:Ofweek,物联网智库,StarlinkV1.5V1.5612162887V1.525:StarlinkV1.5资料来源:satellitetoday,与传统的地面光通信类似,卫星激光通信所用的设备也由光学部分和电学(通信)部分组成,与地面不同的是,卫星上由于两颗卫星之间相对位置高速变化,对于接受系统也提出了更高的要求,因此下图中的PAT(跟踪/瞄准系统)为卫星端激光终端独有。图表26:激光通信载荷架构资料来源:高铎瑞等《卫星激光通信发展现状与趋势分析(特邀)》,光学分系统由光学天线、中继光路及各收发光学支路构成,各部分紧密衔接,共同实现激光信号的高质量收发。跟瞄分系统由粗跟踪单元、精跟踪单元、提前量单元等构成,主要完成空间光信号的瞄准、捕获、跟踪,利用具备方位和俯仰功能的跟瞄转台,加上控制信号的计算与处理,实现需要通信的两颗卫星激光通信光学天线的精确对准,并保证双方互发的激光信号能通过光学分系统进入对方的通信分系统。通信分系统由激光载波单元、电光调制单元、光放大单元、光解调单元等构成,主要完成卫星激光通信系统光信号的调制/解调、光放大及信号处理等功能。/(IntensityModulation/DirectDetection,IM/DD)方式,分为开关键控(On-OffKeying,OOK)和脉冲位置调制(PulsePositionMdulioPM。相干通信体制采用相位调制/相干探测方式,分为二进制相移键控(BinaryPhase-Shift((DifferentialPhase-ShiftKeying,DPSK)/自差相干探测、正交相移键控(QuadraturePhase-ShiftKeying,QPSK)/()相干调制具有精度高,传输速率高,传输距离长等特点,但是由于其需要额外的电路元件,同时由于运行环境处于太空,需要对这部分电路元件进行抗辐照处理,因此成本较高。27关键指标非相干体制相干体制接收灵敏度低于相干体制20dB,增加低比非相干高,相同条件下,终噪放后,仍低于相干接收机6dB以上。端体积和功耗有优势。抗干扰由于是强度探测方式,需要规抗背景噪声能力强,接收机信避空间背景光干扰。噪比高,具备近日凌免疫的能力。系统复杂性接收机结构简单,易于实现。接收机结构复杂,实现具有较高技术门槛。成本非相干发射机的激光器和调相干接收机需增加混频移相制有集成芯片的货架产品,接器和本振激光器,成本较高。收机直接探测成本较低。资料来源:夏方园等《激光星间链路终端技术发展与展望》,由于目前Starlink尚未公布其星间卫星通信的主要参数,我们只能参考当前主流的卫星激光通信产品的参数与调制方式。从已公开数据来看,当前海外主要低轨星座的卫星组件都采用了相干中的BPSK调制模式,主流通信速率均为10Gbps左右。28:Tesat、SpaceMicro和Mynaric指标TesatUSASpaceMicroEuropeMynaric链路距离/km150040004500调制方式BPSKBPSKBPSK信息速率/Gbps101010重量/kg820.918功耗/W8015060资料来源:夏方园等《激光星间链路终端技术发展与展望》,我国的光通信行业经过多年发展,在相关激光器,光放大器等组件上已经形成了较为成熟的产业链,卫星通信上的光学部分与通信部分与地面光通信有着较高的相似度,我国有望凭借在传统光通信行业上的深厚积累,快速追赶欧美先进水平,除了国产星座搭载激光通信载荷外,随着全球星间激光链路放量,国内光器件厂商也有望切入全球市场。七、三代半导体:全球功率器件高地,下一代卫星必备从当前来看,卫星通信与地面沟通的主要方式依为微波通信,根据普朗克公式,要实现相同的通信体验,卫星与地面终端间通信的功率应当相同。因此,下一代卫星要实现手机直连,除了需要获取传
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