卫星互联网是基于卫星通信的互联网，通过发射一定数量的卫星形成规模组网，从而辐射全球，构建具备实时信息处理的大卫星系统，是一种能够完成向地面和空中终端提供宽带互联网接入等通信服务的新型网络（可以通俗地理解为地面基站被搬入空中的卫星平台，每颗卫星都是天上的移动基站）。
卫星通信是具有覆盖范围广、通信容量大、传输质量稳定、设备可靠性高等优点，已成为现代通信技术的重要支柱之一。
卫星：位于地球上空，负责接收和发送信号，并作为信号中继站将信号从一个站点转发到另一个站点。
地面站：包括发射站和接收站，负责将信号发送到卫星或从卫星接收信号，并与卫星进行通信。
信号传输：通过卫星传输信号，包括上行链路（从地面站到卫星）和下行链路（从卫星到地面站）
图 1 卫星通信链路图
图 2 卫星通信系统工作原理
人造卫星（ArtificialSatellite）是指环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器。人造卫星基本按照天体力学规律绕地球运动，但因在不同的轨道上受非球形地球引力场、大气阻力、太阳引力、月球引力和光压的影响，实际运动情况非常复杂。人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。人造卫星发射数量约占航天器发射总数的 90%以上。
卫星通信技术（Satellitecommunicationtechnology）是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个终端之间的通信技术。自 20 世纪 90 年代以来，电子信息技术的迅猛发展推动了卫星移动通信的进步。卫星通信具有覆盖范围广、通信容量大、传输质量好、组网方便迅速、便于实现全球无缝链接等众多优点，被认为是建立全球移动通信必不可少的一种重要手段。
图 3 卫星通信特点
卫星互联网是基于卫星通信系统，以 IP 为网络服务平台，以互联网应用为服务对象，能够成为互联网的一个组成部分，并能够独立运行的网络系统。可以通俗地理解为地面基站被搬入空中的卫星平台，每颗卫星都是天上的移动基站，可以为全球范围内用户提供全覆盖、高带宽、灵活便捷的互联网接入服务。
卫星互联网主要由空间段、用户段、地面段、公用及专用网络四部分等组成。在若干个轨道平面上布置多颗卫星，由通信链路将多个轨道平面上的卫星联结起来。整个星座如同结构上连成一体的大型平台，在地球表面形成蜂窝状服务区域，服务区域内用户至少被一颗卫星覆盖，用户可以随时接入系统。低轨卫星通信可以在用户段直接与地面终端连接，也可以通过地面关口站与地面公共网络连接。
图 4 卫星互联网系统组成
行业分类
按照卫星轨道高度的不同，卫星可以分为低轨卫星（LEO）、中轨卫星（MEO）和高轨地球同步通信卫星（GEO）。LEO 卫星轨道高度 500km~2000km，MEO 卫星轨道高度2000km~36000km，GEO 卫星轨道高度为 36000km。
图 5 卫星按轨道高度分为三类
低地球轨道(LowEarthOrbit,LEO)
LEO 卫星轨道高度通常在 300 到 2,000 公里之间。LEO卫星距离地球较近，可以实现较低的信号延迟，提供较高的数据传输速率。低轨卫星拥有传输时延小、链路损耗低、发射灵活等优势，非常适合卫星互联网业务的发展。
中地球轨道(MediumEarthOrbit,MEO)
MEO 卫星轨道高度通常在 2,000 到 35,786 公里之间，通常用于提供全球覆盖的卫星通信服务，如 GPS 导航系统。相比于 LEO 卫星，MEO 卫星的轨道周期较长，信号延迟也相对较高。
地球同步轨道(GeosynchronousOrbit,GEO)
GEO 卫星轨道高度约为 35,786 公里，与地球自转周期相匹配，相对地面保持静止。GEO 卫星通常用于提供广域覆盖的通信服务，如卫星电视和广播。高轨道卫星距地较高，覆盖面积大，三颗就能覆盖整个地球；但距离远，通信就更困难。
图 6 卫星轨道分类及用途
按照用途分，人造卫星可以分为通信卫星、遥感卫星、导航卫星等多种类型。
图 7 卫星用途分类
通信卫星
通信卫星用于传输和接收无线电信号，以实现全球范围内的通信。通信卫星系统通常由多颗卫星组成，分布在不同的轨道上形成星座，以覆盖更广阔的地理区域。卫星接收来自地面站的信号，然后将信号转发到其他地面站或卫星上，实现信号的传输和转发。通信卫星利用天线接收和发送无线电信号，并通过卫星上的转发器将信号转发到目标地点。用户可以通过地面设备（如卫星电话、卫星电视接收器等）与通信卫星进行通信。
导航卫星
导航卫星用于提供精确定位和导航服务。最著名的导航卫星系统是全球定位系统（GPS），由美国维护和运营。导航卫星系统通常由一组卫星组成，它们分布在不同的轨道上，通过向地面接收设备发送精确的时间和位置信息来实现导航。接收设备通过接收多个卫星的信号，并使用信号之间的时间差来计算自身的位置。导航卫星通过精确的轨道和时间同步来提供高精度的全球定位和导航服务。
遥感卫星
遥感卫星用于从太空中获取地球表面的图像和数据，以研究、监测和分析地球的自然资源、环境变化等。遥感卫星搭载各种传感器和仪器，如光学传感器、雷达传感器等，用于探测和记录地球表面的辐射、反射和散射数据。这些数据可以用于制作地图、监测气候变化、农业管理、城市规划等各种应用。遥感卫星通过获取高分辨率的图像和数据，提供全球范围内的地球观测和监测能力。
发展历程
自 20 世纪 80 年代末至今，全球卫星互联网发展已有 30 多年历史，可划分为三个发展阶段。
图 8 卫星互联网发展阶段
第一阶段：与地面通信网络竞争阶段（20 世纪 80 年代～2000 年）
以摩托罗拉公司“铱星”星座为代表的多个卫星星座计划提出，“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。随着地面通信系统快速发展，在通信质量、资费价格等方面对卫星通信全面占优，在与地面通信网络的竞争中宣告失败。
第二阶段：对地面通信网络补充阶段(2000~2014 年)
以新星、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。
第三阶段：与地面通信网络融合阶段（2014 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。
近年来，卫星争夺战已悄然展开。根据目前国外已公布的低轨通信方案中，卫星轨道高度主要集中在 1,000-1,500km 之间，频段主要集中在 Ka、Ku 和 V 频段。近年来，中国多个近地轨道卫星星座计划也相继启动，虽然起步晚，但发展后势强劲。
图 9 各国主要卫星互联网星座部署计划
相关政策
我国已将卫星通信作为关键核心技术研发和信息产业发展的重点领域，近年来我国出台多项通信卫星产业政策，积极布局低轨卫星领域，鼓励卫星通信应用创新，在航空、航海、公共安全和应急、交通能源等领域推广应用。
图 10 近年来我国卫星通信政策
市场规模
从市场规模来看，根据 SIA 数据，2014 年至 2022 年内，全球卫星互联网产业市场规模从 2460亿美元增长到 2810 亿美元。尽管在过去几年中由于新冠疫情的影响市场增速有所波动，但市场规模在 2021 年和 2022 年有了较为稳定的增长。2022 年全球商业航天市场规模达到约 3840 亿美元，卫星互联网产业在其中就占据了 73%，仍然处于主流优势地位。这表明全球卫星互联网市场正在逐渐稳定，并迎来更加稳健的增长阶段。
从全球新发射卫星数量来看，根据 UCS 数据，2012 年，全球新发射卫星数量仅 132 颗，2021年全球新发射卫星达到 1827 颗，期间年复合增长率为 33.9%，随着卫星互联网下游端的需求刺激，预计未来全球每年卫星发射数还将持续增长。
从发射次数看，根据《中国航天科技活动蓝皮书（2022）》，2022 年全球共实施航天器发射任务186 次，共发射航天器 2505 个，刷新历史记录，其中美国实施 87 次发射、中国实施 64 次发射，位列前两位，从近 5 年发射趋势来看，中美两国发射活动快速增长，发射次数交替领先，成为世界航天活动增长的主要动力。
在轨航天器方面，截至 2022 年底，全球在轨航天器数量达 7218 个，其中美国在轨航天器总数达 4731 个，占全球总数的 65.5%；欧洲在轨航天器总数达 1002 个，位居世界第二；中国在轨航天器数量达 704 个，首次超过 700 个。同时，从在轨航天器分布领域来看，美欧高轨通信卫星数量全球领先，美国低轨通信卫星领跑全球，中国大中型遥感卫星、导航卫星数量位居世界第一。
图 11 2022 年主要国家和地区在轨卫星数量（个）
通信卫星方面，截至 2022 年底，全球共有 4784 颗通信卫星在轨运行，Starlink 大规模部署成为全球通信卫星增长的首要原因。根据王韶涵等《2022 年国外通信卫星发展综述》、《中国航天科技活动蓝皮书（2022）》，截至 2022 年底，全球在轨通信卫星总数达 4784 颗，其中，美欧合计占据全球在轨通信卫星中 90%以上的份额。
2022 年全球新增发射通信卫星 1956 颗，同比增长 39.22%，其中，受益于“星链”（Starlink）星座 2022 年全年的批量发射，美国通信卫星发射数量快速增长，成为全球通信卫星数量增长的主要驱动力。
图 12 2022 年全球通信卫星情况
竞争格局
轨道和频谱是通信卫星能够正常运行的先决条件，单颗低轨卫星覆盖范围小，必须增加数量以实现全球覆盖，因此，面对有限的轨道、频谱资源，Oneweb、SpaceX、亚马逊等行业巨头，以及 Google、Facebook 等互联网企业均加入了低轨通信卫星竞争阵营，纷纷推出自己的低轨通信卫星建造计划，甚至 SpaceX 的 Starlink 计划卫星数量达到惊人的 42000 颗，未免有“跑马圈地”的意味，目前，国外已经公布的低轨通信卫星方案中，卫星总数量约为 31467 颗，卫星轨道高度主要集中在 500~1500km 之间，频段主要集中在 Ka、Ku 和 V 频段，在轨道高度十分范围有限、频段高度集中的情况下，卫星轨道和频谱的竞争将愈加激烈。
由于轨道和频谱在国际电信联盟的有效占有时间有限，不如期发射卫星会导致原有轨道和频谱失效，因此，预计下一阶段各家公司将抢先发射卫星，以实际占有轨道和频谱，轨道和频谱的争夺将愈演愈烈。
图 13 国外主要低轨通信卫星频谱和数量统计
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