自20世纪80年代算起，卫星互联网已有近40年的发展历史。经历了与地面移动通信网络展开正面竞争的第一阶段，以及作为地面通信网络补充和备份的第二阶段之后，卫星互联网将进入与地面通信网络融合发展的新阶段。相比传统的地面互联网，卫星互联网具有覆盖范围广、传输速率快、抗干扰能力强等优势。它可以为偏远地区、海洋、航空、铁路等无法通过传统网络接入的区域提供高速稳定的互联网服务。
卫星互联网业务的发展对于推动数字经济、促进信息化建设具有重要意义。它可以为农村地区提供电子商务、在线教育、医疗健康等服务，帮助农民增加收入、改善生活质量。同时，卫星互联网也可以为航空、航天、海洋作业等领域提供通信保障，提高其工作效率和安全性。此外，卫星互联网技术具有高带宽、低时延、广覆盖的特点，可以为宽带互联网接入服务的创新发展提供技术支撑。
卫星互联网的组成
卫星互联网是指基于卫星通信技术接入互联网，其业务可覆盖全球。通过一定数量卫星的规模组网，构建具备实时信息传输能力的星座系统，卫星互联网可向终端用户提供以宽带互联网接入为主的通信服务。
卫星互联网一般由空间段、地面段和用户段三部分组成。空间段主要是由若干颗通信卫星构成的星座系统，负责接收和转发卫星信号，为用户提供卫星信号覆盖。地面段包括卫星测控网络、关口站等，主要起到连接卫星互联网和地面通信网络的作用。用户段则包括用户使用的各类通信终端。
按照轨道高度，卫星主要分为低、中、高轨三大类，详见表1。其中，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开展。
卫星互联网的应用场景
卫星互联网主要有以下四类应用场景。
一是盲点区域网络覆盖。卫星互联网建成后，可以作为5G等地面通信网络的有效补充，为地理环境复杂的区域（如海洋、沙漠和偏远山区等）提供通信服务，以及对民航飞机的飞行空域进行互联网覆盖。
二是军事及外事通信领域。将卫星互联网用于外事保密通信，以及军事指挥、战场态势感知、空间电磁对抗等军事通信领域。
三是地广人稀区域的低成本覆盖。在地域范围广、应用密度低的区域使用卫星提供互联网服务，相比由光纤、移动通信基站构成的地面通信网络，其成本更低、建设更便捷。
四是重大灾害应急通信。在发生地震、海啸、火灾等重大灾害致使地面通信网络受损中断的情况下，通过卫星互联网可实现跨区域的网络应急通信。
卫星互联网的发展现状
国际发展现状
根据国际电信联盟（ITU）制定的《无线电规则》，卫星轨道和频谱资源具有排他性和时效性，因此卫星星座建设存在明显的“先发优势”。
1. 卫星轨道和频谱资源的排他性原则
地球静止轨道只有一条，各国之间需要公平协商分配；而其他轨道（低轨道、中轨道）则要按照各国“先登先占”的原则进行分配。根据赛迪公布的数据，地球近地轨道可以容纳的卫星数量约为6万颗，而仅考虑SpaceX的Starlink星链、亚马逊的Kuiper、韩国三星的太空互联网计划以及英国O neWeb，其总计规划的低轨道卫星发射数量就已超过6万颗。此外，根据卫星工业协会（Satellite Industry Association）估计，在轨的商业航天器数量将在2029年超过10万个。无论是从经济还是从国家战略角度考虑，发展低轨道卫星已经刻不容缓。
2. 卫星组网的时效性原则
根据国际电信联盟规定，卫星运营商须在第一颗卫星投入使用的监管期结束后2年内发射10%的卫星，5年内发射50%的卫星，7年内全部部署完毕。若未按时达到要求，则被视为放弃相应的资源所有权。
近年来，世界各国相继发布卫星通信网络建设计划，以美国为代表的商业航天发展迅猛。在Google、Facebook等互联网巨头的推动和支持下，美国SpaceX、英国OneWeb等创新型企业纷纷启动建设由低轨小卫星组成的星座系统，积极抢占太空互联网接入新资源，引发全球性热潮。
据国际电信联盟网站公开信息，全球大约三分之一人口（约26亿人）仍处于未接入互联网的状态。尤其是在最不发达国家，仍有三分之二的人口（约7.2亿人）处于“离线”状态。面对如此广阔的市场，近年来国外空客、亚马逊、Google、Facebook、SpaceX等高科技企业纷纷投资卫星互联网领域，提出了Starlink、OneWeb等多个卫星互联网计划。截至2023年7月，Starlink已经发射4800余颗卫星。
国内发展现状
2017年以来，国内也相继启动了多个卫星星座计划，包括航天科技的“鸿雁星座”、航天科工的“虹云工程”、国电高科的“天启星座”等。我国于2021年4月成立中国卫星网络集团，整合卫星互联网、天地一体以及“虹云”“鸿雁”等系统，并牵头组织开展卫星互联网系统的建设与运营，目前正处于系统技术论证和测试验证阶段。此外，民企银河航天已成功发射7颗宽带卫星，平均单星容量为40Gbit/s，正开展通信技术体制测试验证工作。预计到2029年全球近地轨道将部署约5.7万颗低轨卫星，其中美国预计占据80%以上的卫星数量，而我国低轨卫星数量将位列全球第二。
近年来，国家相关部门出台多项关于卫星互联网发展的支持政策（见表2）。2020年4月，国家发展改革委首次明确新型基础设施包括信息基础设施、融合基础设施和创新基础设施，其中信息基础设施又分为通信网络基础设施、新技术基础设施和算力基础设施等。而卫星互联网与5G、物联网、工业互联网一同成为通信网络基础设施的代表。
卫星互联网在我国虽然起步较晚，但2020年被纳入“新基建”范畴并成为国家战略性工程后，发展势头强劲。多个卫星星座计划相继启动，“鸿雁”“虹云”“G60”等卫星星座计划将分别发射多颗低轨通信卫星以组建卫星互联网，组网建设投资规模有望超过300亿元。根据SIA发布的数据，卫星组网费用占整个卫星产业链产值的8.1%左右，据此测算，预计我国卫星互联网产业规模将达到3600亿元左右。
由于成本降低、网络提速且稳定性增强，目前卫星互联网技术已广泛应用于电力、石油、采掘、运输、农林等各个领域。
卫星互联网发展趋势
卫星通信是太空经济的核心，卫星互联网的发展将呈现以下趋势。
1. 卫星互联网建设上升为国家战略
卫星互联网以日益凸显的国家战略地位、潜在的市场经济价值、稀缺的空间频轨资源成为全球关注的焦点，世界各国纷纷将建设卫星互联网列为重大国家发展战略，相继发布卫星通信网络建设规划。
2. 技术进步推动卫星互联网建设成本下降
在卫星研制方面，由非标准化向标准化、由定制化向模块化发展，研制成本得到有效降低；在卫星发射方面，火箭发射和回收技术推陈出新，发射成本得到有效控制；在卫星通信方面，随着卫星通信带宽从百Mbit/s提升至Gbit/s，网络承载能力大幅提升。
3. 频率和轨道等空中资源争夺愈加激烈
当前国际规则中对轨道和频率资源的主要分配形式为“先登先占”和“公平规划”两种，面对有限的频轨资源和动辄上千颗卫星的星座部署，各国竞相布局卫星互联网生态圈，借卫星互联网建设的契机抢占空天资源高地。
4. 卫星互联网与地面网络融合是必然趋势
卫星互联网相对于传统地面通信网络具有覆盖面积广、遇自然灾害时系统鲁棒性强等优点，因此成为现阶段发展热点。但由于与地面通信网络（如5G网络）相比，卫星互联网存在通信时延高、服务费用高等弊端，卫星互联网在短期内难以取代地面通信网络。从目前技术发展趋势来看，卫星互联网与地面通信网络的融合是未来移动通信网络的重要发展方向之一。
*本文刊载于《通信世界》
总第940期 2024年3月25日 第6期
