1.1　卫星互联网概述

2020年4月20日，国务院国资委和国家发改委明确新基建的范围，卫星互联网成功“晋级”新基建战略。目前，陆地移动通信服务的人口覆盖率约为80%，但受制于经济成本、技术等因素，仅覆盖了约20%的陆地面积，小于6%的地表面积。卫星互联网可以解决海洋、森林、沙漠等偏远地区船舶、飞机、科考的宽带通信问题，成为地面移动通信的有益补充。

实现卫星互联网所必需的高通量卫星是指使用相同带宽的频率资源，而数据吞吐量是传统通信卫星数倍甚至数十倍的通信卫星，实现通信容量达数百Gbit/s甚至Tbit/s量级。高通量卫星能大幅降低每比特成本，可以经济、便利地实现各种新应用，已成为真正改变卫星通信行业游戏规则的技术。

高通量卫星按轨道可划分为地球同步静止轨道（GEO）和非静止轨道（NGSO）两种类型卫星，当前在轨应用的高通量卫星以GEO-HTS为主，但NGSO-HTS星座项目的实施将对GEO-HTS的增长产生一定程度的影响。根据欧洲咨询公司于2017年6月发布的《高通量卫星：垂直市场分析与预测》，全球30家卫星运营商在高通量卫星系统方面的总承诺投资额已达到近190亿美元。2017—2025年预计将有大约100次GEO-HTS发射，平均每年发射11次，并将至少发射一个LEO-HTS星座。预计高通量卫星在2017—2025年期间将产生360亿美元以上总收入，到2025年HTS容量的租赁收入将超过60亿美元，届时单位带宽成本将大幅降低。美国北方天空研究公司持有相似的预期，据其《全球卫星容量供应和需求（第14版）》分析，到2026年约60%的通信容量来自LEO-HTS星座，其余则来自GEO-HTS。总之，GEO-HTS和LEO-HTS星座之间存在竞争，但又并存发展。

高低轨卫星联合组网，单星与星座互补是未来发展的趋势。高轨卫星与低轨卫星各有优势，在能力上相互补充，且低轨卫星组网周期长、频率及轨位紧张、需要的关口站更多，GEO+LEO复合型轨道可形成更灵活的覆盖方案，根据服务需求和覆盖区域内的业务量在不同类型轨道卫星之间动态分配业务，提高网络全时全域的连通性。同时，高低轨卫星联合组网的方式有助于优化部署规模，高效建立起具备全球无缝覆盖及服务能力的卫星互联网星座。卫星互联网天地一体化拓扑图如图1-1所示。

1.1.1　高通量通信卫星

按轨道分，HTS分为GEO-HTS和Non-GEO HTS两大类，Non-GEO HTS又分为中轨道（MEO）和低轨道（LEO）两种。

1.1.2　信关站

高轨卫星信关站由位于GEO-HTS馈电波束内的多个信关站组成，彼此通过地面网络相连接。信关站具备网络管理、设备管理和用户管理功能，支持用户接入认证及网络入侵检测，并可实时监控信关站和终端站设备的运行状态，统计并上传日志信息、故障信息、报警信息，用于远程维护。

中低轨星座信关站网承接卫星业务信息处理交换和随路遥控功能，完成卫星互联网终端入网认证管理、用户鉴权管理、移动性管理、会话管理、运营支撑以及与地面公网或地面专网系统互联互通等功能。信关站网是连接天地网络的枢纽节点，保障用户终端业务接入，与公网和用户业务网络实现互通互联。为适应不同区域、不同应用场景和业务支撑类型，结合可用度要求信关站分为综合信关站、接入信关站、虚拟信关站。综合信关站作为区域服务枢纽节点，配备综合网管、核心网、多个接入网，支持多种业务，接入公网和专网。接入信关站配备接入网，与综合信关站同城异址建设，降低雨衰影响，提高信关站Q/V频段馈电链路可用度。虚拟信关站配备核心网部分网元，主要部署在境外，就近接入综合信关站，连接所在国本地运营商网络。

1.1.3　用户终端站

用户终端站为用户提供卫星互联网接入服务，可提供话音、数据传输等多种类型业务。根据用户使用场景不同可以分为固定站、便携站、车载站、船载站和机载站等类型。高轨卫星终端通常使用一副抛物面或平板天线，低轨卫星通信终端通常使用两副抛物面天线（通信过程中卫星切换）或一副二维电扫平板相控阵天线。

1.1.4　运控运营中心

高轨卫星网络运营与控制中心具有业务支持、运行支持、信关站网络管理和设备监控管理的功能，可单独建设并通过传输网与其他系统互连或与信关站共址建设。低轨星座网络运营与控制中心负责全球所有信关站网的资源调度、卫星载荷管理、系统运行监视、星地资源健康评估等，可单独建设并通过传输网与其他系统互连或与信关站、全球运营管理中心共站建设。

全球运营中心管理全球计费和账务信息，负责收集全球各大区信关站的卫星及用户业务使用情况，实现与各大区的资费结算，可单独建设并通过传输网与其他系统互连或与信关站、网络运营与控制中心共站建设。

卫星运控中心和测控站负责卫星在轨运行期间的长期管理控制工作，包括对卫星平台的测控管理与对卫星有效载荷的运控管理，完成对卫星进行轨道保持、机动变轨、遥测监视和载荷遥控的任务。

卫星互联网目标定位为向光纤和手机基站无法或难以覆盖的人群提供上网服务。事实上，在有光纤覆盖的城镇地区，卫星宽带的竞争力极其有限。例如，现在商用光纤已能以单纤16Tbit/s（单波200Gbit/s×8）的容量实现3000km无中继传输，而StarLink第一期计划部署的4425颗卫星单星容量为17~23Gbit/s，整个星座容量才100Tbit/s。此外，低轨卫星天然具有全球覆盖性，而地球表面70%以上为海洋和荒野，因此存在容量浪费。有学者根据地表人口分布模型，测算出StarLink容量利用效率为25.1%，整个星座有效容量约为23Tbit/s。假设StarLink第一期星座服务100万用户，则户均容量约为23Mbit/s，远低于光纤宽带的速率。

卫星互联网在系统容量、流量密度、网络覆盖、终端类型等方面与5G蜂窝网络相比存在极大劣势，将主要服务地面蜂窝网络无法覆盖的区域，与5G主要是互补的关系而不是竞争的关系。就发展阶段来说，卫星互联网已经经历了与地面通信网络竞争阶段、对地面通信网络补充阶段，正在逐步走向与地面通信网络融合的新阶段，成为新一代信息基础设施的重要组成部分。就在卫星通信与5G加速融合的同时，6G的前瞻性研究已经开启。不同于5G仍是地面移动通信，6G将着力解决海陆空天覆盖等地域受限的问题，拓展网络在人类生活环境空间方面的广度和深度，进一步向空天地海一体化延伸。建成后，将实现全球无缝覆盖，形成人、事、物全面关联的互联网。ITU、CNDP等国际标准化组织明确提出了卫星接入是移动通信的接入手段之一，未来6G标准工作中预计一半是空天地一体化内容。 Ms2MNRbMvw7xw3LVnIe8FveAia9b/DFyoPxoqhEoHd7I6fInLNOhZsHMl0GxphOh