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根据轨道高度，卫星可以分为典型高度为500~2000km的低地球轨道（LEO）卫星、典型高度为8000~20000km的中地球轨道（MEO）卫星和高度约35786km的对地静止轨道（GEO）卫星等。其中，高轨道卫星具有覆盖优势，单颗GEO卫星可覆盖近1/3地球表面积。相比之下，低轨卫星具有发射成本低、距离地面近、传输时延短、路径损耗小、数据传输率高等优点，有利于地面终端的小型化，能以更小的信号功率被低轨卫星接收。
高轨高通量卫星（GEO-HTS）系统采用多点波束和频率复用，在获得相同的频谱资源条件下，其吞吐量是传统宽波束卫星的数十倍甚至数百倍。目前全球已有几十个卫星运营商投资建造了数十颗GEO-HTS卫星，其中典型卫星的性能如表1-1所示。GEO-HTS的点波束数量由2005年的100路左右，增长到目前的1000路，单星容量也呈现指数增长的趋势，如图1-2所示。所有在轨GEO-HTS中容量最高者是卫讯公司的ViaSat-2，正在为北美地区提供最高50/3Mbit/s的卫星宽带服务。已经签订制造合同并预计2022年发射的Jupiter-3属于休斯公司，计划覆盖北美洲地区。此外，卫讯公司计划2022年开始发射3颗单星容量1Tbit/s的ViaSat-3卫星，分别覆盖北美洲、欧洲和亚太地区，将提供下行100Mbit/s以上的卫星宽带。
表1-1 国外GEO-HTS典型卫星的性能
注：—表示暂无确切数据。
图1-2 国外GEO-HTS典型卫星的单星容量
O3b星座系统是全球第一个成功投入商业运营的中地球轨道（MEO）卫星通信网络，利用Ka频段卫星通信技术，提供具备光纤传输速度的卫星通信骨干网，主要为地面网接入受限的各类运营商或集团客户提供高速、宽带、低成本、低时延的互联网和移动通信服务。
O3b星座的第一代卫星由泰雷兹·阿莱尼亚空间公司（TAS）承研，从2013年开始发射部署，每4颗卫星一组发射，8颗卫星一个编队运行，至今已完成全部5组次发射，在轨卫星20颗，其中2颗卫星设为待命模式，用作在轨备份。O3b星座的第一代卫星均运行在相同的轨道面上，即8060~8072km高度、0.03°倾角的赤道上空MEO轨道，轨道周期为287.92min。O3b星座可以为全球南北纬50°之间的区域提供高吞吐量卫星通信服务，扩展服务的覆盖范围为南北纬50°～62°。由于O3b系统位于MEO，因此比起GEO卫星，系统延迟大大降低，仅为150ms，O3b卫星系统的服务时延为150ms，比GEO卫星的500ms减少了75% [1] 。O3b星座无星间链路，因此实时通信要求在全球多个地点布设地面站。目前，O3b系统已经在全球9个地点部署了地面信关站，分别是夏威夷、美国西南部、秘鲁、巴西、葡萄牙、希腊、中东、澳大利亚西部和东南部。
为保证地面终端的不间断通信，需要不断进行跨星切换操作，地面终端需要具备双波束或波束捷变的能力，以保证能够同时与2颗卫星建链。为实现双波束的能力，O3b地面终端配置抛物面形式的双天线，如图1-3所示。
图1-3 O3b双抛物面天线地面终端组成图
2014年9月1日，O3b公司正式在太平洋、非洲、中东和亚洲地区提供商业服务，政府机构和美国军方是其重点用户。2017年，SES公司收购O3b公司后，O3b星座系统由SES公司运营，业务应用涉及骨干网、地面移动网干线、能源、海事和政府通信等几大领域。系统可分别针对不同的应用领域提供不同的速率和服务。例如，针对政府通信可以提供保密线路；针对地面移动网干线可以提供基站间通信业务；在能源领域可以利用其低时延特性实现一些实时性要求较高的音视频通信等业务，也可以提供大量带宽用于远程资产监控，还能改善边远及海上油气田工作人员的业余生活；海事应用主要针对游轮用户，可以为旅客提供近似于陆地宽带的用户体验，流畅运行各种社交软件、视频通信软件。
O3b星座第二代卫星（O3b mPower）由波音卫星系统公司（BSS）研制，预计将于2022年以后开始发射部署，致力于通过卫星星座实现全球连接。O3b第二代星座具有规模可变能力，初期将由7颗高通量中轨卫星组网，设3万个宽带互联网服务点波束，通信总容量将达10bit/s。O3b星座未来将融入SES的空间系统舰队，由此实现GEO与MEO融合的服务体系，来提供更有针对性的网络接入。
低轨移动卫星通信系统的发展经历了三个阶段。第一个阶段以铱星系统为代表，企图替代地面移动通信系统，与地面移动通信系统是相互竞争的关系，由于高昂的维护成本和运营服务费用，铱星系统没有竞争力。第二个阶段以IridiumNEXT、GlobalStarⅡ等为代表，是地面移动通信系统的补充和备份。随着低轨移动卫星通信系统技术成熟，成本降低，低轨移动卫星通信应用时机已经成熟，成为投资热点。目前已经发展到了第三个阶段，与地面移动通信系统相互融合，相互促进，形成真正的天地一体通信网络。
国外主要低轨卫星星座Telesat、StarLink、OneWeb和Kuiper的发展现状如表1-2所示。
表1-2 国外主要低轨卫星星座 [2]
SpaceX公司自2014年宣布建设StarLink（星链）星座以来，已发展成在轨卫星数量最多、发射频度最快、技术最变革的低轨星座系统。2019年10月，SpaceX公司向国际电信联盟ITU报送了3万颗卫星的网络资料，而后在2020年5月将更详细的申请提交至美国联邦通信委员会（FCC）。这一期3万颗卫星代号为StarLink Gen2（Generation 2，第二代），在原4409颗星座的Ku、Ka频段基础上，增加了E频段，同时也考虑采用星间链路。
截止到2021年6月，Starlink卫星通信星座已经完成首批1740颗卫星的发射任务，轨道高度为550km，分布在72个轨道面上。这些卫星通信采用Ku和Ka频段，倾角53° [3] ，单颗卫星重约260kg，天线覆盖范围为64万km 2 ，服务纬度为44°～52°，在轨寿命为1～5年，预计2022年星座将配备星间链路，可有效覆盖极地地区。
StarLink Gen2是SpaceX公司于2020年5月提交至FCC申请的新一代大型低轨星座，也就是我们常说的3万颗星的那个系统。据SpaceX公司提交至FCC申请中显示，本次申请的3万颗卫星工作的轨道高度较低，分布在328～614km共计75个轨道面上。表1-3为StarLink Gen2的星座构型分布。
表1-3 StarLink Gen2星座构型分布
StarLink Gen2系统将在每个卫星有效载荷上利用先进的相控阵波束成形、数字处理技术，以便高效利用频谱资源，并与其他天基和地面许可用户灵活共享频谱。用户终端将采用高度定向的可调向天线波束，以跟踪系统的卫星。对于关口站而言，将生成高增益定向波束预与星座内多个卫星进行通信。值得注意的是，SpaceX正在开发星间激光链路，并期望将其部署在Gen2系统上，以提供无缝的网络管理和服务连续性。
StarLink的用户终端采用相位合成平面阵列天线，一个维度使用一个电机机械转动，另一个维度使用一维相控阵，可在多星间无缝切换，尺寸将只有“披萨大小”，且“即插即用”，如图1-4所示。在2020年3月举办的美国2020卫星大会上，马斯克声称StarLink用户终端看起来就像“一根棍子上的UFO，带有电机来调整它们的指向，用户安装很方便”。可见其用户终端将采用机械调向平板天线以降低成本，但其价格和性能能否适应消费者宽带市场仍有待观察。
图1-4 StarLink用户终端实物图
StarLink用户终端的特点包括：
● 操作简单，用户只要将终端机接上电源，指向天空，便可使用；凡是能看到天的地方就会自动接入高速率、低延迟的宽带网络，根本不用事先阅读说明书或者接受操作培训。
● 终端机自带电动机，全自动调节接收角度，从而为用户提供最佳的信号。
● 像飞碟的接收天线直径约为0.23m，初期售价500美元左右，最终售价预计会低至200美元。
星链太空互联网全面建成后，将真正做到宽带互联网遍布世界，地球全覆盖，全球无死角。地球上任何地方任意时间，至少会有3颗星链卫星与之链接。只要能看到天的地方就可轻松接入星链宽带网络，为每个终端提供最高1Gbit/s （与5G速率相当）、延迟时间15～20ms的高品质服务。
StarLink星座聚焦数据传输服务，但与5G地面蜂窝网络不具可比性。当下互联网接入需求发生了很大的变化，抢占互联网入口已经成为互联网内容和服务提供商的首选，StarLink星座也以提供消费者宽带接入为主要目标。但是从系统容量、流量密度、网络覆盖、终端类型等方面看，StarLink星座与5G的系统性能和应用场景差别很大，对5G市场的影响有限。
第一，系统容量方面，卫星星座远小于蜂窝系统。StarLink星座第1期4425颗卫星的系统容量约100Tbit/s，有效容量约23Tbit/s。假设每个用户平均需要10Mbit/s容量，那么StarLink最多支持230万用户。而根据2019年GSMA《移动经济》报告，2018年全球4G连接数已达34亿，到2025年全球5G连接数将达14亿。因此StarLink即使将其容量完全销售出去，其市场份额也远低于蜂窝系统。
第二，流量密度方面，卫星星座比5G蜂窝系统低7个数量级。StarLink卫星用户下行总带宽为2GHz，频谱效率约为2.7bit/（s·Hz），因此单个点波束最大容量约为5.4Gbit/s，而每个波束覆盖地表约为2800km 2 ，因此其流量密度约为2Mbit/（s·km 2 ），比5G系统所能支持的10Tbit/（s·km 2 ）低7个数量级。世界主要城市人口密度普遍在1000人/km 2 以上，假设人均需要10Mbit/s的通信容量，则城市地区需要的容量密度高于10Gbit/（s·km 2 ）。因此，城市地区的容量需求只有地面网络能够满足，StarLink星座只适用于人口稀疏的偏远陆地、海事或航空等场景。
第三，网络覆盖方面，卫星通信与蜂窝通信有不同的适用领域。一方面，偏远陆地、海洋、高空等蜂窝系统基本不能覆盖的领域，适合使用卫星通信。另一方面，卫星通信虽然理论上能无缝覆盖全球，但HTS系统常用的Ku和Ka频段穿透能力差，依赖于视距传输。因此，在城市高楼之下和室内应用等场景，卫星信号的覆盖能力严重不足，更适合使用蜂窝通信。
第四，终端类型方面，卫星宽带地面终端的尺寸、重量、功耗、价格均显著高于5G终端。蜂窝通信传输距离在1km以内，LEO卫星传输距离在500km以上，路径损耗比蜂窝通信高50dB以上，因此卫星通信地面终端需要高增益的抛物面天线或者平板天线，天线口径一般在35cm以上，天线重量、功耗、价格均远高于5G用户终端。