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随着科学技术的发展和人类生产、活动空间的不断扩大，人们进入万物互联时代，多种多样的互联网服务将涵盖山区、沙漠、海洋、深地、天空、太空等更广阔的区域。然而，目前地球上仍有超过70%的地理空间，约30亿人口未能实现互联网覆盖。一方面，在这些区域进行大规模网络部署需要高昂的成本，包括密集的基站部署、回传网络建设等产生的昂贵的基建费用，光缆的安装租赁费用和网络日常维护费用等；另一方面，地面网络难以覆盖山区、沙漠、海洋、天空等地理范围。卫星互联网作为地面互联网的延伸和补充，是解决此问题的有效手段 ［1］ 。
受限于网络容量和覆盖范围，传统地面网络技术难以满足陆地偏远地区、海洋、天空，甚至深空等泛在网络空间的潜在通信服务需求。卫星通信具有通信距离远、覆盖面积大的特点，能够不受地面地理条件的限制。卫星网络与地面网络相互融合，取长补短，共同构建全球无缝覆盖的海陆空天一体化综合通信网，可满足用户无处不在的多种业务需求，是未来通信技术发展的重要方向。
与地面固定网络通过光纤入户、移动网络通过布设基站为用户提供服务不同，卫星网络通过卫星及星间/星地无线链路为用户服务。由于地面光纤、基站等的部署受限于地形地貌，在偏远山区或海上无法形成有效的网络覆盖，而卫星具有“居高临下”优势，多颗卫星以一定排列方式共同协作构成一个卫星星座，可实现对全球（或一定区域）的连续无缝覆盖。未来数量庞大的低轨卫星将组成具有全球覆盖、大容量宽带接入、低通信时延的互联网基础设施，为全球用户提供无缝的高速互联网接入。继美国太空探索技术公司（SpaceX）在2015年推出星链（Starlink）计划后，全球互联网公司、初创公司等纷纷申请各自的卫星互联网星座，抢占轨道位置和频率资源。
在此背景下，将低轨、中高轨通信卫星和各种导航、遥感等应用卫星综合在一起，构建功能多样、轨道互补的天基信息网络，并探索与地面网络相融合，建设天地融合的卫星互联网，深度融合空、天、地等网络多维信息，充分发挥不同网络维度的功能，可以打破各自独立的网络系统之间数据共享的壁垒，实现全球全域的无线覆盖和大时空尺度的快速通信服务。
因此，迫切需要建设卫星互联网，既满足我国一系列战略决策对全球全域全时信息服务提出的要求，同时也有利于国家抢占卫星频率、轨道位置等稀缺资源。卫星互联网作为一种新型网络被视为继有线互联、无线互联之后的第三代互联网基础设施，在构建我国完整通信网络中扮演着不可或缺的角色。建设卫星互联网，能够快速发展卫星通信技术、形成完善的网络体系，有利于抢占太空制高点，对于推进我国全球化进程具有重要的战略意义。
早期提供的卫星互联网服务主要是通过地球静止轨道（Geostationary Earth Orbit,GEO）卫星来实现，经过几十年的发展，以新一代高通量卫星（High Throughput Satellite,HTS）为代表的GEO卫星通信系统（GEO-HTS）仍是构建卫星互联网的主力。与此同时，以 O3b 系统为代表的中地球轨道（Medium Earth Orbit,MEO）卫星通信系统和以第二代铱星（Iridium NEXT）系统、一网（OneWeb）系统和星链系统等为代表的低地球轨道（Low Earth Orbit,LEO）卫星通信系统在卫星互联网领域正发挥着越来越重要的作用。这些卫星通信系统具有低时延、低成本、广覆盖、宽带化等优点，代表着卫星通信的重要发展方向 ［1］ 。
GEO-HTS 系统的单星覆盖范围广，少量卫星即可实现全球覆盖。由于卫星数量少且相对地面静止，其组网和频率协调相对容易，系统建设和维护成本较低，但同时存在传输时延大、传播损耗高、不能覆盖南北极区域等不足。提供卫星互联网接入服务的代表 GEO 卫星通信系统包括早期面向企业级用户的 IPSTAR、Spaceway-3等，以及后期快速发展的HTS，如美国ViaSat系列、EchoStar 17、EchoStar 19和我国的中星16号、亚太6D等卫星。
O3b 星座系统是目前全球唯一成功投入商业运营的 MEO 卫星通信系统。第一代O3b星座有20颗卫星在轨运营。目前已开始发射第二代22颗O3b mPOWER卫星，组成42颗卫星的中轨道卫星星座，这些新增卫星将会兼用倾斜轨道和赤道轨道，把O3b星座覆盖范围从目前的南北纬50°之间扩展到地球两极，成为一个真正的全球通信系统。
OneWeb系统分为3个部分。第一部分由648颗工作于Ku/Ka频段的LEO卫星构成，分布在高度为1 200 km、倾角为87.9°的18个轨道面上，每个轨道面部署40颗卫星，星座容量达到7 Tbit/s。第二部分将添加1 280颗V频段MEO卫星，分布在轨道高度为8 500 km、倾角为45°的MEO上。2020年5月28日，OneWeb公司向美国联邦通信委员会（FCC）提交申请再次增加近4.8万颗卫星。截止到2022年3月30日，OneWeb系统已经发射了428颗卫星（都由俄罗斯负责发射，总数为13次），余下的220颗卫星将由美国太空探索技术公司的猎鹰9号火箭发射。
Starlink系统是美国太空探索技术公司建设的一个低轨星座卫星通信系统，能提供覆盖全球的高速互联网接入服务。截止到2022年3月30日，Starlink系统向国际电信联盟（ITU）共申报了约4.2万颗卫星，已累计发射2 303颗卫星，其中在轨运行2 111颗，192颗脱轨，为20个国家约14万用户提供通信服务，其中在15个国家的平均下载信息速率超过100 Mbit/s。
我国的低轨星座卫星通信系统建设也在进行中，相关系统都是面向互联网接入而设计的且都完成了首颗卫星的发射。此外，还有一些民营企业也提出了相关的计划。2021年4月中国卫星网络集团有限公司成立，该公司的成立必将加快我国卫星互联网的建设步伐。
与地面网络相比，卫星网络具有广域覆盖的突出特点，对于实现海上、空中、陆地的全域通信覆盖有明显优势，成为民用通信保障和商业通信应用的一个重要发展领域 ［2］ 。其典型应用有以下5种。
（1）应急救灾通信保障服务
从历次灾害的救灾工作经验来看，通信联络是通报灾情、疏散群众、请求支援的关键环节，没有一个健全的通信保障体系，救灾工作是无法顺利进行的。应急救灾通信保障服务可利用卫星互联网，通过建设跨系统共享的新型应急通信指挥调度平台，完成日常灾情监测监控、预测预警，并在灾情发生后进行实时监控、定位导航、防灾数据采集、灾情报告及应急救援的指挥调度等，为指挥决策、搜救、医疗等工作提供支撑。
（2）全球移动宽带服务
对于在全球或大范围内移动的用户来说，由于地面网络难以覆盖海洋、空中和陆地偏远地区，卫星通信是解决其移动宽带接入问题的一种有效手段。全球移动宽带服务通过建设统一的运营支撑平台，布设线上、线下营业厅，在全球范围内为大众消费类用户提供基础电信业务和政企类服务。
（3）航空网络信息服务
航空网络信息服务主要针对大型民用运输类飞机和通用航空特种飞机开展。大型民用运输类需求包括驾驶舱高安全级别语音及数据通信服务、北斗/GPS的星基增强定位服务、广播式自动相关监视（ADS-B）、飞机健康管理服务、客舱高速宽带上网（如空中 Wi-Fi）等。通用航空的需求主要包括特种任务宽带通信服务，如航拍红外/可见光图像回传、声音及数据通信服务。图1-1给出了基于Ka频段低轨道通信卫星开展航空网络信息服务示意，包括互联网接入、空管系统和飞机健康管理以及航空公司提供的App增值服务等。
（4）海洋信息服务
海洋信息服务主要包括以下3项。
① 监测数据回传服务：是指把实时监测海洋生物资源、大气质量、海洋水资源、污染物排放范围等的浮标所产生的监测数据进行回传。
图1-1 基于Ka频段低轨道通信卫星开展航空网络信息服务示意
② 高速数据通信服务：是指向远洋运输船、南北极科考站、海洋上科考船、游轮提供双向高速数据通信服务。
③ 日常数据通信服务：是指渔船渔情预报、维权执法、指挥通信服务等。图1-2给出了海洋信息服务示意，低轨通信卫星利用L和Ka两个频段分别提供中低速和高速通信服务。
（5）天基信息中继应用服务
图1-2 海洋信息服务示意
我国陆地测控站和海上测量船一直支撑着我国的航天测控任务，其通信覆盖率相对较低。随着天链中继卫星的应用，该情况得到了一定改善。在现有中继卫星基础上，卫星互联网通过构建覆盖全球的天基骨干网，可进一步提升我国通信测控服务覆盖率指标，支撑我国航天应用的开展。