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1.1.1 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)基本定義

定義：衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)是通過衛(wèi)星進行全球聯(lián)網(wǎng)的一套通信系統(tǒng)，通過一定數(shù)量的衛(wèi)星，向地面、空中、海上用戶提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)通常需要三大部件：衛(wèi)星、地面站（通常作為網(wǎng)關(guān)）、用戶終端。衛(wèi)星上網(wǎng)通信可以分為雙通道通信和單通道僅接收通信。
發(fā)展趨勢：衛(wèi)星通信從1960s開始發(fā)展，從模擬衛(wèi)星發(fā)展到數(shù)字衛(wèi)星，從窄帶發(fā)展到寬帶、高通量衛(wèi)星。目前的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)主要是指利用地球低軌道衛(wèi)星實現(xiàn)的低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。

1.1.2 衛(wèi)星按軌道高度可分為3類

從衛(wèi)星軌道高度來說有高軌同步衛(wèi)星、中軌衛(wèi)星、低軌衛(wèi)星等。高軌衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星存在互補關(guān)系和競爭關(guān)系。
互補關(guān)系：地球靜止軌道衛(wèi)星和地球自轉(zhuǎn)同步，只對某一固定區(qū)域服務(wù)，低軌衛(wèi)星對地面的覆蓋是移動的，是高軌衛(wèi)星的補充。
競爭關(guān)系：低軌衛(wèi)星傳輸時間低、路徑損耗少、衛(wèi)星終端體積小、成本低、系統(tǒng)容量大，在衛(wèi)星通信方面具有競爭優(yōu)勢。

1.2 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的較高確定性

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展對國家安全具有重要意義。
衛(wèi)星和頻段是稀缺的不可再生資源，申請并發(fā)射衛(wèi)星具有重要戰(zhàn)略意義。

從通信技術(shù)發(fā)展趨勢來看，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)通信也是必經(jīng)之路。

1.2 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的較高確定性

全球蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)僅覆蓋了20%的陸地面積、6%的地表面積，航空、遠洋、漁業(yè)、石油、環(huán)境監(jiān)測、戶外越野、軍事等特殊區(qū)域的通信需求依靠衛(wèi)星通信滿足。

農(nóng)村：農(nóng)村地區(qū)建設(shè)蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)的電力、塔架和土建工程等部署成本高出城市約三分之一，鋪設(shè)用于回程的光纖回程成本翻了一番以上，并且由于距離遠，微波傳輸也通常不可行。全球只有75%的農(nóng)村人口接入4G網(wǎng)絡(luò)，其中88%處于3G覆蓋范圍內(nèi)，12%仍然使用30多年前推出的2G網(wǎng)絡(luò)。
島嶼：菲律賓群島、印度尼西亞分別有約2000、6000個島嶼有人居住，在島嶼之間鋪設(shè)海底光纖難以實現(xiàn)，并且容易因事故或自然事件造成損壞，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可解決島嶼上通信問題。
在2G-5G時期，衛(wèi)星通信的首要需求是全球覆蓋。因此，衛(wèi)星通信以中窄帶、中高軌道衛(wèi)星為主，能夠以較少數(shù)量的衛(wèi)星完成全球覆蓋，完成對蜂窩網(wǎng)絡(luò)的補充。此時的衛(wèi)星通信對于高速率、低時延基本沒有需求，衛(wèi)星通信主要為語言和文本信息服務(wù)。

6G是一個全域覆蓋的立體網(wǎng)絡(luò)，將涵蓋陸空天海的基礎(chǔ)設(shè)施資源，集高/中/低軌衛(wèi)星系統(tǒng)、平流層平臺、陸地網(wǎng)絡(luò)和海上船舶通信等于一體，構(gòu)建星地融合網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)自然空間全覆蓋和全球全域的“泛在連接”。6G網(wǎng)絡(luò)把空天地一體化多接入能力作為關(guān)鍵能力，中國信通院發(fā)布的《6G白皮書》提出全球廣域覆蓋的星地一體化網(wǎng)絡(luò)將是6G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，星地融合通信已是目前通信技術(shù)的重要發(fā)展方向。
衛(wèi)星通信也是未來通信的基本環(huán)節(jié)。3GPP（第三代伙伴關(guān)系項目）已開展對“非地面網(wǎng)絡(luò)（NonTerrestrial Network，NTN）”的研究。NTN R14至R16的研究項目考慮在5G網(wǎng)絡(luò)中集成衛(wèi)星接入業(yè)務(wù)。NTN R20和6G NTN的相關(guān)研究，包括但不限于地面網(wǎng)絡(luò)（Terrestrial Network，TN）與NTN的一體化，以及在5G和5G-Advanced NTN基礎(chǔ)上進一步實現(xiàn)頻譜效率提升。因此，我們認為低軌衛(wèi)星星座將會是未來通信的必要基建。

1.3 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的通信技術(shù)：按通信介質(zhì)可分為電磁波通信和光通信

衛(wèi)星的通信方式主要可分為2種，包括使用電磁波進行通信，以及使用光進行通信。進一步細分又可分為微波通信、太赫茲通信、激光通信和量子通信。其中，微波通信和激光通信是目前最成熟、最常用的應(yīng)用于空間的網(wǎng)絡(luò)手段。太赫茲是電磁波的一種，相比于量子通信的通信速率，太赫茲通信的通信速率普遍更快。量子通信主要通過光進行信息傳播，器件成熟度還未達到可工業(yè)使用的要求。
目前最成熟的通信方式是微波通信。微波通信在器件、算法等各方面的發(fā)展都已經(jīng)較為成熟。但同時，微波通信也存在一些不足之處：1）長距離傳輸需要較高的功耗，傳輸速率也會受到限制。2）由于星際環(huán)境復(fù)雜多變，微波通信需要申請?zhí)囟ǖ念l段，避免與相鄰衛(wèi)星通信頻率重疊，以防止信號干擾。
激光通信技術(shù)日益成熟，在星間通信中的使用逐步增多。激光通信受益于地面的光纖通信對產(chǎn)業(yè)鏈的催化，其優(yōu)勢為傳輸速率高、無頻段限制，且對其他任何星間通信不會造成干擾，但其對鏈路的建立過程有非常高的要求，一般只能一對一的傳輸。

1.3.1 微波通信：通信頻段向高頻拓展

微波是指頻率在0.3~300GHz之間的電磁波，是無線電波中一個有限頻帶的簡稱。由于微波的頻率高于一般的無線電波，所以微波也被稱為超高頻的電磁波。國際電信聯(lián)盟(International Telecommunication Union, ITU)和電氣和電子工程師協(xié)會(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)將通信衛(wèi)星微波頻率進行了劃分。

1.3.1 微波通信：多種波束實現(xiàn)地面覆蓋

衛(wèi)星波束的覆蓋形式

點波束（指向波束）：基于數(shù)字波束成形的指向波束，點波束總是指向用戶。由于點波束功率遠超寬波束，因此點波束能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的調(diào)制和編碼，具有每秒百兆比特的通信容量。
寬波束：固定指向，主要用于傳輸控制命令。寬波束間支持波束切換，寬波束較大的覆蓋范圍可以降低不同波束切換頻率。

衛(wèi)星使用微波通信搭載的設(shè)備組件

微波通信：微波通信將微波作為傳輸?shù)慕橘|(zhì)，而無需使用固體介質(zhì)。
微波具有頻率高、波長短的特點，在空氣中直線傳播，遇到障礙物會被反射或阻斷。
微波通信的系統(tǒng)構(gòu)成：

1.3.2 激光通信：實現(xiàn)星間高速通信的重要方式

激光通信概述：衛(wèi)星激光通信是利用激光光束在衛(wèi)星間或者衛(wèi)星與地面之間傳遞信號的方式。區(qū)別于微波通信，激光光束在空間中充當(dāng)信息的傳輸載體。目前，空間激光通信系統(tǒng)主要使用半導(dǎo)體激光器作為光源，而激光通信系統(tǒng)的波長通常選擇在0.8~1.0μ波段之間。

激光通信的技術(shù)優(yōu)勢：

頻帶寬度大，鏈路通信容量較大；

波束發(fā)散角度小，方向性強，具備良好的抗干擾和防截獲性能，系統(tǒng)安全性高；

設(shè)備之間沒有微波信號干擾，無需申請空間頻率使用許可證。
然而，由于激光光束較窄，對準、捕獲和跟蹤是激光通信系統(tǒng)需要應(yīng)對的重要問題。因此，激光跟蹤技術(shù)是星際激光鏈路的關(guān)鍵技術(shù)之一。
將微波通信技術(shù)和激光通信技術(shù)相結(jié)合已成為星座組網(wǎng)的主流，以滿足大規(guī)模快速發(fā)展的衛(wèi)星通信星座對更高的測量精度和更快的通信速率的需求。