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卫星互联网市场空间广、下游需求大，目前行业已进入导入期，且因为轨道及频率资源具有稀缺性，组网的确定性高，布局正当时。
一、低轨卫星互联星座--5G之补充，6G之初探
1.1、卫星互联网历经三代升级，与地面通信的关系从竞争走向互补
卫星互联网的发展探索始于20世纪80年代末期，至今经过了三阶段的迭代升级。从服务内容上看，卫星互联网由传统中低速话音、数据、窄带物联网服务为主的星座系统，迭代成为可提供高速率、低延时、容纳海量互联网数据服务的宽带星座系统；从市场定位上看，由最初与地面通信系统的竞争替代，逐步转变为相互补充、竞合协同关系；从技术上看，高通量趋势下，新一代卫星互联网采用Ku、Ka、V等较高频段，且平台技术逐步成熟，通过定制化、规模化、集成化的生产方式显著降低卫星制造成本；从建设主体上看，前二代卫星互联网主要参与者为摩托罗拉等电信企业，在新一代卫星互联网的建设中，SpaceX、OneWeb等高科技企业纷纷入局，电信运营商也由竞争对手转变成为产业链中的重要合作伙伴。
1）第一代卫星系统（C、L、S频段）以话音及物联网服务为主，定位为全面替代地面通信系统：
20世纪80年代末期为低轨卫星互联网的初探阶段。典型代表为美国摩托罗拉公司提出的“铱星”系统、美国劳拉及高通公司联合提倡的“全球星”系统、轨道通信公司提出的“轨道通信”系统。“铱星”于年开始试验发射，由6条轨道、66颗卫星组成，可提供终端移动通话、寻呼等功能，其核心突破在于：①基于星间链路组网，具备星上处理能力，可不依赖关口站实现端到端通信；②是第一个采用LEO近地轨道的星座，缩短用户链路降低时延；③采用了多波束技术，大大提升了信道容量。“铱星”系统是相当完备且成功的组网雏形。
那时，卫星通信与地面通信的关系在于竞争。地面移动通信终端便宜、资费低、体积轻小，快速占领市场。卫星通信虽然可以解决传统移动通信覆盖范围局限的痛点，然而卫星通信的通话质量难以与地面通信解决方案抗衡。铱星公司出现亏损，最终破产。同样，具备48颗卫星的“全球星”系统、支持物联网服务的“轨道通信”系统也因前期投入成本高、收入回报较低等原因宣告失败。
2）第二代卫星系统（C、L、S、Ka频段）升级带宽、拓展综合服务，扭转市场定位，与地面通信系统平行共存：
年前后，上一代三大星座纷纷推出第二代计划，且在卫星数量、单星质量、功率等方面进行了优化提升。第二代“铱星”系统升级话音及数据业务，带宽从原有2.4kbps提升到1.5Mbps，通过Ka频段提供高速数据服务，便携式终端可达到10Mbps，运输式终端可达到30Mbps1，已于年完成部署；第二代“全球星”开辟更多业务场景，推出基于卫星的Wi-Fi服务（Sat-Fi），并与ADS-B技术公司合作提供ADS-B监视及通信服务等；第二代“轨道通信”系统专注于货物监控及物联网领域，配备AIS自动识别系统，应用领域包括搜救、反海盗、环境监测等。
3）新一代卫星系统（Ku、Ka、V频段）采用宽带/高通量卫星，提供高速率、低延时的互联网服务，与地面通信系统互补：
第二代星座计划在建设成本及数据吞吐量上有了明显改善，高通量卫星突破带宽瓶颈。21世纪初期，以C、Ku频段为主的高轨GEO宽带卫星系统解决了全球互联宽带接入的需求，但这类卫星主要采用C、Ku频段，主要业务为固定卫星业务。随后，在频率复用和点波束技术的赋能下，采用Ka高频段的新一代高通量卫星（HTS）通信系统应运而生，相比常规C、Ku频段的卫星网络，Ka宽带卫星将丰富的频率资源与多点波束组合应用，单星容量提高数十倍至数百倍，整星吞吐量在Gbit/s以上，甚至可以达到Tbps级别，最典型的代表为GEO卫星星座卫讯-3（ViaSat-3），我国中星16号卫星也属于此类卫星，首次应用Ka频段多波束宽带通信系统，总容量达20G以上。
年前后，新一代卫星互联网技术向小型化、大容量的趋势演进，低轨的宽带/高通量卫星迎来发展热潮。代表星座有太空探索公司（SpaceX）的StarLink星座计划、一网公司OneWeb星座计划、加拿大电信卫星公司Telstar计划等。与20年代末期的第一代星座计划相比，全球政策环境、技术创新、应用场景均发生显著变化。新一代卫星互联网星座发射及生产成本更低，组网规模宏大，可为全球提供高速率、低延时的卫星互联网接入服务，在应急、灾备、海洋作业、机/船载Wi-Fi、偏远地带带宽覆盖等应用上持续突破，并在内容投递、宽带接入、基站中继、移动平台通信等方面和5G融合取得实质性进展。
1.2、新一代卫星互联网星座如何定义，有哪些优势？
发展至今，新一代卫星互联网星座已具有明确定义，即由数百甚至上千/万颗运行在低地球轨道（LEO）的小型卫星构成，能够提供宽带互联网接入服务的通信卫星星座。
新一代卫星互联网相比于地面通信系统，其优势在于：
①覆盖范围广：目前，地面网络只覆盖陆地面积的20%、地球表面的5%，卫星互联网容量大、不受地域影响，可实现全球无缝覆盖，解决偏远地区、海上、空中用户的互联网服务需求；②建设成本低：相比于地面5G基础设施及海洋光纤光缆建设，卫星互联网组网成本更低，且随着研制集成化、标准化、平台化技术的持续推进，未来卫星制造及发射成本将持续下降；③时延媲美5G：5G典型端到端时延为5-10ms左右，低轨卫星距离地表较近，按最高km高度计算，时延约20ms，相比传统高轨卫星的时延有显著降低；④高带宽：高通量技术的成熟提升单星容量，降低单位带宽成本，打开下游应用蓝海。
卫星通信系统由空间段、地面段、用户段三部分组成。一条完整的通信链路包括地面系统、上行和下行链路以及通信卫星。
空间段：即由若干通信卫星形成的卫星星座。通信卫星载有基于特定频段的有效载荷，在系统中的作用为无线电信号的转发站。有效载荷中的天线分系统负责接受上行信号，经过转发器分系统对信号的放大-变频-放大后，转换成下行信号，再通过天线分系统传送再至地面。一般一个卫星带有多个转发器，每个转发器可以同时接收/转发多个地面站信号。在固定的功率及带宽下，转发器数量与单星容量成正比。
地面段：用于完成卫星网络与地面网络的连接。包括关口站、地面卫星控制中心、遥测和指令站等，同时也包含主站与“陆地链路”相匹配的接口，可实现卫星与地面、终端与终端之间的互联互通，以及对卫星网络管理控制功能。
用户段：包括各类用户终端设备。如车载、机载、船载终端，以及手持终端等便携移动终端。
基于星间链路及星上交换技术的星形组网可摆脱关口站部署障碍，实现全球无缝服务。卫星组网有星形组网及网状组网两种形式，星形组网拥有星间链路，可实现用户侧与馈电侧的解耦，在没有对应关口站的情况下，将转发与处理的环节通过具备星上交换技术的卫星来实现。以StarLink一期为例，通过星间链路及26个美国区域内的关口站实现了南北纬60度之内的的卫星互联网接入，而OneWeb系统计划部署70余个关口站，但依然难以实现全球无缝服务。在全球范围内布局关口站需要考量地形地貌、地缘政治等多重因素，基于星间链路的星形组网对于实现全球服务能力、优化关口站部署规模存在重要意义。
1.3、高低轨卫星各具优势，二者协同组网是实现天地融合通信的重要手段及趋势
通信卫星的常用轨道主要包括：地球静止轨道（GEO）、近地轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）、SSO（太阳同步轨道）和倾斜地球同步轨道（IGSO）等。其中，地球静止轨道相对地球静止，轨道呈圆形，覆盖面积大，3颗GEO通信卫星即可覆盖除两极地区之外的90%的面积，但可用位置相对稀缺；倾斜地球同步轨道（IGSO）的倾角不为0，增加了天线仰角，故在高纬度地区的覆盖更有优势；近地轨道（LEO）轨道高度小于km，可以通过几十到上百颗卫星组网实现全天时全球无缝覆盖，“铱星”、“全球星”、“轨道通信”、“StarLink”等卫星均采用的是LEO轨道；中地轨道（MEO）轨道高度及覆盖能力均介于LEO及GEO之间，美国的O3b星座就采用了12颗MEO轨道卫星实现组网。
高轨卫星的优势在于覆盖范围广、系统容量效率高，且对应关口站更为简单：高轨卫星覆盖范围广，理论上3颗卫星即可实现全球南北纬70全覆盖，1颗卫星可为特定区域提供24小时稳定的覆盖与服务，但存在南北极覆盖盲区。从系统容量效率角度分析，高轨卫星单星设计容量较大，且不存在低流量需求时的浪费问题，容量效率更高。高轨卫星比低轨卫星数量更少，相对地面静止，无需像低轨卫星配置多路天线及射频通道，所需关口站更少。
低轨卫星的优势在于链路损耗小，时延短，可实现全球范围“补盲”：低轨卫星单星覆盖能力较弱，但可以通过星座组网实现全球范围的无缝覆盖，有效补足高轨卫星在南北极的空白。除此之外，低轨卫星最重要的优势在于时延更低、链路损耗更小，对终端的处理能力要求更低，终端会更加灵活轻小。且高轨卫星的传播时延约ms，而低轨卫星信号单星上下行传播时延仅约20ms，跨两星间时延为6.7ms，对于时间敏感性要求高的应用具有重要意义。
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。
1.4、卫星互联网具有不可替代的覆盖优势，是5G之补充，6G之初探
卫星互联网补足5G低密度用户接入场景，与5G优势互补。对于城市用户而言，5G通信低资费、大带宽、小体积终端的优势仍然十分明显，卫星互联网并不存在替代空间，对于部分对时延敏感度较高的行业优势并不明显。但针对偏远地区的用户、飞机/船舶上的乘客、野外科考队员，或对于开矿、油气/天然气开采、货运交通跟踪、环境监测等场景而言，卫星互联网的全球覆盖的能力及成本优势不容小觑。低轨卫星通信面向特定区域、用户群的应用市场前景广阔，尤其在5G时代仍然存在数字鸿沟，卫星互联网是能够提供全面覆盖服务的低成本工具。
国际标准化组织纷纷开展5G与卫星互联网融合问题的研究。国际电信联盟ITU提出了中继到站、小区回传、动中通、混合多波四种卫星互联网与5G融合应用场景，并进一步明确了支持以上场景的关键技术及特性，如多播、智能路由、动态缓存管理及自适应流、延时、一致的服务质量、网络功能虚拟化（NFV）/软件定义网络（SDN）兼容、商业模式灵活性等；第三代合作伙伴计划（3GPP）明确卫星互联网与5G融合的三大场景，分别为业务服务、泛在服务和扩展服务三大类用例，在网络架构方面，基于星上处理、透明转发、有/无中继提出了4种模型；SaT5G联盟宣布近期成功进行了一系列卫星的5G演示，尤其在机载通信和农村宽带接入场景下的表现极具优势；通信卫星公司、英国萨里大学与比利时纽泰克公司联合进行了8K流媒体传输、网页浏览和视频聊天等应用测试，证实了LEO卫星是5G基站中继的有效解决方案。测试结果显示，往返时延为18～40ms，达到卫星连接的最低值。
低轨卫星互联网可借鉴地面5G系统的技术体制，复用/兼容地面5G技术标准。5G已正式进入商用，技术成熟度高，低轨卫星系统可复用5G标准的技术和特征。在体系架构上，卫星互联网可被视为5G接入网的一种，可与地面共用核心网，在星上通过部署信号处理、链路层、网络层交换路由等功能模块实现空口协议处理及路由转发。同时，卫星互联网的地面设备可以继承目前5G基站基带处理及相关终端芯片的成果，缩短研发周期，降低研发成本。
6G将实现地面移动与卫星移动通信标准制式、终端、网络架构等多方融合。英国电信集团(BT)首席网络架构师NeilMcRae曾展望，6G将是“5G+卫星网络”，即在5G的基础上集成卫星网络来实现全球覆盖。中国信息通信科技集团副总经理陈山枝曾表明，6G将建立空、天、地、海泛在的移动通信网络。未来，6G将实现标准制式、终端、网络架构、平台、频率、资源管理六个方面的融合，一种通信体制同时包括地面移动通信及卫星移动通信，同时，用户终端采用统一标识介入，采用统一的网络体系架构及平台结构，并实现频率资源的共享共用。
二、各国加速卫星互联网部署进度，行业进入导入期，布局正当时
2.1、轨道及频率是各国布局和竞争的焦点，也是争取先发优势的核心要素
在传统卫星通信中，较常用的频段为C（4-8GHz）及Ku（12-18GHz）频段。C频段是最先在商业通信卫星中被使用的频段，频率及增益都较低，对应天线的口径更大，传播条件相对稳定，几乎不会受到雨衰的影响，主要用于卫星固定通信、电视广播等业务；Ku频段频率较高、对应天线口径更小，天线增益也较高，用于卫星固定通信及卫星直播等业务，尤其可以在动中通、静中通等场景中发挥优势。
Ka频段可用频带带宽更大，是实现多种新业务的重要频段。更高的频率对应更高的可用带宽及更大卫星的容量，Ka频段范围为26.5-40GHz，最重要的特点为频段较宽，其可用带宽高达MHz。Ka频段是当前高通量卫星首选的频段，且在相同天线尺寸下，与Ku频段相比可以获得更好的指向性及增益，在高速卫星通信、卫星新闻采集、个人卫星通信等新兴业务有明显优势。但Ka频段的波长与雨滴直径接近，雨衰很大。
宽带需求资源水涨船高，Ka频段日益拥挤，更高频率的Q/V频段成为新方向。L、S频段主要用于卫星移动通信，C、Ku频段主要用于卫星固定业务通信，高通量通信卫星工作多集中于Ka频段。目前，在轨静止轨道（GSO）C频段卫星数量日渐饱和，Ku、Ka频段卫星也较拥挤，有向Q、V等更高频段发展的趋势。Q/V频段卫星波数小、点对点连接性能更优，且能够提供更广泛的用户链路带宽资源，在新一代低轨卫星互联网组网计划中，三星、波音均计划采用V频段。
轨道与频段资源的稀缺性日益凸显，是各国跑马圈地的战场。地球近地轨道可容纳6万颗卫星，Ku、Ka频段也逐渐饱和。根据国际电信联盟ITU规定，卫星频率及轨道使用权采用“先登先占”的竞争方式获取，同时，如果发射的卫星寿命到期,可以重新发射进行补充，造成“先占永得”的局面。轨道及频率是不可再生的战略资源，亦是卫星互联网组网建设的瓶颈环节。
卫星互联网产业愈发火热，多国政府争相布局。美国、加拿大、俄罗斯、日本等国纷纷制定产业利好政策，加快低轨卫星互联网部署计划，争取先发优势。据统计，目前全球至少有16家公司对外公布了覆盖全球低轨星座计划，其中，中国5家、美国5家、俄罗斯1家、英国1家、加拿大1家、韩国1家、卢森堡1家、印度1家。
2.2、技术推动各环节降本增效，我国卫星互联网技术能力完备
平台技术稳固，模块化、批量化能力降低成本，缩短研制周期。在卫星研制领域，我国经过“东方红二号”到“东方红五号”的研发经验积累及迭代，具备成熟稳固的平台技术，国内军民卫星可保障%自主研制9。同时，世界各国卫星制造商相继提出系列化卫星平台，采用“搭积木”式的模块化设计，可实现工装配置系统重复使用、平台内及平台间各结构模块互通互用。同时，低轨卫星尺寸较小，可以进行批量生产，从而有效降低平台研制成本，缩短生产周期，降低产业门槛。
软件定义技术突破传统软硬绑定限制，实现卫星灵活在轨迭代。传统卫星的研制方式多为定制化，不同型号卫星的硬件难以适配、不能相互更换，且卫星寿命一般在15年左右，在此期间难以进行技术更新。软件定义卫星采用开放系统架构，有效提升系统对载荷的适配，实现软硬件解耦，软件无需绑定硬件可独立升级演化，且可实现软件按需加载、系统功能按需重构。
星上处理、频率复用提升卫星系统性能，星间链路实现全球组网。星上大型可展开天线及多波束技术可有效增强信号功率以保证移动客户端通信质量，频率复用技术增强系统容量，提升了通信系统的性能。同时，基于毫米波、太赫兹及光通信的星间链路技术也逐渐成熟。近期成功组网的北斗三号系统就采用星间链路设计，基于星间链路技术，卫星信号可直接在星间进行遥测参数的交互通信。星间链路设计解决了我国在全球范围设立关口站的困难，也是我国实现全球组网的重要突破。
2.3、互联网卫星海外市场初成规模，百舸争流开启商业化进程
OneWeb星座计划：
曾经是最被业界与资方看好的星座计划之一。OneWeb公司成立于年，计划总共发射颗卫星，分别在第一阶段、第二阶段、第三阶段发射颗、颗、颗，其工作频段分别为Ku/Ka，V，V。在OneWeb计划的第一阶段与第二阶段中，卫星的运行轨道处于距地1km的LEO轨道中，第三阶段计划发射卫星至更高的MEO轨道中。OneWeb星座的卫星单星容量可达8Gbit/s以上，总容量5.4Tbit/s，每个卫星配备了2副Ku频段、2副Ka频段的关口站天线以及2副全向测控天线，时延控制在20~30ms。OneWeb星座中的卫星并无星间链路。
OneWeb合作伙伴众多，具有完善的全产业链生态及低成本的生产能力。OneWeb公司的工厂于年7月22日在佛罗里达州NASA肯尼迪航天中心落成，其外部合作商群体也十分庞大。该工厂配备两条完整的卫星生产线，利用3D打印、模块化设计等技术采用“流水线”式组装方式，产能可达每日3-5颗卫星，单星成本可降低至百万美元以下。
OneWeb近期宣告破产，仍有希望重回正轨。OneWeb星座计划曾备受资方
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