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1、低轨卫星移动通信
低轨道卫星通信系统由低轨道卫星和主控站，关口地球站，移动地球站（车载站、船载站、机载站等），手持机以及无线电定位终端等组成。低轨道卫星星座是指十几颗至几十颗低轨道运行的小型卫星，绕地球在经度上距离相等的若干个轨道面旋转，作为移动通信中继站，对地面形成无线蜂窝覆盖，把整个地球表面都覆盖在内，可提供电话、传真、数据、寻呼及无线电定位等业务。
1.1低轨道卫星移动通信系统特点
低轨道卫星一般距地面约km，空间传输损耗较小。卫星形成的覆盖小区在地球表面很快移动，绕地球一周约需2小时。在低轨道上运行的卫星，距地面的高度是变化的，每颗卫星的覆盖面积也在改变,所以在切换和覆盖需要进行调整。
由于低轨道卫星一般只有几百公斤重，研发迭代周期短，成本低廉。卫星用小型火箭就能发射，这也为及时更换有故障的卫星提供了便利，对保证通信系统的质量和高可靠性有利。低轨道卫星通信的优点在于：一方面卫星的轨道高度低，使得传输延时短。路径损耗小，卫星数量大，覆盖范围广，组成的星座可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效；小卫星多采用Ka/Ku频段，系统容量大，如OneWeb公司的单星容量5.8Gbps，系统总容量超71Tbps；另一方面蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障，聚焦宽带移动互联网服务；接收终端小型化、智能化，可以有效的降低成本，快速实现普及。所以低轨道卫星系统也是未来6G通信的建立的重要技术基础。
1.2低轨道宽带卫星已经初见成型
低轨卫星通信系统在上世纪末已经有了铱星、全球星等语音卫星通信系统实例，同期还有多个中低轨道通信系统的计划构想，如微软的Teledesic星座构想、欧洲的“天桥”星座构想。但由于铱星设想中的高收入群体市场并不存在，高定价策略使之失败。因此后期大部分星座设想还停留带构想阶段，并没有实施。二十年后，随着对卫星通信架构、频率分配、接入方式、干扰、信号衰减、资费等方面的研究深入，同期的应用需求也逐步培养起来，新一代的低轨道宽带卫星系统已经正式开始启动建设，当前的低轨宽带星座把自己的市场定位明确地界定在普通消费群体上。低成本小卫星技术和新型火箭发展带来的发射价格的降低，为这一市场定位提供了有力的支撑。这意味着卫星宽带服务的价格，可以降低到普通消费者承受范围之内。目前大规模（颗以上在轨卫星的星座）全球低轨道星座建设中，有Oneweb、星链、波音星座、三星星座，其余低轨通信星座计划的规模均不超过颗。
在当前低轨道卫星通信系统中，美国的太空探索技术公司推出的StarLink星链计划，计划发射颗高中低轨卫星实现全球组网，并计划在年前发射颗，配套建设万个接入型地面站和6个卫星网关站，其中第一阶段将有颗卫星被发射到距地面km至km低轨道，形成对全球的无线网络信号覆盖。而剩余的颗卫星将发送到距地面km至km的低轨，这部分卫星主要用来为人口稠密地区提供足够的带宽和保证数据传输的低延时。目前，太空探索技术公司已经完成3批次的“一箭60星”发射。
此外，法国阿尔卡特公司在本世纪初提出的“天桥”星座受到铱星破产的影响而停滞，不过系统设计和频率申请工作已经完成。OneWeb公司收购了这部分资产重启“天桥”的星座建设，其中主要包括大规模星座、采用Ku频段来兼容现有卫星通信终端等等。这个唯一有机会与SpaceX在近地轨道宽带卫星领域进行竞争的OneWeb目前已经陷入资金困境，宣布破产。目前OneWeb已经发射升空74颗卫星，这些卫星虽然还未完成最终的组网应用，但也是该公司最具价值的资产之一。同时OneWeb发射的卫星已经占据了一部分轨道资源，拥有了国际电信联盟(ITU)正式授权的部分Ku频段资源，这是有价值的资产。此外，OneWeb的市场主要为星座互联网，想要覆盖目前全球难以接入互联网服务的地区。截至年底，商业业务拥有.5万个可计费用户，其中物联网数据用户为80.2万个，占比达68.84%。物联网数据营收在年达到约万美元，可为客户提供运输、重型设备、自然资源等领域的物联网服务。
国内方面，低轨卫星移动通信与空间互联网系统主要有中国航天科技集团推出的鸿雁星座，这是由中国航天科技集团联合中国电信、中国电子、中国国新等企业组成的东方红卫星移动通信有限公司实现运营的，是我国投资规模最大的国家级商业航天项目，主要依托东方红卫星移动通信有限公司开展建设和运营。“鸿雁星座”一期预计投资亿元，在年建成由60颗卫星组成的通信网络；二期计划到年部署颗卫星，构建“海、陆、空、天”一体的卫星移动通信与空间互联网接入系统，实现全球任意地点的互联网接入，提供面向全球的各类移动通信服务。目前“鸿雁星座”首颗试验卫星“重庆号”已于年底成功发射，并计划在明年7月再发射两颗试验卫星，对空间互联网系统关键技术进行在轨验证，对移动通信、宽带互联网、物联网、导航增强等功能进行示范验证，对商业模式展开积极探索。
同时航天科工集团也开始实施虹云星座，在公里高度计划部署颗卫星计划年完成，构建一个星载宽带全球移动互联网络，实现网络无差别的全球覆盖。整个虹云工程被分解为“1+4+”三步。第一步计划在年前，发射第一颗技术验证星，实现单星关键技术验证；第二步到“十三五”末，发射4颗业务试验星，组建一个小星座，让用户进行初步业务体验；第三步到“十四五”末，实现全部颗卫星组网运行，完成业务星座构建。虹云星座的用户群体主要是集群的用户群体，包括飞机、轮船、客货车辆、野外场区、作业团队以及一些偏远地区的村庄、岛屿等。无人机、无人驾驶行业等。虹云星座以其极低的通信延时、极高的频率复用率、真正的全球覆盖，可满足中国及国际互联网欠发达地区、规模化用户单元同时共享宽带接入互联网的需求。同时，也可满足应急通信、传感器数据采集以及工业物联网、无人化设备远程遥控等对信息交互实时性要求较高的应用需求。
除了国防科工系统正在建设的低轨道卫星外，国内航天市场中的民营公司也在积极布局低轨卫星通信市场，如银河航天，该公司致力于通过敏捷开发、快速迭代模式，规模化研制低成本、高性能小卫星，打造全球领先的低轨宽带通信卫星星座，建立一个覆盖全球的天地融合通信网络。银河航天的中国首颗通信能力可达10Gbps的5G低轨宽带卫星已经正式出厂，将于年1月发射升空。该卫星公斤量级，是银河航天自主研制的首颗Q/V频段卫星，运行轨道高度为1千米，单星可覆盖30万平方公里。银河航天的战略是构建“太空互联网”，未来公司将规模化研发和生产低成本、高性能的5G卫星，构建太空互联网，让5G卫星网络连接地球的每一个角落。
1.3低轨道卫星移动通信系统产业生态
在全球商业通信卫星发展迅速的今天，提前布局卫星频率轨道至关重要。低轨宽带通信卫星可以解决全球网络覆盖和接入的难题，飞机上刷短视频、拨打视频电话等应用场景有望借助低轨道宽带卫星系统实现，同时低轨宽带通信卫星还将为电视直播记者、金融从业者等对时间同步要求严格的人群，带来更便捷的体验。可以预计的是，低频段资源需求必将快速持续增长，资源变得日益紧张。
低轨道卫星通信系统要在短时间内部署上千颗卫星，其规模和复杂没有先例，远超当年的铱星系统，这对于航天制造和发射服务业来是一次考验。其代价是未来低轨道卫星系统能不能正常运营的重要因素。如Oneweb公司部署完卫星要实现运营，其盈利能力也需要在~年间才能达到盈亏平衡。目前在低轨道卫星通信系统的前期部署的方式有两种不同的方式，一种是把尽量多的合作对象拉进框架内，承担从卫星制造到最终客户运营的各项分工。这样在部署过程中，技术协调、质量控制和成本控制的复杂度大大提升。不过，一旦系统部署到位，就会得到国际移动卫星公司、各合作电信运营商和零售商的支持，卫星网络很快能投入运营，后期的渠道和回款等经营都不成问题。另一种方式由一家公司完成卫星的制造、发射，终端制造和业务运营。这在卫星研制和星座部署、系统阶段有比较大的优势，星链很快能部署完成。
因此低轨卫星移动系统在产业生态建设上需要有很多革命性的改进，最重要的一点是建立卫星通信的生态，将卫星制造公司、拥有轨道和频率等资源的通信卫星公司、具有运营资源的电信运营商，卫星通信服务需求方以及风险资本方构建成一个良好的产业闭环。这种产业链一体化的生态对于低轨卫星移动通信来说，已经成为一种重要的建设途径。例如Oneweb星座已经得到来自制造商、运营商、渠道和零售商的一致期待和支持。
1.4低轨道卫星物联网应用
物联网是是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。通过物联网可以收集各类数据信息，聚集成大数据，重新优化现有社会的各类生活场景，实现物和物相联。城市物联网有NB-IoT、5G，作为支撑，偏远地区即地基网络接入市场广大盲区，只有依靠低轨道卫星物联网。
当前卫星物联网在以下五个方面突破：1）助力“一带一路”信息互联互通。物联网星座相对低成本、部署周期短，可以在“一带一路”的航运、工程建设、能源、物流等领域为早期物联网应用提供基本条件，占据市场先机。2）助力5G万物互联。目前，占地球表面60%以上的海洋区域、绝大部分航空飞行空域，以及我国超过70%的陆地没有信息接入能力，以天启卫星物联网系统为代表的天基网络是5G时代物联网的必要补充。3）助力生态环境保护。卫星物联网系统可以实现对水体、冰川、空气质量、土壤等污染情况，化学品泄漏和溢出，海藻、赤潮动态，垃圾处理等方面的环境信息实时监测和信息发布，能够使受通信手段限制的广大偏远地区同样享有信息服务，守护青山绿水。4）助力灾害预警。卫星物联网系统可对河水水位流量、农业病虫害、森林火灾、地震数据、危化品运输和储存信息、矿山瓦斯和渗水情况、泥石流、极端气象、大型建筑形变等各类信息进行监测，实现灾害预警预报的实时传输，切实提升我国防灾减灾综合能力。5）助力泛在电力物联网。对电力线路尤其是众多分布在无人区的电力设施进行监控，使政府部门及相关单位能够及时获取电力线路的状态及趋势，实现物资有效掌控。
到年，全球物联网接入点将达亿个，这意味着将有超过亿个新增重要互联对象需要建立数据链支撑。对物联网技术、应用和解决方案的B2B支出将达到亿美元，全球物联网终端安装数量将超过亿个。而在中国，物联网产业规模已超亿元，年复合增长率达25%。爆发在即的产业带来的巨大需求，让全球高科技公司在商业航天领域展开激烈的科技竞争，借助低轨卫星星座实现全球互联是国际商业航天新的战略高地。预计年前，天基物联网的产值可达亿美元至8亿美元。美国最权威的卫星行业咨询公司NSR则预测，未来10年，亚洲将成为天基物联网收入复合增长率超过10%的唯一区域，年将有1亿至2亿台物联网设备有接入卫星的需求。
中国卫星物联网计划——天启星座已启动。天启卫星物联网系统由星座（均布于6个轨道面的36颗卫星）、卫星地面站、卫星测控中心、天启运营支撑平台、天启物联网应用平台、卫星终端等组成，是一个完整的卫星物联网应用体系。包括覆盖全球。物联网系统已经正式上线，开始为政府、行业客户提供服务，标志着中国卫星物联网已经进入实际应用的新阶段。目前已成功发射5颗卫星（天启1号、天启2号、天启3号、4号A/B星），并组网运行。天启星座将在诸多方面使中国物联网星座建设取得新的突破，并在年完成38星组网完成。天启星座的组网运营将串联起多个领域的数据采集应用，将有效解决地面网络覆盖盲区的物联网应用。具体而言：首先，卫星物联网服务能力将得到极大提升。5星组网后的“天启星座”，时间分辨率为4-2.4小时，重返率提升到6-10次/天，极大的提高应用水平，扩展应用场景。其次，终端的功耗降低至0.1-0.5W，进一步实现终端的小型化、低功耗、低成本，从而有望大幅度降低卫星物联网应用成本，提高效率。第三，卫星物联网的应用场景将得到极大拓展。5星组网后，天启卫星物联网系统的应用场景将从煤矿水文监测、泛在电力物联网建设、海洋牧场监测管理，拓展到集装箱跟踪、渔船跟踪监测、生态环境监测、水利工程监测、动植物保护跟踪、自然灾害预警等领域。
终端方面，天启星座则在技术上已经实现了百毫瓦级终端的突破。国内已经初步实现了终端小型化、低功耗、低成本。目前，天启通信终端销售价格量产后能够控制在元以内，资费标准与短信相当。未来天启星座终端目标是元级别终端，卫星通信服务就能够真正成为普遍的、大众应用行为。
当前，天启星座开展卫星物联网运用的着力点，并已取得一定成果，应用蓝海初见雏形。而在资产管理、提高海洋资源开发能力、交通基础设施安全监测、矿井油田监测、空域管理、气象监测、野生动物保护等方面，产业链上下游企业与相关部门也已经在积极开展应用探索。随着应用的日益广泛和深入，可以期待，中国的卫星物联网应用将在不久的将来，迎来真正的爆发，并成为我国经济发展的重要驱动力。
2.频率资源对低轨宽带卫星的发展至关重要
由于低轨宽带卫星能构建宽带通信系统，且不受地球表面地理环境影响，是全球通信系统的关键组成部分，是弥补信息时代“数字鸿沟”的核心工具，由低轨卫星系统构建的太空互联网有望成为5G乃至6G时代实现全球网络覆盖的重要解决方案。
2.1太空互联网是低轨卫星系统的演进方向
当前我们很顺畅地使用互联网，地面的互联网有一个特点是更多的是有限的连接，如4G手机上网，无线网络是通过无线的方式连接基站，在这个数据交换和通讯的过程中，也是通过基站后面的光纤网络以及各种光缆网络。这样的地面通信，是依托于地球的表面编制的一张非常大的数据网络，不过本质上是一个二维的网络。而太空互联网的概念是把地面形态的这种网络往天上去搭建，主要通过卫星这种形式。每个卫星都相当于一个基站和服务器，可以把地面基站的功能包搬往天上，无数颗卫星能够组成卫星联网，这张网实际上从更高的维度撒下来，覆盖整个地球，可以实现全球覆盖。因此太空互联网是一个三维的概念，拥有更大的自由度，可以以更大的范围去覆盖。
此外地面的网络建设实际上成本还是非常高的，因为建设地面网络，包括搭建基站，拉光纤以及布设配套基础设施。目前国内新建一个5G基站的成本在30到50万不等，覆盖范围只有米到米左右。从全球市场去看的话，有好多发展中国家没有那么强的资金的驱使去快速建设完整的地面网络，全球人口将近一半实际上是没有网络覆盖的。通过太空互联网来是实现覆盖，跟传统的4G网络建设相比，将降到原来成本的1%，这也是一个较大的优势。未来的太空互联网是天地一体化，太空和地面很有效的结合在一起，能与现在的5G和卫星网络进行充分的融合，从而实现6G网络，6G的一个特点是泛盖网络，就是全覆盖，不光是传统的地面，还包括太空、海洋水下等环境里面无时无刻都实时在线的。目前全球包括国内都做6G方面的一些规划和研究。
太空互联网和5G、6G的关系是一个融入的关系，即太空互联网建设的过程中要遵循相关的技术标准，与地面的网络有效结合起来，形成实质上的一张网。譬如在太空互联网部署之后情况下打电话，从用户的角度是无法区分是来自地上的网络还是天上的网络，很多常用的都是太空互联网提供的信号和数据的服务。这是太空互联网和5G、6G基本的关系。未来太空互联网在这个行业里有很多典型的应用那些应用与生活工作息息相关的，同样的场景可能未必意识到它未来是太空互联网的一部分，如飞机上网基本上都是用卫星网络，这也是未来在天上就会有大量的需求，会有更多的太空互联网从低轨的角度更多覆盖，才能解决成本和用户体验的问题。同样在在海上，如在邮轮上网场景，传统的地面网络无法覆盖，就可以通过低轨宽带卫星进行覆盖。还有用于灾难救援应急指挥系统，或召开跨区域大型的会议等都是未来低轨宽带卫星的实际应用场景。此外，地域上一些非常典型的场景——海岛，如印尼东南亚，主要就是靠卫星网络去覆盖。这几年卫星通信场景逐步在增加，比如像一些旅游探险，包括极地探险等。总体上看卫星通信的需求非常大。
当前太空互联网最激进的是SpaceX披露StarLink未来运营的计划。关于StarLink业界看法不一致，但是实际上StarLink比大部分人预想的要，再发射几百颗的话就可以提供全球的服务了。它的意义在于解决了量产的技术难题，并在行业真正意义上实现了量产。这其实是对行业本身来讲是一个巨大的冲击，因为它从早期的实验室设计的阶段迈步到了真正的工程工业化的阶段，这个过程实际上是整个行业的巨大的进步——实现卫星产品的标准化和量产。通过这种方式把太空互联网建设的关键环节变成像生产汽车、计算机一样，按批量工业化去完成，对产业本身也是一个巨大的进步。
2.2从频率资源看太空互联网发展趋势
在航天领域，频段轨道资源是一种有限的自然资源，卫星公司需要采取申报的方式向相关机构申请使用资格。目前，国际规则中的轨道资源主要以“先到先得”的方式分配，后申报方不能对先申报国家的卫星产生不利干扰，申报者还必须在申报资源后的一段时间内发射卫星启用所申报的资源，否则预定的资源会失效。并且，低轨卫星和地球静止轨道卫星还有一个不同点，后者是以单颗存在的，而前者要提供通信服务需要组网。当一颗地球静止轨道卫星的寿命结束，会用最后力量升高多公里，进入“坟墓轨道”完成“自我毁灭”从而让出原来所占的轨道。而低轨卫星星座由众多小卫星组成，当一部分卫星无法工作时，公司可以发射新的卫星进行补网，不会将整个资源让给别家。所以在低轨星座领域，资源的竞争更加激烈。
整个卫星互联网包括太空互联网的产业化，国内起步晚于海外，但现在也在加速，核心像其他行业一样——加速追赶，类似人工智能产业，已经赶超原来的发达国家。就像银河航天公司在技术上去加速追赶国际一流的厂商。而在整个中国太空互联网的进展中，包括整个行业的
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