说起通信技术，大家都熟悉我们的正在使用的基于地面光纤光缆的通信互联网，和移动通信技术，皆已经过数十年的发展。尤其是日新月异的移动通信技术，已经经历了四代，目前处在第五代5G时代，将会朝着更快更先进的6G发展。很多人不大清楚的是，近年来科学家和科技公司正在着力推动一项新的互联网通信技术，即卫星互联网Satellite Internet，也叫低轨卫星通信技术。其实这项技术并不算“新”，在上世纪八九十年代摩托罗拉就曾经做过尝试，发布“铱星计划”，但最后因为技术和市场都不成熟而导致项目亏损严重，最后偃旗息鼓。卫星互联网通信技术显然不同于传统的地面通信技术，也不同于提供电视、广播等信号的卫星——处于地球中高轨道运行，而是将卫星布置在地球低轨轨道，利用大数量的卫星规模组网，从而辐射全球，构建具备实时信息处理的大卫星系统，是一种能够完成向地面和空中终端提供宽带互联网接入等通信服务的新型网络，具有广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点。传统地面通信骨干网在海洋、沙漠及山区偏远地区等苛刻环境下铺设难度大且运营成本高，通过部署传统通信网络在互联网渗透率低的区域进行延伸普及存在现实的障碍。目前，地球上超过70%的地理空间，涉及30亿人口仍未能实现互联网的覆盖。而建设卫星互联网是解决地球“无互联网”人口数字鸿沟问题的重要手段，是实现网络信息地域连续覆盖、普惠共享的有效补充。首先看一下地球的卫星轨道，一般根据轨道距离地球的距离分为低轨轨道LEO，中轨轨道MEO，和高轨轨道GEO（地球同步卫星轨道）。LEO为距离地球约200千米到2000千米的范围，ISS国际空间站在高度400千米左右的轨道上运行，就在这个区域内。GEO为地球同步卫星轨道，距离地球距离约35786千米，电视卫星、气象卫星等在这个轨道上。在LEO和GEO之间的区域为MEO中轨轨道，大家熟知的导航卫星，高度为20000千米左右，在这个区域内，从内到外依次为GLONASS, GPS, BEIDOU, GALILEO。
由此可知，地球轨道的空间也是有限的，并且越往低轨方向轨道空间越小。据估算，地球低轨轨道可容纳约6万颗卫星，而低轨卫星所主要采用的Ku及Ka通信频段资源也逐渐趋于饱和状态。目前，全球正处于人造卫星密集发射阶段。根据计划到2029年，地球低轨轨道将部署总计约57000颗低轨卫星，轨位可用空间将所剩无几。如此以来，低轨卫星空间轨位和频谱资源变得日益紧张，各个国家和科技公司纷纷部署卫星计划，一场围绕卫星发射“通行证”的太空资源争夺战正在悄然展开。空间轨道和频段作为能够满足通信卫星正常运行的先决条件，已经成为各国政府和卫星企业争相抢占的重点资源。2020年4月，卫星互联网首次纳入“新基建”范围，社会资本助推中国航天进入商业时代，全面开启空天轨道资源的战略布局，卫星互联网建设已经上升为国家战略性工程。
国外低轨卫星组网计划主要包OneWeb、O3b、Starlink等，国内低轨卫星组网计划主要包括鸿雁星座（航天科技）、行云工程、虹云工程（航天科工）、天象星座（中电科）等。O3b卫星系统是目前全球唯一一个成功投入商业运营的中轨轨道(MEO)卫星通信系统；SpaceX公司是全球迄今为止拥有卫星数量最多的商业卫星运营商，其部署的Starlink卫星网规划的第六批60颗“星链”卫星已于2020年3月18日成功入轨，累计发射近360颗卫星。
对比卫星互联网和地面通信5G/6G：
我们发现两者各有明显的优劣，未来5G/6G地面通信与卫星通信之间，将存在一个竞争、互补以及融合的过程，在未来的5G/6G的场景下，卫星互联网将成为“天地一体化网络”的一部分，与5G/6G融合共生。
关于卫星互联网的应用，如上文所述，卫星通信核心商业应用场景主要包括偏远地区通信、海洋作业及科考宽带、汽车互联网与自动驾驶、航空宽带、灾难应急通信等等。下面以汽车互联网和自动驾驶为例，详细描述卫星互联网的应用。 车联网最主要的一环即为通信技术，目前IEEE与3GPP分别提出各自的车联网技术标准C-V2X和DSRC。中国使用C-V2X通信技术，其基于蜂窝移动通信技术，主要解决交通实体之间的“共享传感”（Sensor Sharing）问题。目前主流车联网通信技术将卫星通信排除在外，主要是由于当前卫星（中高轨道卫星）通信成本高、延时高、带宽不足。未来低轨卫星通信则可满足车联网在主动安全（20-100ms）、交通效率（500ms）以及信息娱乐（1-10s）这三类应用在延时方面的要求。同时成千上万颗卫星的规划也极大增加了卫星通信系统的容量，同时通信成本也可以有效降低。概括来说，低轨卫星通信应用于车联网有如下的优势：
1、低轨卫星系统建成后，是天然的全球网，对车联网中的许多服务如来说，这会带来很大的优势。如对自动驾驶服务，从驾驶的安全性和可靠性角度尤其需要保证这种网络服务的连续性（即不能突然断网），但由于车辆一般可在很大范围内移动，所到之处又具有随意性，因此由低轨卫星互联网来保障这种连续性和安全性则具有优势。
2、低轨卫星提供车联网通信服务具有较好的容量弹性。设想某个局部道路如果车辆非常拥堵，从而导致附近能够提供车联网服务的地面基站总带宽不够为每辆汽车提供车联网服务。此时如果汽车利用卫星网，由于卫星点波束可以在一定时间范围内改变其覆盖区域，可以将一些卫星的闲置容量临时调到该区域进行信号增强，从而保证该拥堵地区的车联网能够提供稳定的接入服务。
3、低轨卫星组网的设计不同于任何高轨卫星或北斗这样的大型卫星系统。可以认为是一种“开放式”设计，灵活组网，即可以根据用户数量的需求，在一个很大范围内增加卫星的数量，卫星可以简单理解为倒挂在天上的基站，而且具有更广的位置覆盖性和波束移动的灵活性，其整体服务能力的可塑性非常强。
但同时低轨卫星系统也有劣势：相较于DSRC与C-V2X这两种技术，低轨卫星也有一定的局限性。在利用低轨卫星实现车与人、车与物的通信时，所有信息都需要经过运行在低轨道的卫星，不仅增加了整个系统的延时，同时也会占用过多的带宽资源。因此低轨卫星通信在车辆连网络时有优势，但在车与人，车与物连接时则有劣势。总而言之，在车联网领域，未来通信导航一体化、天地网融合发展是必然趋势。车载终端预计将是可连接地面网络、卫星网络的多模终端，在一端网络拥堵的时候能自动接入到另一个网络中，并且可以通过北斗/GPS等提供全球服务和增值服务，以提高车联应用、自动驾驶等服务的安全性，天地一体化车联网的网络架构如下图所示：
同样，卫星互联网在其他一些行业也将有巨大的应用潜力，正是基于对其市场应用的巨大潜力预期，随着低轨通信卫星的升级换代带来的卫星部署成本降低，卫星产业链的不断加速成熟，诸多科技巨头也纷纷投入，加入到这个新领域的角逐中去。除了SpaceX和马斯克外，参与的如Facebook，在2015年就与法国卫星公司 Eutelsat Communicaition 合作，租用后者的卫星向非洲大陆提供互联网服务；三星曾表示计划发射 4600 颗卫星来打造自己的卫星互联网，可以每月为50亿人提供每人200G的流量服务；苹果公司也正在研发卫星网络技术，吸纳了约12名相关行业的工程师，预计五年内将相关成果部署到苹果设备上；亚马逊也申请了卫星计划代号为Kuiper（凯铂），得到了美国FCC联邦通信委员会的许可，允许其发射3236颗卫星以实施全球宽带互联网的接入计划；等等。
卫星互联网既是“新基建”的关键项目之一，也是助力其他“新基建”的重要战略支撑。正如前文所述，一场围绕卫星发射“通行证”的太空资源争夺战正在悄然展开。空间轨道和频段作为能够满足通信卫星正常运行的先决条件，已经成为各国政府和科技企业争相抢占的重点资源。围绕低轨卫星通信技术的科技竞赛大幕已然拉开，究竟谁会成为最后的王者，我们拭目以待！
