1卫星互联网概念
维基百科中对卫星互联网的定义：卫星上网是指由通讯卫星提供的网络存取服务。卫星上网通常需要三大部件。一颗通常位于地球静止轨道的卫星。一个地面站，通常作为网关。还有是天线。卫星上网通信可以分为双通道通信和单通道仅接收通信。
《宽带卫星通信互联网与卫星互联网》中对卫星互联网的定义：以VSAT系统为基础、具有广播功能、以IP为网络服务平台、以互联网应用为服务对象，能够成为互联网的一个组成部分，并能够独立运行的网络系统为卫星互联网，它又称为广播互联网。
《卫星互联网综述》中对卫星互联网的定义：卫星互联网是基于卫星通信系统，以IP为网络服务平台，以互联网应用为服务对象，能够成为互联网的一个组成部分，并能够独立运行的网络系统。
当下新兴的卫星互联网星座，指新近发展的、能提供数据服务、实现互联网传输功能的巨型通信卫星星座。新兴卫星互联网星座具有以下特点：从星座构成看，是由成百上千颗卫星组成的巨型星座；从星座构成看，是由运行在非对地静止轨道（NGSO，包括低轨道和中轨道）数量众多的卫星构成；从提供的服务看，主要是宽带的互联网接入服务；从发展卫星互联网星座的企业看，主要是非传统航天领域的互联网企业；从项目发展的起始时间看，主要是在年底至年初开始的。
NGSO卫星系统具有覆盖范围广、通信容量大、传输延迟低的优点，正在改变当今的卫星通信。根据上述定义，我们可以得出卫星互联网是面向互联网的蓬勃发展，针对地面网络的不足（如覆盖受限、难以支持高速移动用户应用、广播类业务占用网络资源较多、易受自然灾害影响等），利用卫星通信覆盖广、容量大、不受地域影响、具备信息广播优势等特点，作为地面通信的补充手段实现用户接入互联网，可有效解决边远散、海上、空中等用户的互联网服务问题。
图1卫星互联网典型应用场景
2卫星互联网现状
目前全球有10多家卫星公司提出了NGSO卫星星座计划，以利用卫星网络提供与地面通信网络相媲美的互联网接入服务，并且大多数卫星公司计划在未来五年内将第一批卫星送入轨道。我国也提出了由几百颗卫星组成的“鸿雁”“虹云”等星座计划。下图2为近三年内美国联邦通信委员会（FCC）授权和许可的NGSO卫星星座，卫星总数达到多颗。图3为我国近几年提出的主要NGSO卫星星座，目前已发射了10多颗卫星。
图2FCC授权和许可的NGSO星座
图3我国主要NGSO星座
接下来从高、中、低轨三个方面介绍国外卫星互联网的发展现状。
2.1高轨宽带卫星通信系统
高轨道卫星（GEO）移动通信业务的特征来源于使用位于赤道上方km的对地同步卫星开展通信业务的条件。在这个高度上，一颗卫星几乎可以覆盖整个半球，形成一个区域性通信系统，该系统可以为其卫星覆盖范围内的任何地点提供服务，例如美国一颗卫星就可以覆盖美国大陆的连续部分，如阿拉斯加、夏威夷、波多黎各几百海里的近海地区。
典型的高轨宽带卫星通信系统主要包括早期面向企业级用户的IPSTAＲ、宽带全球区域(Broad-bandGlobalAreaNetwork)、Spaceway－3等高轨宽带卫星通信系统，以及后期面向大众需求快速发展起来的以ExeDeInternet为代表的一系列高通量宽带通信卫星。
（1）IPSTAＲ卫星通信系统
IPSTAＲ是年8月发射的当时世界上容量最大的通信卫星，可为亚太地区22个国家和地区的用户提供多媒体广播、宽带网接入、视频会议等高轨宽带业务。卫星使用Ku/Ka混合频段，可为亚太地区提供Ku频段点波束(84个)、Ku频段赋形波束(3个)、地区广播波束(7个)以及18个Ka频段点波束覆盖。系统总带宽45G带宽，其中12G覆盖中国全境。
（2）宽带全球区域网（BGAN）
宽带全球区域网是基于Inmarsat-4卫星的全球卫星宽带局域网，是一个支持移动业务的卫星通信网络。系统工作频段在L波段，下行速率为～kbps，上行速率为72～kbps，实现了从模拟向数字、从传统电路交换向因特网业务、从窄带话音数据向宽带高速数据的转化。卫星系统可覆盖全球85%陆地范围，可为移动用户提供视频直播、宽带网络接入等多种服务。
（3）Spaceway-3卫星通信系统
Spaceway-3卫星通信系统是由休斯网络系统公司研制并运营，于年发射升空，是世界上首颗具有在轨切换和路由能力的卫星。Spaceway-3通过采用Ka频段、多波束及星上快速包交换技术，大大缩短网络传输时延，可覆盖美国全部和加拿大大部分地区。系统总通信容量10Gbps，可容纳万个用户终端，容量是Ku频段通信卫星的5～8倍。
（4）ExeDeInternet
ExeDeInternet由ViaSat公司的ViaSat-1和Via-Sat-2宽带通信卫星组成，分别发射于年和年，是目前容量最大的高轨宽带卫星通信系统。
ViaSat-1采用Ka波段点波束技术，总容量为Gbps，下载速率为12Mbps，可满足万以上用户的卫星互联网接入需求。ViaSat-2卫星为迄今为止波音公司发射的最大卫星，整星容量Gbps，覆盖面积为ViaSat-1的7倍，可为万用户提供高达25Mbps的宽带服务。
2.2中轨卫星互联网星座
中轨卫星互联网星座主要以O3b计划为代表。
O3b，即其他30亿（Other3billion），为解决由于地理、经济等因素，全球剩余30亿未能接入互联网人群的上网问题，互联网巨头谷歌公司、媒体巨头JohnMalone旗下的海外有线电视运营商LibertyGlobal以及汇丰银行联合组建O3b网络公司。
O3b公司从年6月开始陆续成功部署了8颗MEO卫星，共覆盖7个区域，采用Ka频段，单星吞吐量约为12Gbps。年9月，8颗卫星全面运营，提供中继带宽为Mbps、时延不超过ms的服务能力。年10月18日，最后4颗卫星被发送入轨，形成12颗中地球轨道卫星星座。
2.3低轨卫星通信系统
低轨互联网卫星星座利用运行在-0km轨道高度的卫星群向地面提供宽带互联网接入服务，通过多颗卫星组网实现全球覆盖。
2.3.1传统低轨卫星通信系统
（1）铱（Iridium）卫星通信系统
铱星系统是全球唯一的采用星间链路组网、全球无缝覆盖的低轨星座系统。Iridium一代系统在年建成并开始商业运营，年宣告破产，后被“新铱星”公司收购。
Iridium星座轨道高度km，由分布于6个轨道面的66颗卫星组成，用户链路采用L频段。Iridium二代通过对一代卫星的逐步升级，如L频段配置48波束的收发相控阵天线、用户链路增加Ka频段、配置软件定义可再生处理载荷等方式实现了更高业务速率、更大传输容量以及更多功能。从年1月开始至年1月11日铱星二代已完成全部组网发射，部署后传输速率可达1.5Mbps，运输式、便携式终端速率分别可达30Mbps、10Mbps。二代系统还具备对地成像、航空监视、导航增强、气象监视等功能。
（2）ORBCOMM系统
OＲBCOMM星座于年正式启动面向全球的数据通信商业服务。星座系统由约40颗卫星及16个地面站组成，轨道高度～km，共7个轨道面。星座内部无星间链路，用户链路采用VHF频段。相比于第一代系统，二代OＲBCOMM卫星质量增加3倍，接入能力提升了6倍。当前拥有全球最大的天基AIS(船舶自动识别系统)网络服务。
（3）Globalstar系统
Globalstar系统于年开始商业运营。系统采用玫瑰星座设计(高度0km)，由48颗卫星组成，用户链路为L、S波段，通过无星间链路、弯管透明转发的设计，降低建设成本。Globalstar二代系统进一步提高了系统传输速率，增加了互联网接入服务、ADS-B(广播式自动相关监视)、AIS等新业务。
2.3.2新兴低轨卫星互联网星座
（1）OneWeb系统
OneWeb卫星互联网星座由原O3b创始人格雷格·惠勒(GregWyler)创建的OneWeb公司提出，计划部署近三千颗低轨卫星，初期采用Ku频段，后续向Ka、V频段扩展。星座初期计划发射颗卫星，轨道高度1km，采用设计简单的透明转发方式，通过地面关口站直接面向用户提供互联网接入服务。OneWeb单星重量不超过kg，单星容量5Gbps以上，可为配置0.36m口径天线的终端提供约50Mbps的互联网宽带接入服务。同时，OneWeb公司现已获得美国联邦通信委员会授权，批准其在美国提供互联网服务。
年12月13日，据悉OneWeb初期星座规模将缩减至颗，以降低实现全球覆盖成本目前OneWeb进入部署阶段，年2月27日，已发射首批6颗卫星；截止到年3月22日，OneWeb累计在轨卫星数量达到74颗；整个卫星网络将在年6月之前全面运营。
（2）Starlink卫星互联网星座
Starlink卫星互联网星座由SpaceX公司提出。SpaceX计划建设一个由近1.2万颗卫星组成的卫星群，由分布在1km高度的颗低轨星座和分布在km左右的颗甚低轨星座构成。低轨星座选择了Ku/Ka频段，有利于更好地实现覆盖;甚低轨星座使用V频段，可以实现信号的增强和更有针对性的服务。SpaceX计划让这样的网络覆盖地球任何地点。SpaceX预计该系统到年将有多万用户，营收达到亿美元。SpaceX在星座运营同时，更专注于卫星制造。因此，SpaceX需要更大融资量，预计需要融资～亿美元。Starlink卫星系统将采用激光星间链路，星载天线、地面网关站和用户终端都将使用相控阵技术。截止年10月26日，SpaceX成功发射第15批星链互联网卫星，入轨卫星总数为颗。SpaceX公司计划在年3月之前启动全面运营。
（3）LeoSat卫星互联网星座
LeoSat卫星互联网星座由LeoSat公司提出，计划构建由颗卫星组成的卫星星座，提供全球高速数据传输服务。星座部署在0公里的LEO轨道上，采用6个轨道面，每个轨道面上部署18颗卫星。LeoSat采用Ka频段，为用户波束提供1.6Gbps的带宽。LeoSat星座将会使用星间链路，并采用光通信。
与OneWeb和SpaceX不同，LeoSat公司主要为政府及企业提供数据传输服务，计划为0余家大型企业及机构用户提供高速数据接入服务。
2.4国外卫星互联网星座分析
由以上各系统发展现状可见，无论是传统的卫星通信公司还是新兴的互联网商业公司均提出了很多有特色的宽带卫星通信系统来实现卫星互联网应用，卫星互联网已不仅仅限于中低轨道。图4从系统规模、系统容量、覆盖范围等多方面具体分析了高轨、低轨卫星应用系统各自的优缺点。
图4高低轨卫星应用系统优缺点分析
可见，高轨卫星通信系统和低轨卫星互联网星座各有优越性。低轨卫星互联网星座在覆盖范围、填补数字鸿沟、网络时延、系统容量等方面能力优势明显，用户终端设备更易实现小型化、手持化。高轨卫星通信系统频率协调相对容易，运行寿命更长，系统建设及维护成本相对更低。另外，虽然低轨卫星互联网星座系统容量高于高轨宽带通信卫星，但高轨卫星在通过点波束集中传输高带宽容量方面更具优势（例如为区域用户提供高清球赛直播等服务方面）。因此，卫星互联网星座的建设需统筹高低轨系统优越性，实现优势互补。
3国外卫星互联网发展趋势
3.1由传统高轨星座向中低轨星座发展
由于中低轨星座具有用户多样性、用户容量大、传输时延短、终端设备小、发射功率低等特点，新兴的卫星互联网星座普遍倾向于采用中低轨道。例如，OneWeb轨道高度1Km，Starlink星座轨道高度从1km高度到km。但为了全球覆盖，低轨卫星互联网星座往往系统规模庞大，例如OneWeb预计发射颗，Starlink卫星互联网星座预计发射1.2万多颗。值得思考的是，星座向中低轨道发展将付出巨大的代价——系统的复杂化和规模庞大化。
3.2与地面通信网络合作发展
吸取早期铱星系统破产的经验，近几年发展的全新卫星互联网星座采取了与地面网络合作发展的理念，将电信运营商作为客户，主要着眼于光纤无法覆盖地区，成为地面通信手段的扩展。新一代GEO系统采用辅助地面组件技术，通过设置天地统一的空中接口和工作频段，用户终端可根据网络覆盖情况，实现在天地网络之间的无缝切换。
3.3全新投融资、市场经营模式
新兴卫星互联网星座的部署、运营和服务逐渐采用资本合作的方式来完成。例如，OneWeb采用全新的融资模式，首轮融资5亿，投资的公司包括软银集团、空中客车、巴帝企业、高通、可口可乐、维京集团等非卫星制造公司，第二轮融资12亿美元，由日本软银集团领投。Starlink卫星互联网星座采用来自谷歌和富达投资公司10亿美元的投资。同时，也将个人消费者作为目标用户，不出售专用卫星终端设备，而继续采用现有智能手机访问网络。
3.4建造卫星制造工厂，批量制造
分析铱星等系统的破产原因，星座投入成本过高、研制周期过长，用户负担过高，将极有可能导致星座建设错过发展最佳时机。为此，通过采用新技术，增加商用工业级器件比例以降低卫星成本、将卫星系统模组化以缩短卫星制造周期是现代星座批量生产卫星的新趋势。例如OneWeb引用汽车制造的概念，将卫星各系统模组化，工厂每周能生产16颗卫星，一年可完成颗卫星。
4国内卫星互联网现状
4.1虹云工程
年，航天科工集团提出“虹云工程”，计划发射颗卫星实现全球组网。中国航天科工方面称，“虹云工程”具备通信、导航和遥感一体化、全球覆盖、系统自主可控的特点，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，“虹云工程”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。
年，为大力推进商业航天产业，航天科工二院专门成立了空间工程公司，并着手在武汉国家航天产业基地建设卫星产业园。这个产业园将满足年虹云工程业务试验星的发射需求，支撑年左右整个星座卫星的批量生产。武汉卫星产业园项目已于年4月24日正式开工建设，预计年10月31日具备投产能力。
年12月22日，虹云工程技术验证星自在酒泉卫星发射中心成功发射入轨后，先后完成了不同天气条件、不同业务场景等多种工况下的全部功能与性能测试。体验人员在卫星入境时，关闭4G信号，登陆卫星用户站的WiFi热点，成功实现了网页浏览、