近几年的卫星通信技术发展得如火如荼，不仅在技术创新上取得了突破，而且市场上也掀起了一股手机直连卫星的潮流。去年11月华为发布MateX6折叠屏手机时，还发布了“三网卫星典藏版”，成为全球首款支持三网卫星通信（北斗卫星消息、天通卫星通信、低轨卫星互联网）的大众手机。目前华为正在与中国星网进行合作测试，预计将于今年下半年开启众测低轨卫星互联网功能，这也预示着低轨卫星互联网将成为未来通信技术的重要发展方向。

北斗卫星消息和天通卫星消息已经被大家所熟知，但低轨卫星互联网究竟是什么呢？它为何会成为大众消费终端的下一个技术制高点？本文将从定义、发展背景、技术细节以及应用场景等多个角度，为您深入解读这一前沿技术。

按照卫星所在轨道高度的不同，可将通信卫星分为低轨（LEO）通信卫星,中轨（MEO）通信卫星和地球同步轨道（GEO）通信卫星，其中低轨（LEO）通信卫星轨道高度为500km-2000km。

低轨卫星互联网是指基于大规模低轨卫星星座、以卫星中继通信为技术手段的互联网，其业务覆盖全球。低轨卫星互联网是空天地一体化信息网络中的重要组成部分，是解决互联网“最后一公里”以及延伸地面移动通信网络的关键天基网络。低轨卫星互联网通过部署在距地面500-2000公里近地轨道的卫星星座，以构建具备实时信息传输的星群，提供全球范围内的高速互联网接入服务。

卫星制造技术的微型化和低成本化，使得发射和维护大量低轨卫星成为可能。

通信技术的飞速发展，尤其是高增益天线、相控阵天线等技术的应用，显著提升了低轨卫星的通信能力。先进的轨道控制和姿态控制技术，确保了低轨卫星在复杂太空环境中的稳定运行。

全球仍有大量地区无法接入高速互联网，低轨卫星互联网为这些地区提供了可行的解决方案。

海上、航空等特殊领域的通信需求日益增长，传统的通信方式难以满足其高移动性、广覆盖的要求。

应急通信在自然灾害等突发情况下显得尤为重要，低轨卫星互联网的快速部署能力能够为救援工作提供及时支持。

各国政府纷纷出台政策支持航天产业的发展，鼓励商业航天项目的创新和实施。

巨头企业如SpaceX、亚马逊等纷纷布局低轨卫星互联网项目，如SpaceX的星链计划（Starlink），计划发射数万颗卫星，构建全球最大的低轨卫星互联网星座。

美国星链（Starlink）：由SpaceX主导，已部署超7000颗卫星，用户突破460万，占据全球70%低轨频轨资源，但频段垄断与军事化应用引发争议。

英国OneWeb：规划648颗卫星，重点服务政府与企业客户，2024年重启服务后覆盖全球。

国际合作项目：如洲际航天与阿拉伯信息通讯组织共建的6000颗卫星星座，覆盖非洲及中东，以“通信+遥感+导航增强”三位一体为核心架构，将首次实现手机直连卫星的大规模商用服务。

国网星座：由中国星网主导，计划部署12992颗卫星，在未来5年内发射10%的卫星，目标2035年完成全部卫星发射，重点支持航海、航空及应急通信。

千帆星座：由上海垣信卫星科技有限公司推进，分三期部署约超1.5万颗卫星，2025年启动全球商业服务，聚焦智慧城市、物联网、应急救灾等领域，目标为全球用户提供低延时、高速率及高可靠性的卫星宽带互联网服务。

通信卫星作为地面发射站与接收站的信号中继点，首先上链（Up-link）信号接收器接收地面信关站点传来的数据，将此信号放大移频后再经下链（Down-link）发射器传回地面另一个站点，实现远距通信。

低轨卫星互联网的核心在于其星座网络设计，即由数百甚至数千颗小型卫星组成的网络。这些卫星以极高的速度绕地球运行，并通过星间链路实现彼此间的通信，从而形成一个覆盖全球的互联网基础设施。用户终端设备（如地面站或个人接收器）能够直接与最近的卫星建立连接，进而访问互联网资源。

每个卫星作为一个节点，不仅负责处理来自地面的数据请求，还要确保数据能够在整个网络中高效传输。由于低轨卫星相对于地球表面的速度较快，通常需要复杂的轨道管理和调度算法来保证服务质量和用户体验的一致性。

空间段：由低轨卫星星座组成，如SpaceX的星链（Starlink）和中国的千帆计划，通过星间链路（激光/微波）实现数据中继。

地面段：包括信关站、运控中心及地面网络接口，负责卫星管理及与地面5G/6G网络融合。

用户段：终端设备（如手持终端、车载站）通过卫星接入网络，支持宽带互联网、导航增强及物联网服务。

与传统的高轨卫星通信相比，低轨卫星互联网具有以下显著特点：

由于低轨通信卫星网络的轨道高度最低，其通讯传播时延最短，往返时延一般都小于100ms，而高轨通信卫星的往返时延会达到600ms左右。这一优势使得低轨卫星互联网在对时延要求较高的应用场景中具有重要价值，如车联网、实时工业互联网等。

“千帆星座”作为低轨宽带卫星互联网星座，将平板式高通量宽带通信卫星布局在低轨，具有离地较近、成本低、功耗低等优势，能够提供大带宽、低时延、高质量、高安全性的卫星互联网服务。通信的速率、卫星的功耗跟距离之间有一个平方关系，距离越远对应的速率就越低。如果在更高的轨道上，通信速率就会非常低。而低轨卫星互联网能够满足大数据传输的需求，为用户提供高速稳定的网络连接。

目前传统的陆地移动通信服务仅覆盖了不足6%的地表面积，而低轨卫星星座可全球覆盖，实现对偏远区域、海洋等的网络补充。例如，在海洋上的船舶、沙漠中的探险者以及偏远山区的居民都可以通过低轨卫星互联网接入网络，享受高速的互联网服务。

与传统通信卫星系统中重达几吨的卫星相比，低轨通信卫星系统中使用的小卫星重量通常在1吨以下（SpaceX的卫星在200-300kg），轻型复合材料技术以及集成化应用是小卫星轻型化的特点。卫星的重量下降使得单次发射所能搭载的卫星数量进一步提升，从而降低了平均发射成本。

由于低轨卫星互联网需要覆盖全球，因此星座组网技术至关重要。设计一个能够自我维持和扩展的卫星网络，以及如何管理这些卫星以确保网络的稳定性和可靠性。

空间卫星高效组网是未来低轨卫星网络发展的必然。为了保障星间连通性，实现数据的接收及解析，并快速完成数据的寻址与分发，动态组网交换技术的研究显得尤其重要，主要有以下几种技术。

低时延组网路由与抗毁重构技术：充分利用星上资源构建一个低时延且灵活分布的网络体系结构，以实现卫星网络的自管理。

激光星间链路技术：与射频方式相比，激光星间链路具有低成本、低功耗、大容量、高可靠、抗干扰等优势，已成为未来低轨卫星网络的标配，星地微波通信结合星间激光通信技术方案已成为星座组网主流。Starlink、LeoSat和Telesat系统计划采用激光链路建立空间骨干网；“鸿雁”和“行云”系统均计划采用激光链路实现空间组网，达到网络优化管理以及服务连续性的目标。

星间组网协议及互操作技术：为实现未来空间网络的快速响应及协同，贯通各类卫星的大规模互联互通，网络协议的设计及部署是实现大规模组网的关键问题。

卫星网络路由技术主要是基于卫星网络自身特性，结合实际应用需求，研究设计稳定且高效的路由算法及协议，以提供可靠的数据传输路径。目前低轨卫星网络一般由多颗卫星构成，每颗卫星均具备星上处理数据的能力，如星上存储、路由、计算等。常见的卫星网络路由算法有地面网络动态路由改进算法、基于虚拟拓扑策略路由算法和基于虚拟节点策略路由算法等。

混合卫星组网可以结合不同轨道卫星优势，通过协同自主组网构建空间动态自组织低轨卫星网络。另外结合卫星网络和地面网络的优势，可构建星地协同一体化网络，以提升网络覆盖率，保障服务质量。

星间协同混合组网技术：结合多轨道卫星网络设计、组网、安全性抗毁性等技术，构建卫星间自适应组网架构，可实现不同卫星间的互联互通，提升卫星网络的灵活性及可扩展性，降低对地面网络的依赖性。

星地协同混合组网技术：目前星地协同组网可通过覆盖增强方式、距离拓展方式、业务融合方式和精准通信方式实现。

相控阵天线技术是卫星通信系统中的一个重要组成部分，由大量相同的独立天线阵元组成雷达面阵，并通过移相器单独控制单个辐射单元的相位和增益，可快速而精确地改变辐射方向和波束指向，可实现快速寻星、对星。它允许通过控制天线的相位来改变波束的方向，从而提高频谱资源的使用效率和系统的灵活性。

由于低轨卫星高速运动，地面终端也可能非静止，对终端和星载天线的波束指向捷变能力提出较高要求，相控阵天线可实现波束快速扫描，与机械伺服结构控制波束指向的反射面天线相比，极大降低波束扫描时延同时具有剖面低、重量轻、易维护和便于共形安装等特点广泛应用于星地融合网络中。

低轨卫星时代来临，传统的定向指向的抛物面天线这个产品将不再适用于低轨卫星，因为低轨卫星的运行速度非常快，传统的抛物面天线是难以跟踪到，未来只能用相控阵技术路线。

星间激光通信技术利用激光作为载体在空间进行信息传输，它具有高吞吐率、高传输带宽、高安全性等特性，可以实现更快、更高体量的数据传输，支持如今日益增加的数据传输需求，是未来空间通信的重要发展方向。

该技术通过在卫星之间建立激光链路，实现高速数据传输和轻量级载荷、低能耗

通信，为空间任务提供了更高效、更可靠的数据传输方式。对于卫星互联网而言，

为了适应大容量数据的传输，用激光通信链路代替原来的微波通信链路是未来星间通信技术的发展趋势。星间激光通信链路构成了一个骨干卫星互联网络，也可以称为卫星互联网的核心网部分。

针对海洋、沙漠、山区等地面网络盲区，低轨卫星可为船舶、飞机、偏远地区居民提供宽带接入。例如，OneWeb目标是到2027年缩小全球数字鸿沟，为全球数十亿人提供上网服务，星链已为100多个国家的400多万用户提供服务。

低轨卫星的广覆盖与低时延特性，使其成为物联网的重要支撑。在智慧农业中，卫星可实时监测农田数据；在物流领域，卫星物联网实现全球货物追踪；在生态保护中，低轨卫星助力偏远地区进行环境监测。通过卫星连接，物联网设备可以实现全球范围内的数据传输和通信。

地震、台风等自然灾害中，地面基站瘫痪时，低轨卫星可迅速搭建应急通信网络。2023年中国在云南丽江的电力通信测试中，低轨卫星成功支撑了无地面基站环境下的电力巡检与应急保障，在自然灾害和突发事件中，确保救援人员和受灾群众之间的通信畅通。

低轨卫星可提供超视距通信、导弹预警等服务。美军通过商业卫星（如星链）进行军事试验，中国亦在推进专用军事低轨星座建设，提升战场通信的可靠性与抗干扰能力。

通常而言，低轨卫星也被认为具有多种优势。相对于地球同步轨道等高轨卫星，在通信领域，低轨卫星具有距离近、传输时延小、链路损耗低、发射灵活、应用场景丰富、整体制造成本低等优势。其对接收终端的处理能力要求更低，移动终端也会更加灵活轻便，这对于时间敏感性要求高的应用具有重要意义。此外，低轨卫星的造价和发射成本较低。落地信号强度更高，可改善遮挡遮蔽条件下定位效果，提升可用性、抗干扰和反欺骗能力。

基于这些优势，很多国家都在积极布局低轨卫星星座，低轨卫星通信也成为全球热点的新兴产业。

参考资料：

禹华钢,方子希.低轨卫星互联网：发展、应用及新技术展望[J].无线电工程,2023,53(11):2699-2707.

蒋瑞红,冯一哲,孙耀华,等.面向低轨卫星网络的组网关键技术综述[J].电信科学,2023,39(02):37-47.

常呈武,刘宏阳.卫星互联网星间激光通信链路传输与路由交换技术研究（特邀）[J].激光与光电子学进展,2024,61(07):70-75.

王翔,申志伟,朱肖曼,等.卫星互联网组网技术研究[J].信息通信技术,2021,15(02):36-43+64.

刘越,黄印,林玉洁,等.星地融合网络相控阵天线应用研究进展[J].空间电子技术,2023,20(06):52-63.

我想我思. 低轨卫星互联网关键技术和难点[EB/OL].（2024-07-12）[2025-03-19]. https://mp.weixin.qq.com/s/RNml24hcHO_jIeFzIvbNdQ.

碳翼科技. 低轨卫星互联网系列（一）： 未来十年全球新一代信息技术的狠角色[EB/OL].（2024-09-19）[2025-03-19]. https://zhuanlan.zhihu.com/p/712720128

中国卫星网络集团有限公司. (2023). 低轨卫星互联网系统建设规划.

NASA. (2022). Optical Communications for Deep Space Missions.

新华社. (2024).《我国成功发射一箭7星低轨宽带通信卫星》

.SpaceX. (2024). Starlink Official Website.

环球时报. 国产低轨互联网“千帆星座”成功首发[EB/OL].（2024-08-07）[2025-03-19]. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1806678866451304039&wfr=spider&for=pc