为满足“5A”泛用通信需求，低轨卫星通信将成为 6G 网络不可或缺的组成部分。
大规模 5G 网络部署需要高昂的成本，密集的基站部署、回传网络建设等会产生昂贵的 基建费用以及光缆的安装租赁和维护费用。同时，地基网络也难以覆盖极偏远地区、海 洋、深地、天空甚至深空等地理范围。空天地一体化网络以地基网络为基础，天基网络 和空基网络为补充和延伸，为广域范围内的各种网络应用提供在海、空、天域无缝覆盖 和陆地域增补覆盖的基础能力。空天地一体化为 6G 搭建的重要支柱，让 6G 与之前的 移动通信系统大不相同。超低轨卫星系统除提供全球覆盖，也可解决传统地球同步轨道 卫星、中轨卫星系统固有的通信时延问题，并通过无线接入为地面网络提供补充覆盖、 定位更准确。
6G 时代正在招手，倒逼星地融合移动通信发展。根据 IMT-2030（6G）推进组发布 的《6G 总体愿景与潜在关键技术白皮书》，预计 3GPP 国际标准组织将于 2025 年后启 动 6G 国际技术标准研制，大约在 2030 年实现 6G 商用。全域覆盖是 6G 网络的一个重 要特征，低轨卫星网络就具备可实现全球覆盖、网络可靠性高且灵活、时延低容量大、 地面网络依赖性弱、多种技术协同发展等优点。为克服传统地面移动信存在的广域覆盖 和空间覆盖问题，星地融合作为未来 6G 网络的重要技术发展方向得到广泛认可。
低轨卫星是未来卫星互联网的重要组成部分。目前卫星网络主要由 3 类轨道卫星 组成。根据飞行高度，从高到低分别是地球静止轨道（geostationary earth orbit，GEO） 卫星、中地球轨道（medium earth orbit，MEO）卫星和低地球轨道（low earth oribit， LEO）卫星（以下简称低轨卫星），其中低轨卫星网络通常由多颗低轨卫星协同工作进 行组网，数量从数十颗到数万颗不等，其轨道高度通常在 500～2000km，可实现全球 无死角覆盖，能够为荒漠、戈壁、森林、高山、海洋等网络盲区提供通信服务。
低轨卫星轨道高度低，传播时延短。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。低轨通信卫星网络的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。
低轨卫星传播距离短，终端能耗低。由于低轨通信卫星相对较短的传播距离，使得 信号的传播衰减较小，有助于将终端设备的能耗控制在一定范围内。随着集成电路、通 信等技术的发展低轨卫星星上处理能力不断加强，在相同的卫通终端能力下更易实现高 速率卫通传输。
低轨卫星具有轻型化优势，降低发射成本。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。相比于 地面通信，卫星星座通信可实现广域无缝隙覆盖，成本优势明显。
低轨卫星存在更多硬件资源且容量大，为用户提供更好服务。相对于其他卫星通信 网络，低轨通信卫星网络中单个卫星对地面的覆盖范围有限。为了实现全球范围的信号 覆盖，通常需要数十颗甚至数百颗卫星。这意味着在低轨卫星轨道上，卫星数量会更多， 从而存在更多硬件资源。同时频段的选择使得容量更大，为用户提供更好的服务。
模拟在轨环境，解决地面测试难题。低轨卫星互联网规模大，建设周期往往较长，在先 期系统建设、未批产定型情况下，为保证卫星在轨通信正常，地面验证阶段在地面构建 逼近真实卫星在轨星地信道环境，解决 LEO 复杂星地信道环境下通信系统地面测试的 难题。地面试验验证包括内场和外场两阶段，内场主要在实验室环境下对系统功能性能 进行验证，外场主要在外场空馈环境下对系统功能性能进行验证，是内场测试的补充和 延伸。 验证系统包括被测设备和测试设备，被测设备由通信载荷、信关站、用户站、综合运控 中心组成，测试设备为信道模拟器、导航信号模拟器、平台接口模拟器等专用测试设备， 以及信号源、频谱仪、示波器等通用测试仪器。（1）星地信道环境模拟：采用信道模 拟器，模拟星地上下行链路动态多普勒、时延、衰减等信道特性，将信道模拟器接入信 关站和通信载荷之间以及用户站和通信载荷之间，使构建的测试环境更接近实际星地通 信环境。（2）系统同步：低轨卫星互联网通信载荷、信关站、用户站统一采用 GPS/BDS 时间信息，保证系统时间同步。 地面验证阶段，采用导航信号模拟器通过有线或无 线 的方式提供模拟导航信号，从而保证整个通信系 统时间统一。（3）卫星平台接口模拟： 在整星环境下，卫星平台需要给通信载荷提供机械、供电、信息接口。而通信系统地面 验证阶段卫星仅有通信载荷参与，需要配套相应的平台接口模拟器以及供电系统，模拟 器卫星平台与通信载荷通信及控制接口，保证试验阶段通信载荷安全、正常工作。
发射试验卫星，观察在轨性能变化。卫星在轨测试指利用地球站对在轨道上运行的通信 卫星有效载荷所进行的电气性能测试，由监测站向通信卫星发射信号，用站内设备测量 收发信号参数（如信号的功率和频率等），通过专业算法扣除监测站设备性能因素、通 信卫星与监测站之间电波传输路径因素、天气因素等对信号的影响，得出在轨卫星通信 设备的性能参数；再对获得的性能参数进行分析，对比发射前后的参数变化，或者通过 定期的检测，分析在轨运行通信卫星性能的变化趋势。 根据时间段不同，在轨验证可分为以下几类：（1）电路开通前测试：在卫星电路开通 前进行测试，将在轨测试数据与发射前在地面的测试数据进行比较，从而验证卫星经过 发射进入运行轨道后，性能参数是否变坏或者出现偏差。（2）电路开通后测试：在通信卫星正常的寿命期间内进行定期的检测，了解通信设备性能变化的趋势。（3）故障 测试：在通信卫星发生故障或设备性能参数恶化时进行测试，寻找故障点，及时通过遥 控的方式对通信设备进行维护处理和补救。最后，测试通过的通信卫星还可以执行其他 的测试任务，如对地球站进行入网验证测试和地球站开通测试等。
航天测控“一体化”趋势尽显。自 2019 年开始，多家商业卫星运营公司正从空间技术 验证阶段逐渐转入业务型卫星密集部署阶段，成本低、稳定性高、专业性强的商业测控 服务已成为市场的明确要求。由于占据先发与技术优势，航天驭星、天链测控等企业的 产业链一体化优势凸显，就此提出从星座的整体论证、测运控管理、应用开发等一体化 解决方案。例如，截至 2020 年 11 月，航天驭星已服务卫星 61 颗，其中长管卫星 30 余颗，其提供的一体化测控解决方案包括：测运控服务、数传服务、星上通信终端、地 面站、基带、测控中心及测控软件等天地通信一体化解决方案，帮助用户降低运营成本， 从而降低综合成本；西安寰宇在十四五规划中指出将通过并购等方式向产业链上下游延 伸，形成“卫星测控、卫星应用、信息系统集成”三大业务领域协同发展的产业生态。 采用“单层”与“多层”组网架构，实现天地一体化。随着卫星网络的规模逐渐扩大， 海量节点使得网络管控难度增加，超大型卫星星座需要高效的网络管控方式来协调大规 模的网络节点，将 SDN“数控分离”的思想引入大规模卫星网络，可以提高网络的灵 活性与可扩展性。通过将控制平面和数据平面分离，提升了卫星组网的灵活性与可扩展 性，降低了对星上处理能力的要求与卫星网络的建设成本，节省了星上资源。在此基础 上，根据参与组网卫星的轨道高度以及网络的物理结构，可将卫星网络架构分为两种： “LEO 单层卫星网络架构”“LEO/GEO 或 LEO/MEO/GEO 多层卫星网络架构”。 LEO 卫星的轨道高度较低，导致其单星覆盖范围较小，仅 LEO 单层卫星进行组网的布 局比较分散，网络管理和控制较为困难，因此引入 SDN 可以增强网络的管理控制能力。 然而，将覆盖范围较大且动态性较低的高层轨道卫星与 LEO 卫星进行分层组网，将网 络分为管理平面、控制平面与数据平面，将管理平面部署在地面数据中心，负责星上路 由规则的计算、网络功能虚拟化服务、移动性管理等，在 GEO 卫星上部署控制平面， 负责数据平面路由规则的传递和星上链路状态信息的收集，LEO 卫星作为数据平面进 行数据报的存储转发。该方案有效减少了地面站的数量，具备更高效的管理规划能力， 更好地推进星地异构网络的融合与演进。
紧跟政策导向，国企、民企共建天地一体化。我国“十四五”规划和“2035 年远景目 标”纲要明确提出要建设高速泛在、天地一体、集成互联、安全高效的卫星互联网产业。为此，中国航天科技集团有限公司和中国航天科工集团有限公司分别制定了面向低轨卫 星组网的“鸿雁星座”和“虹云工程”计划，其中“鸿雁星座”由 300 颗低轨道卫星及 全球数据业务处理中心组成，“虹云工程”由 156 颗低轨卫星构成；北京国电高科科技 有限公司着力打造和运营我国首个低轨卫星物联网星座，即“天启星座”，计划部署 38 颗低轨卫星；航天行云科技有限公司推出“行云系统”，预计发射 80 颗低轨道小卫 星，建设一个覆盖全球的天基物联网。此外，我国还有民营企业推动的“银河 Galaxy” 计划，预计共发射 2800 颗低轨互联网卫星，如银河航天集团（1000 颗）、北京九天微 星科技发展有限公司（800 颗）、北京星网宇达科技股份有限公司（30 颗）、上海欧 科微航天科技有限公司（40 颗）等。
