序

1945年，英国海军军官、科幻作家阿瑟·克拉克首次提出用人造地球卫星作为通信中继大幅拓展地面通信距离的设想。1965年，世界第一颗通信中继卫星“晨鸟”发射成功。科技人员用了20年时间实现了阿瑟·克拉克提出的这一科学幻想，开启了卫星通信服务人类社会的里程碑。由于卫星通信具有广域覆盖、接入灵活、不受地形地貌限制的独特优势，在广播电视、海上通信、军事通信和应急通信等领域得到了快速发展和广泛应用。20世纪90年代，摩托罗拉公司创新提出并由铱星公司建设了全球卫星通信网络“铱”星系统，首次实现将语音通信覆盖到地球表面的每一个角落。由于市场商业模式定位的偏差和地面蜂窝移动通信网络（2G）的迅猛发展，第一次全球卫星通信网络建设以铱星公司的破产为标志暂时陷入了低谷。但是，人类追求通信无处不在的梦想从未停止。近年来，美国太空探索技术公司（SpaceX）推出的全球低轨卫星互联网星链系统，通过相关产业领域垂直整合和技术创新，以工业化手段大幅降低了卫星的制造和发射成本。星链系统快速投入运营并迅速抢占市场，在全球范围掀起了第二次卫星通信网络的建设热潮。OneWeb 公司、亚马逊公司等国际公司和机构纷纷提出自己的宽带卫星互联网星座计划。我国也陆续提出虹云工程、鸿雁计划、天地一体化信息网络、卫星互联网、智慧天网等发展规划与构想。全球卫星通信网络的建设发展进入一个新的时代。

与此同时，地面蜂窝移动通信网络正在从4G走向5G，面向6G的总体设计与关键技术研究也正在全面展开。越来越多的用户享受到了4G/5G网络提供的服务，信息通信行业的发展为各国经济做出了重大贡献，带动了全球数字经济的快速发展。然而，受地理环境和经济发展程度等因素的影响，各个国家和地区的数字鸿沟依然广泛存在。据国际电信联盟统计，截至2021年，全球仍有3.9亿人口没有获得地面蜂窝移动通信服务，29亿人口没有连接互联网，其中约有96%的人口生活在发展中国家，因此，无法搭上数字经济发展的快车道。此外，地面移动通信网络仅覆盖了约20%的陆地面积，而占地球表面积71%的海洋基本无法覆盖。建设高速泛在、天地一体的新型信息通信网络基础设施，需要卫星通信网络这一高效费比手段，为全球化数字经济和全球数字治理提供优质的网络化服务。

6G 研究已经明确提出融合卫星通信网络，实现全球移动通信无缝覆盖的要求。如何实现卫星通信网络与地面移动通信网络深度融合，如何科学地设计卫星通信网络架构、空口技术体制和运维管控系统，如何合理选择组网技术体制和高效利用频轨资源，如何评估卫星通信网络效能，是卫星通信网络工程建设业界普遍关注的重点。

本书作者多年来深耕卫星通信网络的系统设计与创新技术研究，以系统论方法研究卫星通信网络发展和建设中的关键科学技术问题，并付诸实践。书中分享了近年来作者及团队在卫星通信网络效能评估、星座设计与频轨资源高效利用、卫星波束资源高效利用、业务预测和软件定义卫星通信网络等方面的研究成果和见解，既有科学问题的凝练与总结，又有工程关键技术的分析与研究，特别是在系统结构化迭代和可持续演进设计上独具特色。本书观点鲜明、条理清晰、示例丰富，对于厘清卫星通信网络领域的概念和路径等具有重要的参考价值。相信通过阅读本书，该领域的研究人员、工程技术人员，以及广大读者能对卫星通信网络中的关键科学技术问题及解决方法有更全面、更深入的认识，更好地把握当前卫星通信网络技术的发展脉络与未来方向，并激发深入的思考。

中国科学院院士