|
现代低轨卫星技术如何改写太空竞赛格局 James Cheng、Ryan Jennings和David Schnaufer,Qorvo公司 在卫星技术飞速发展的背景下,低地球轨道(LEO)卫星已成为一项颠覆性的创新技术。这些卫星位于距离地球表面约100至500英里的高空,彻底改变了我们的通信方式、数据收集手段与地球监测模式。LEO卫星在电信、地球观测、科学研究和国家安全等多个领域发挥着关键作用。预计到2029年,商业星座规模将从35%增至70%,其中约65%的增长将集中于通讯应用,涉及跨越低地球轨道(LEO)、中地球轨道(MEO)和地球同步轨道(GEO)的卫星网络。 不同卫星轨道的对比 GEO卫星与地球同步旋转,速度一致,因此相对于地球的位置固定不动,保证了从地表任意位置固定的指向角度。在移动平台上,基于地面的GEO定向天线必须持续对准指定的GEO卫星。这些传统的地面卫星天线体积庞大、价格昂贵,且移动部件众多,需要定期维护。 MEO卫星,如GPS,通常用于导航。MEO卫星有其自身的优势,但与GEO卫星类似,发射和维护成本高昂。尽管GEO和MEO卫星各有其用途,但都存在延迟和数据速率的问题。 LEO卫星相较于GEO和MEO卫星具有显著优势;能够为地球上偏远和欠发达地区提供低延迟(比GEO快30倍)且高速的互联网连接。LEO卫星需要数百到数千颗卫星来覆盖地球表面,从而形成交叉链接的格形网络。这种格形网络不仅扩大了全球覆盖范围,还提高了连接的可靠性——例如,如果一颗卫星离线,另一颗卫星可立刻补位以防信号丢失。目前,大多数LEO卫星的部署均由私营企业和政府机构推动;SpaceX、OneWeb、亚马逊的Kuiper项目和Telesat等公司都大举投资LEO卫星的部署,为全球网络互连和数据的轻松获取开辟了新纪元。 卫星在促进全球互联中发挥着重要作用。如图1所示,其主要承担两大任务:一是直接与地球通信,为不同行业的众多最终用户终端提供支持;二是直接或经由卫星间链路(ISL)将数据回传至地球。随着更多LEO卫星发射升空,通信速度得到显著提升,覆盖范围日益扩大。信息从太空到地球的传输变得更加便捷,延迟也更小。
图1:非地面网络,包括地面卫星间链路(ISL)和应用连接 卫星通信频谱 大多数卫星使用L至Ka频段。然而,当前更多的卫星正在向Q/V和E频段等更高频段发展。如表1所示。 表1:卫星通信频谱分配
为服务于5G非地面网络应用,3GPP还分配了NTN频段。表2显示了L和S频段的现有NTN频段,以及在K和Ka频段中新提议的频段。 表2:非地面网络频段
卫星与5G网络的融合 全球范围内,大型LEO卫星星座提供的宽带服务正逐渐普及。这一趋势,加之卫星网络与5G生态系统的整合,进一步推动了卫星通讯市场的增长。 此外,蜂窝通信正在成为卫星生态系统的一部分。随着5G无线技术在3GPP第17版中的引入,使得5G系统能够服务于非地面网络(NTN)。NTN旨在扩大全球网络覆盖范围,特别是农村及偏远地区,并促进移动设备、物联网(IoT)和商业自主驾驶车辆与卫星之间的直接连接。这种整合使卫星产业能够充分利用5G生态系统的规模效应。 3GPP第17版定义了5G新空口(NR)NTN与5G IoT NTN,如图4所示。其专注于利用卫星透明有效载荷架构和具有GNSS功能的UE。图2展示了5G NTN的预期用例。 图2:互为补充的NTN 5G NR和IoT用例 其它应用场景还包括: · 农业、采矿和林业等覆盖不足的地区 · 当陆地通信网络受损时的灾区通信 · 在极广范围内广播信息 结语 本文探讨了LEO卫星对全球通信的影响,重点介绍了它们在电信和地球观测等领域的关键作用。预计到2029年,商业星座中的LEO卫星数量将翻倍;并通过格形网络为偏远地区提供低延迟、高速率的互联网接入。SpaceX、OneWeb和亚马逊Kuiper项目等大型公司的投资,标志着全球性连接提升的重大转变。此外,我们还考察了通过NTN将卫星网络与5G生态系统的整合,从而扩大频谱以改善覆盖范围,尤其是在服务不足的地区。这种整合不仅推动了市场增长,还凸显卫星行业在推进5G基础设施及全球通信能力方面的重要作用。 |
|
友情链接 |
首页 | 关于我们 | 联络我们 | 加入我们 | 服务条款 | 隐私声明 Copyright© 2024: ; All Rights Reserved. 粤公网安备 44030402004704号 备案序号:粤ICP备12025165号-4 |