卫星通信从1960年代就开始进入应用;随着空间通信的需求,近年来卫星通信的场景急剧扩大。早期应用中卫星通信大多是在卫星和地面站之间进行,地面站是固定带有大型抛物面天线。在最近应用中已经发展到能够实现卫星和小型终端(如移动终端(UE)、物联网设备、GNSS终端)之间的通信并且可以覆盖无人机和飞机等空中物体。
图1.卫星通信和应用 卫星通信类型根据其用途卫星被放置在各种不同的轨道上。一般来说卫星轨道离地球越远,它可以覆盖的区域更广,但会导致更大的延迟。相反当轨道更靠近地球时,延迟会变短,但单个卫星覆盖的区域会变小。因此需要大量的卫星来覆盖地球上更广泛的区域。目前卫星通信系统根据其卫星轨道距离地球的高度分为高(GEO)、中(MEO)、低(LEO三类(卫星参数见图2);其中大多数宽带通信或低成本卫星系统部署在低地球轨道(LEO)上。
图2.通信卫星基本参数对比 卫星通信频率分别使用低、中、高频段;近年来随着低频段饱和系统提供更宽的带宽,通信频率变得越来越高。目前使用的频段列表如下:
L波段(1-2 Ghz)
S波段(2-4 Ghz)
C波段(4-8 Ghz)
X波段(8-12 Ghz)
Ku波段(12-18 Ghz)
Ka波段(26-40 Ghz)
V波段(40-75 Ghz)
E波段60-90 Ghz)
*Ka 波段与5G/NR FR2频率重叠;C波段与5G/NR FR1频率重叠。
通信卫星系统
目前许多国家都拥有卫星通信系统分别用于宽带(如WiFi服务)、移动通信和物联网,世界上著名的卫星通信公司分别如下:
- Starlink
- Kuiper
- OneWeb
- SpaceMobile
- Iridium
- SWARM
- Lacuna