通信卫星主要在前三个轨道
以前,发射卫星的成本极高。所以,就希望一颗卫星能覆盖很大的范围。想要覆盖范围大,就必须把卫星放得更高,也就是GEO高地球轨道。
如下图所示,三颗就能覆盖整个地球:
高轨道卫星,虽然覆盖面积大,但距离远,通信就更困难。那个时候,通信技术也不是很成熟,所以,无线信道的带宽比较低,通信速率比较慢。
后来,卫星通信技术开始逐渐升级,终于开始出现了新一代通信卫星,那就是——高通量通信卫星(HTS,High Throughput Satellite)。
所谓“高通量”,是指这种卫星的带宽能力比传统卫星(低通量,1-2Gbps以内)多了几倍甚至几十倍。
它是如何做到的呢?
首先,使用了更高的频段。
传统卫星普遍使用4-8GHz的C波段,频率较低且太过拥挤。而高通量通信卫星,广泛使用Ku波段(12-18GHz)和Ka波段(27-40GHz)。频率资源丰富,带宽也就跟着上去了。
其次,卫星平台的升级。
就像我们前篇介绍的东3、东4、东5,卫星平台体积越来越大,负载能力越来越强,而且升级了供电技术(电推动加化学推动,混合动力),使得电能上可以保证大带宽所需要的大功耗。
第三,转发器数量的增加。
这个也是平台负载能力升级带来的好处。信号转发器的数量直线上升,意味着车道增加,带宽也跟着增加。
第四,天线波束技术的升级。
天线技术提升,尤其是采用点波束,也可以增强信号能力。这相当于把光“聚焦”,不覆盖大面积,集中覆盖小面积,有利于速率提升。
2005年8月11日发射的泰国Thaicom 4(又名IPSTAR)通信卫星,号称是世界上第一颗高通量卫星。
这颗卫星由美国劳拉公司研制,重约6.5吨,功率14千瓦,是当时世界上最大的商业通信卫星,大到必须要由一枚法国阿丽亚娜5型火箭才能将它送入轨道。
Thaicom 4 卫星的总带宽高达45Gbps,可为用户提供上行链接速度4Mbps,下行速度2Mbps的数据服务。
我们国家的第一颗高通量卫星,是2017年4月12日发射的中星16(一开始叫实践十三,后来改名中星16)。这颗卫星采用Ka频段多波束宽带通信系统,总容量达20Gbps。
中星16
2019年,我们发射了中星18号,不过失败了。2020年7月9日,我们成功发射了“亚太6D”,这是中国首颗Ku频段高通量宽带卫星,通信总容量达到50Gbps,单波束容量可达1Gbps以上。
据悉,我国首颗超百Gbps容量的高通量卫星——中星26号,将于2023年初发射。
目前,世界最强的高通量卫星,应该是美国Viasat公司的Viasat-3,据说通量达到Tbps级别,不过发射时间好像一直在延期。
█ 低轨通信卫星的崛起
除了提升卫星通量之外,行业发现,随着卫星发射成本的逐步下降,我们还有另外一种提升卫星数据传输能力的途径——那就是向中轨和低轨发展。
道理很简单:轨道低了,虽然覆盖范围小了,但是我们可以用数量来弥补覆盖。就像蜂窝小区一样,用大量的卫星,密集覆盖。
对于卫星互联网,行业一般将其发展分为三个阶段。
第一个阶段,是80-90年代,以铱星为代表。当时,卫星通信的自我定位存在问题。他们试图用卫星替代基站,步子迈得太大,很快就纷纷*失败了。
2000年以后,是第二个阶段。这次,他们的想法比较务实,就是打算“吃剩饭”。
他们把自己定位为地面通信系统的补充,专门为海上、偏远地区等地方的用户,提供网络服务。虽然看上去比较边缘,但实际上蛋糕也很大。
其中最具代表性的企业,是O3b。
2007年,格雷格·怀勒(Greg Wyler)创立了O3b Networks卫星公司。他们通过与电信运营商合作,为岛屿或船舶提供宽带卫星通信服务。