从GEO到LEO：卫星技术如何改变互联网接入游戏规则

不同卫星轨道的对比GEO卫星与地球同步***，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。

图1，LEO、GEO、MEO卫星覆盖区域

LEO卫星相较于地球静止轨道和中地球轨道的同类卫星具有显著优势；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网状网络。这种网状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3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2，非地面网络，包括地面卫星间链路（ISL）和应用连接

卫星基本组件卫星作为一套复杂的系统，根据任务的不同包含多种功能；本文将聚焦通信有效载荷模块内部的转发器组件。转发器是有效载荷模块中负责发送和接收信号的一个子系统；其通常包含放大器、接收器和***，用于通信目的。

图3，卫星基本组件示例

用于卫星通信的频率频谱大多数卫星部署使用L至Ka频段。然而，当前更多的卫星正在向Q/V和E频谱等更高频段发展；如下表1所示。

表1，卫星通信（SATCOM）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&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，SATCOM频率频段

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，特别是在农村及偏远地区，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4展示了5G NTN的预期用例。

图4，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；并通过网状网络为偏远地区提供低延迟、高速率的互联网接入优势。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，从而扩大频率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。

在本系列文章的第二篇中，我们将更深入探讨NTN及其服务的通信实现方式，并探索LEO卫星部署的趋势，以及这些趋势如何推动射频（RF）前端设计的新进展。

文章转载自Qorvo半导体公众号