卫星通信如何实现?虽然我们口头上经常把仰头所能看到的外部世界叫做“天空”,但实际上,“天”和“空”的概念,是截然不同的。“空”指的是地球表面到大气层之内的高度范围,通过气球、飞机、飞艇等航空器可达;而大气层之外的空间,才可以称之为“天”,一般需要通过火箭才可到达。
“空”和“天”一般以海拔100千米为界,也被称作“卡门线”。这是由美国工程师和物理学家西奥多·冯·卡门通过研究航空器的极限飞行高度得出的。也就是说,地球大气层的极限为100千米,再往上就是地球外部的茫茫宇宙了。
能实现“上天”的通信载体,就是各式各样的通信卫星。它们无时无刻不在我们头上游弋,既熟悉又陌生。卫星轨道的高低,一般分为低轨、中轨、地球静止轨道和高轨。低轨(Low Earth Orbit,LEO):距地面高度低于2000千米的卫星系统。由于低轨道卫星离地球近,有着路径损耗小,传输时延低(一般小于10毫秒)的特点。随着发射成本的逐年降低,多个LEO卫星可组成星座来实现真正的全球覆盖,频率复用更有效。因此,LEO 系统被认为是最有应用前景的卫星互联网技术。中轨(Medium Earth orbit,MEO):距地面高度2000km~35786Km,传输时延一般小于50毫秒,要大于低轨道卫星,但覆盖范围也更大。当轨道高度为10000Km时,每颗卫星可以覆盖地球表面的23.5%,因而只要少量卫星就可以覆盖全球。地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO):距地面高度35786km,即同步静止轨道。也就是说,GEO卫星运动的角速度和地球自转相同,因此从地球上看这些卫星是相对静止的。理论上,用三颗地球静止轨道卫星即可以实现全球覆盖。但是,同步卫星有一个不可避免的缺点,就是轨道离地球太远,链路损耗严重,信号传播时延一般为250毫秒以上,远大于LEO和MEO。高轨(High Earth Orbits,HEO):距地面高度大于35786km。此外还有椭圆轨道等,相比于前面几种,这些技术的应用较少,在此不再赘述。