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衛(wèi)星通信大爆發(fā)前夜

衛(wèi)星衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信大爆發(fā)前夜
衛(wèi)星通信正在通信領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用 。 例如 ， 中國(guó)通過(guò)衛(wèi)星電視已為非洲數(shù)千個(gè)村莊帶來(lái)了奧運(yùn)會(huì)、世界杯等國(guó)際賽事 ， 極大地豐富了當(dāng)?shù)鼐用竦奈幕?。 此外 ， 衛(wèi)星還被用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)“摩羯”等自然災(zāi)害 ， 為人們提供預(yù)警 ， 減少損失 。 尤為值得一提的是 ， 近兩年 ， 隨著“手機(jī)直連衛(wèi)星”功能在華為、vivo等國(guó)產(chǎn)手機(jī)上陸續(xù)實(shí)現(xiàn) ， 衛(wèi)星通信逐漸走入大眾生活 ， 讓更多人體驗(yàn)到了其便利性 。
與此同時(shí) ， 商業(yè)衛(wèi)星市場(chǎng)發(fā)展迅猛 。 根據(jù)衛(wèi)星行業(yè)協(xié)會(huì)(SIA) 的年度報(bào)告 ， 2023年 ， 商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射次數(shù)創(chuàng)歷史新高 ， 部署了2781顆創(chuàng)紀(jì)錄數(shù)量的衛(wèi)星 ， 比上一年增加了20% 。 截至年底 ， 地球軌道上運(yùn)行的活躍衛(wèi)星數(shù)量已達(dá)9691顆 ， 五年內(nèi)增長(zhǎng)了361% 。
衛(wèi)星通信發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力
衛(wèi)星通信技術(shù)近年來(lái)取得了顯著進(jìn)步 ， 特別是在低地球軌道（LEO）衛(wèi)星的部署上 。 以SpaceX的Starlink為代表的LEO星座計(jì)劃已經(jīng)展示了其在提供高速、低延遲全球互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)中的巨大潛力 。 而除了SpaceX ， 其他公司如OneWeb、亞馬遜的Kuiper項(xiàng)目和Telesat也正在大力投資LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的建設(shè) 。 隨著更多衛(wèi)星的發(fā)射和部署 ， 全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)將變得更加可行 ， 并且成本將大幅下降 。
低地球軌道（LEO）衛(wèi)星正成為衛(wèi)星通信領(lǐng)域的顛覆性力量 。 根據(jù)軌道高度的不同 ， 衛(wèi)星可以分為低地球軌道（LEO）、中地球軌道（MEO）和地球同步軌道（GEO）三種 。 其中 ， LEO衛(wèi)星相較于GEO和MEO的同類(lèi)衛(wèi)星具有顯著優(yōu)勢(shì) ， GEO衛(wèi)星信號(hào)傳輸延遲為280毫秒（ms） ， 而LEO衛(wèi)星能夠?qū)⒀舆t降低至僅6至30毫秒 。 因此 ， LEO衛(wèi)星能夠?yàn)榈厍蛏掀h(yuǎn)和欠發(fā)達(dá)地區(qū)提供低延遲（比GEO快30倍）且高速的互聯(lián)網(wǎng)連接 。

LEO、GEO、MEO衛(wèi)星覆蓋區(qū)域
（圖源：Qorvo）
從市場(chǎng)需求上來(lái)看 ， 5G技術(shù)的商用加速了人們對(duì)高速率、低延遲通信的需求 ， 而衛(wèi)星通信能夠有效補(bǔ)充地面5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋不足 ， 尤其是在偏遠(yuǎn)地區(qū)和海上 。 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的爆炸式增長(zhǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接提出了更高的要求 ， 衛(wèi)星通信能夠提供廣域覆蓋和低功耗的連接解決方案 。 衛(wèi)星通信在無(wú)人機(jī)、自動(dòng)駕駛、智慧城市等新興應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用 。
政策也是衛(wèi)星通信發(fā)展之路上的重要的推手 。 各國(guó)政府紛紛出臺(tái)政策 ， 鼓勵(lì)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 ， 為其提供了良好的發(fā)展環(huán)境 。 例如 ， 國(guó)內(nèi)方面：國(guó)務(wù)院在《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》提出加快布局衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)等 ， 推動(dòng)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)；在《擴(kuò)大內(nèi)需戰(zhàn)略規(guī)劃綱要(2022-2035年)》中提出推進(jìn)衛(wèi)星及應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 。 國(guó)外方面：2024年7月15日 ， Rocket Lab公司獲得《CHIPS法案》高達(dá)2390萬(wàn)美元的資金 ， Rocket Lab專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)高效抗輻射復(fù)合半導(dǎo)體（太空級(jí)太陽(yáng)能電池）——用于在太空中將光轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備 。 這項(xiàng)擬議的投資將使Rocket Lab能夠增加其用于航天器和衛(wèi)星的復(fù)合半導(dǎo)體產(chǎn)量 。
衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢(shì)
1.向高頻段邁進(jìn)
衛(wèi)星通信通常使用1–50千兆赫（GHz）的超高頻范圍來(lái)發(fā)送和接收信號(hào) 。 頻率范圍或波段用字母標(biāo)識(shí)：（從低頻到高頻）L、S、C、X、Ku、Ka、Q/V、E頻段 。 大多數(shù)衛(wèi)星部署通常使用L至Ka頻段 ， 這些頻段廣泛應(yīng)用于通信、廣播、移動(dòng)寬帶等服務(wù) 。
隨著頻段從L到E頻段逐漸向更高頻率發(fā)展 ， 高頻段通信需要更加精密的射頻功率放大器、濾波器、低噪聲放大器等器件來(lái)減少信號(hào)損耗和噪聲 ， 同時(shí)保證在高頻環(huán)境下的高效運(yùn)行 。 在這方面 ， Qorvo是少有的能夠覆蓋到Ku波段和K/Ka波段的射頻器件供應(yīng)商 ， 涵蓋PA、LNA、分立式開(kāi)關(guān)、RF濾波器、數(shù)字步進(jìn)衰減器、混頻器、倍增器、移相器等廣泛產(chǎn)品組合 。 2023年9月 ， Qorvo發(fā)布了業(yè)界最高功率的Ku波段衛(wèi)星通信放大器QPA0017 ， 適用于日益增長(zhǎng)的相控陣天線(xiàn)衛(wèi)星終端以及高數(shù)據(jù)吞吐量的地面和移動(dòng)設(shè)備 。 這為衛(wèi)星通信向更高頻段的邁進(jìn)提供了有力支持 。
隨著通信技術(shù)的進(jìn)步和對(duì)更大帶寬需求的增加 ， 越來(lái)越多的衛(wèi)星正逐步向Q/V和E頻譜等更高頻段發(fā)展 。 這些高頻段能夠提供更高的吞吐量 ， 滿(mǎn)足未來(lái)更高速率的數(shù)據(jù)傳輸需求 。 行業(yè)仍需要積極應(yīng)對(duì)這些需求 。
2.衛(wèi)星通信與5G網(wǎng)絡(luò)的融合
下一代通信網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要趨勢(shì)是地面通信與衛(wèi)星通信的融合 。 尤其是 ， 5G技術(shù)的快速發(fā)展帶來(lái)了全球移動(dòng)通信的變革 ， 然而 ， 地面5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋仍然受到基礎(chǔ)設(shè)施的限制 ， 尤其是在農(nóng)村、山區(qū)、海洋和空中等偏遠(yuǎn)地區(qū) 。 在這些受限的區(qū)域 ， 衛(wèi)星通信能夠?yàn)?G提供至關(guān)重要的回程支持 。
然而 ， 現(xiàn)有的地面5G NR標(biāo)準(zhǔn)不能適應(yīng)低軌衛(wèi)星信道 ， 為此 ， 國(guó)際電信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP已經(jīng)在其第17版和第18版標(biāo)準(zhǔn)中引入了非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）的支持 ， 包括LEO、MEO（中地球軌道）和GEO衛(wèi)星系統(tǒng) 。 NTN旨在擴(kuò)大全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍 ， 特別是在農(nóng)村及偏遠(yuǎn)地區(qū) ， 并促進(jìn)移動(dòng)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和商業(yè)自主駕駛車(chē)輛與衛(wèi)星之間的直接連接 。 這種整合使衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)能夠充分利用5G生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)模效應(yīng) 。
通過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)的引入 ， 衛(wèi)星通信將與地面5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接 ， 滿(mǎn)足更廣泛的通信需求 。 這不僅是技術(shù)上的融合 ， 也預(yù)示著衛(wèi)星通信市場(chǎng)從專(zhuān)業(yè)和小眾領(lǐng)域轉(zhuǎn)向大眾市場(chǎng)的重大轉(zhuǎn)變 。
衛(wèi)星通信的挑戰(zhàn)
衛(wèi)星通信的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)一直是成本問(wèn)題 ， 尤其是用戶(hù)終端的成本 。 與商用電信領(lǐng)域相比 ， 開(kāi)發(fā)衛(wèi)星通信終端更加復(fù)雜 。 雖然5G系統(tǒng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供了跨市場(chǎng)的統(tǒng)一硬件規(guī)范 ， 但衛(wèi)星通信用戶(hù)終端缺乏一致的性能要求、物理接口、波形、調(diào)制解調(diào)器或中頻（IF）頻率 。 這使得終端開(kāi)發(fā)人員面臨巨大挑戰(zhàn) 。
在擁有數(shù)千個(gè)元件的天線(xiàn)陣列中 ， 砷化鎵（GaAs）和氮化鎵（GaN）材料的每平方毫米成本較高 ， 難以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量的衛(wèi)星通信終端應(yīng)用 。 高度集成的硅基波束成形IC提供了適合的大規(guī)模陣列集成的尺寸 ， 并且能夠在大批量生產(chǎn)中保持較低的成本 。
衛(wèi)星通信要擁抱5G ， 使用硅基毫米波IC的有源電子掃描天線(xiàn)（AESAs）已成為在成本和性能之間達(dá)到平衡的技術(shù) 。 用于平板AESA設(shè)計(jì)的硅IC具有高性能、應(yīng)用靈活性、易于集成、高能效和良好的經(jīng)濟(jì)性 。
在這個(gè)領(lǐng)域 ， 美國(guó)的Anokiwave公司在平板有源電子掃描陣列（AESA）天線(xiàn)領(lǐng)域已成為行業(yè)標(biāo)桿 ， 而且是LEO、MEO和GEO 衛(wèi)星通信終端的毫米波平板有源天線(xiàn)領(lǐng)域中公認(rèn)的硅IC首選供應(yīng)商 。 不過(guò)在2024年1月31日 Anokiwave被Qorvo收入麾下 ， 預(yù)計(jì)結(jié)合Qorvo在射頻領(lǐng)域的豐富積累 ， 雙方的互補(bǔ)組合將大大推動(dòng)衛(wèi)星通信領(lǐng)域的成本下降 。
結(jié)語(yǔ)
【衛(wèi)星通信大爆發(fā)前夜】衛(wèi)星通信正處于一個(gè)歷史性的發(fā)展機(jī)遇期 ， 多種技術(shù)進(jìn)步、成本降低和市場(chǎng)需求的疊加 ， 正在推動(dòng)這一產(chǎn)業(yè)逐漸邁向成熟 。 從LEO星座的部署到地面5G網(wǎng)絡(luò)的整合 ， 衛(wèi)星通信的應(yīng)用場(chǎng)景將不斷拓展 ， 最終實(shí)現(xiàn)全球無(wú)縫連接 。 在未來(lái) ， 我們有理由相信 ， 在各方的共同努力下 ， 衛(wèi)星通信將為人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)更多的便利和福祉 。

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