1 低空卫星无线网络技术的特点
(1)覆盖范围广。整个地球仅用1000多颗低空卫星既可以实现全覆盖无死角。相比地面站或者无线路由器所能覆盖的那一点地方,一颗卫星所能覆盖的区域就是天文数字了。
(2)传输速度快。低空卫星通信延迟小,与地面的蜂窝通信相近。远距离通信通过星间链路转发。云计算技术的应用,单一形式卫星网络的架构都有利于数据的快速交换。
(3)高带宽。近年随着毫米波TR组件的发展,通信卫星的工作频段已全面进入Ka时代。通信卫星必然向Ka频段和更高的V(美国AEHF)频段发展,未来将会有更高的频段出现。高频载波的信息容量更大,能够提供更高的带宽,并且能够实现终端小型化。
(4)数据传输稳定。空中的干扰相对地面少得多,同一地区可同时被两颗以上的卫星覆盖,可避免信号被遮挡。低空卫星通信延迟小,误码率低。统一的计算规则也大大减少了数据传输过程中可能出现的问题。
(5)成本低。低空卫星无线网络技术成熟以后,无需在太平洋底下铺设光缆就可以轻易实现中美信息互动,无需在城市、楼栋之间架设缆线就可以实现随时随地网上交流。它的成本集中在了卫星及其管理维护上,对消费者而言其成本大大降低,无疑是消费者的福音,即使运营商的成本与现在相比也会大幅度下降。
2 低空卫星技术
(1)卫星升空的问题。低空卫星最适宜的高度应该是在平流层上半部分,即距地面3万米到5万米之间。如果太高,卫星就会到达空气垂直对流强烈而且相对稀薄的中间层,不利于卫星的稳定;如果太低,卫星信号就容易被高山遮挡,覆盖面积也会减小,而且容易与飞机等人造飞行器遭遇而发生危险。如果要保持卫星不坠落,可以让其围绕地球运动起来,不过这样需要消耗大量的能量,并且卫星所覆盖的地域范围会一直在改变,大大增加了卫星处理数据的工作量。所以必须采取悬浮技术,让卫星悬浮在4万米左右高空的相对固定位置浮动。要实现这一状况,就目前的技术手段,需要用到复合材料甚至纳米材料制作的真空飞行器。这种飞行器能承受比钢材多近千倍的拉力,且能承受外部巨大的压力或冲击力,即使与其他飞行器碰撞也无所畏惧。将这种飞行器制设计成内外球套球的充气结构,通过空气泵抽气充气的方法控制其内部空气的密度来达到其在大气中升降的目的,万一外球破损,内球会依然保持真空状态,将卫星拉住。并将三套该飞行器扎成一束,共同承载一颗卫星,这样即使飞行器受到陨石等外力的直线撞击,也不至于全部损毁,从而可以人工控制卫星缓慢着陆进行维护。在飞行器外壁贴满太阳能电池板,以收集足以支撑卫星正常运行所需的电能。它巨大的外形也有利于卫星在天空中能够及时被发现。
(2)星间链路的问题。1000多颗卫星建立起一张覆盖全球的无线卫星通讯网络,这就需要各个卫星之间有功能强大的星间链路做数据传输的支撑。星上处理和交换技术现在已经得到了广泛使用。所有信息的转发将过星间链路传输,星间链路将采用V波段、W波段或激光传输,传输带宽目前已达到GB量级,美国的军用和民用卫星大多具有星间传输功能。由于低空卫星的覆盖面积较之于高空卫星要小得多,远距离传输需要经过中间卫星实现,增加了卫星处理的数据量,可采用高低空卫星组网来减少数据传输环节,降低星间传输延迟,但这样无疑增加了组网的复杂度和数据传输的不稳定性。在星间链路带宽足够的情况下,低空卫星之间数据传输就不成问题了。不难想象几年之后,星间链路的带宽成千上万倍的增长,完全可以支撑低空卫星之间的数据交换。
(3)卫星如何分布。低空卫星应当采用正六边形顶点结构分布于地球上空,卫星的覆盖半径要大于正六边形的边长。在人口密集的五大洲板块上空,低空卫星分布要密集,以减小单个卫星的数据处理压力,在大洋和两极上空,则只需分布少量卫星即可。这也正是只有悬浮卫星可以实现、运动卫星无法企及的性能。六边形顶点结构可以使每颗卫星更大限度的覆盖其服务区,同一地区可同时被2颗以上卫星覆盖,可避免信号被遮挡。