31. 5G毫米波- 聊聊低軌道衛星LEO通訊網路架構與使用頻段

 低軌道衛星通訊的網路架構如圖1所示,分為饋線鏈路(Feeder Link)、服務鏈路(Service Link)、與衛星間鏈路(Inter-Satellite Link; ISL)。

                                          Source : ” Study, Modelling and Design Of Inter-satellite Links 

圖1.  低軌道衛星網路架構

饋線鏈路(Feeder Link)與服務鏈路(Service Link)都包括上行與下行, 上行指的是由地面站往衛星傳輸, 下行則是指由衛星往地面站傳輸. 服務鏈路是指低軌道衛星與用戶端之間的鏈路, 類似地面用戶與基地台之間的鏈結, 提供其覆蓋範圍內的通訊服務. 而饋線鏈路則類似地面上的回傳網路(Backhaul), 將用戶端的通訊需求回傳至局端 或是由局端透過回傳網路傳輸至用戶端. 但由於低軌道衛星並不是像同步衛星般 相對於地面是固定的, 而是非常快速的繞著地球移動, 因此低軌道衛星必須透購衛星間鏈路(ISL)做換手(handover), 類似地面通訊手機移動時, 與鏈結的基地台之間必須不斷的隨移動而換手 以保持通訊不間斷!

低軌道衛星通訊採用上行與下行不同頻段的頻分多工(FDD)模式, 饋線鏈路空對地採用的是 17.3-20.2 GHz 18GHz頻段，地對空部分則是採用 27.5-30.0 GHz 28GHz頻段；服務鏈路部分空對地是 10.7-12.75 GHz頻段，地對空則是 12.75-13.25 (OneWeb)與13.85-14.5 GHz (SpaceX)頻段。

若假設低軌道衛星打的高度是600公里, 可覆蓋仰角是30度, 則如圖2所示, 

                                                                        圖2.  低軌道衛星高度, 仰角與距離

最遠傳輸距離為1075公里, 同時因為使用Ku 18GHz頻段或是Ka 28GHz高頻頻段, 因此信號衰減很嚴重. 以饋線鏈路上行28GHz為例, 路徑損失(Path Loss)達182 dB! 要彌補這麼大的路徑損失, 以往是使用直徑幾米以上的碟型天線來達成!

另外, 因為低軌道衛星移動速度達時速27000公里, 都普勒頻移(Doppler Shift)達6~700KHz, 則需要有性能優異的演算法做頻率追蹤的運算與補償!