应对近地轨道（LEO）卫星通信系统设计挑战

泛在连接—设备几乎可在任何位置创建、共享和处理数据的环境—是推动 LEO 采用的主要趋势之一。尽管全球在建设地面无线通信基础设施方面取得了重大进展，但由于成本或地理原因，仍有相当多的地区（如偏远农村和海洋地区）仍缺乏蜂窝连接。卫星是无线行业缩小城乡连接差距的一项关键赋能技术。

LEO 不仅可以提供蜂窝连接的可及性，而且还可以提高蜂窝连接的容量。请参考以下来自 Statista 的市场数据：目前全球有 46 亿智能手机用户。据预计，到 2030 年，全球联网设备的数量将高达 290 亿以上。越来越多的人都在使用 Internet，这也增加了对全球蜂窝系统的需求。无线公司仍在投资于地面基础设施，因为使用商业卫星并非总是经济实用；然而，LEO 卫星的成本一直在降低，这使其成为解决日益有限的带宽问题的可行选择，特别是在偏远地区更如此。

最后，随着极端天气事件日益严峻和频繁，灾难恢复通信成为推动卫星通信应用的主要趋势。在发生这些事件期间，蜂窝基础设施经常遭到破坏，这促使卫星启动以确保现场急救人员、政府官员和居民能够广播和接收重要的安全信息。在地面蜂窝基础设施遭到飓风伊恩摧毁后，Starlink 定位了 120 颗卫星来覆盖佛罗里达西南部和其他受灾地区，这就是此类用例的有力证明。

信号延迟和功率放大

在 LEO 卫星出现之前，卫星通信系统主要使用地球静止轨道（GEO）卫星。如果三颗 GEO 卫星在经度上适当间隔，且以地球自转的速度旋转，则可以提供几乎全球范围的覆盖。三颗 GEO 卫星仅需几条交叉链路即可覆盖地球，但遗憾的是，其构建和发射成本远高于 LEO 卫星。此外，GEO 卫星与地面的距离以及彼此之间的距离会导致信号延迟。虽然 GEO 卫星适用于电子邮件和其他非实时通信，但语音电话和视频电话会出现显著延迟，从而阻碍了自然地沟通交流。

LEO 卫星更靠近地球表面，因此信号延迟要短得多。然而，与地面网络相比，发射机与 LEO 卫星通信时需要更高的功率。这是因为，地面网络信号的传输距离为 5—10 公里，而 LEO 信号的传输距离长达 2,000 公里，信号损失也更大。