  2020年将成为LEO（低地球轨道）的一年，因为更多的提供商将为LEO运行建立其业务案例和星座。这个市场有望为全球用户提供经济高效、高吞吐量的连接和低延迟。 根据NSR的预测，在未来十年中，非GEO（地球静止轨道）的批发运营商收入将以40％以上的复合年增长率增长。 即使早期的LEO进入者LeoSat在从西班牙和日本运营商融资失败之后暂停了运营，该行业仍然看好LEO市场的未来。业界中的许多人都普遍认为，新一代低成本、高吞吐量网络将很快成为卫星行业的一部分。 为了获得成功，LEO提供商需要用地面段以较低的成本来提供更简单、更集成的解决方案。为此，《ViaSatellite》与少数地面段厂商进行了会谈，探讨了天线和网关技术在业界为即将到来的LEO时代做准备时所起的关键作用。 在海事市场占据主导地位的卫星和无线通信终端提供商CobhamSatcom的LEO产品总监KirbyNell指出：“这事关集成、工业化和成本降低，服务提供商正在推动我们走向整合。” 过去，典型的GEO地面段具有分布式设备——天线、互连的RF（射频）和IF（中频）电缆、基站和联网设备——但仅此而已。HTS（高通量卫星）网络，尤其是那些支持LEO星座的网络，将把这项技术集成到用户终端中。 Nell指出，ViaSat-2于2017年推出，旨在提供高容量宽带服务，该服务已在天线中集成了调制器和所有联网功能。他解释说：“这是降低成本——使安装更便宜和更容易，使用户获取成本下降。” 同一驱动力将应用于LEO地面段。LEO运营商正在研究市场的各个方面，从回程物联网应用到消费宽带互联网，再到企业和“非常高端”的企业市场。  服务于商业和政府地面段的卫星系统供应商ThinKomSolutions的董事长兼首席执行官BillMilroy说：“每个星座在频率以及业务处理方面都不同。但是，不管公司追求哪种LEO上市策略，总体上，每个人都对成本敏感。”  图1Cobham Sea Tel 天线 由于市场是由成本驱动的，因此公司提供的性能不要超出绝对必要的部分，这一点很重要。“关键是要使天线和其它地面系统的安装和管理尽可能简单、便宜。”Milroy说。 服务于LEO星座的用户终端必须适应从波束到波束以及从卫星到卫星的大量切换。 Gilat卫星网络全球客户主管AmirYafe指出，LEO将要求“网关数量增加一个数量级，网关天线数量增加两个数量级”。 运营Jupiter系统VSAT平台的Hughes国际副总裁DaveRehbehn表示：“整个系统需要相当高的复杂度和计算能力，才能适应所有这些转换。” Rehbehn说：“人们希望看到25Mbps的服务计划以及即将成为100Mbps的服务计划。运营商希望从地面系统中获得最大的效率，因为即使使用我们将在2021年发射500Gbps的Jupiter-3卫星，我们仍然希望尽可能提高容量利用率，因此效率很重要。” Rehbehn指出了地面段面临的两个关键挑战：适应越区切换，以及处理及时知晓卫星在任何时间点的位置以有效管理卫星资源容量的复杂性。Hughes已经为OneWeb的650卫星星座交付了第一批网关。Rehbehn说：“这些网关的关键指标之一是每个网关每秒能够进行10,000次切换，这比典型的地面/蜂窝基站的切换要多得多。” Rehbehn和其它地面段的参与者一致认为，LEO星座将需要廉价的电子调控天线，当它们在天空中移动时，可以从一颗卫星无缝切换到另一颗卫星。 运营商在部署初期可以有多种选择：他们可以最初使用机械调控的抛物面天线，或当前可用的但价格更昂贵的电子调控天线，直到新的市场颠覆性低成本解决方案得以部署。 几家地面系统提供商认为，机械调控的天线仍然可以在LEO星座中发挥关键作用。例如，CobhamSatcom正在寻求电子调控天线产品的开发，同时利用其海上经验为LEO市场提供机械调控天线。“有一种错误的看法认为，机械调控的天线将会穷途末路。Nell说：“我们拥有30年的海事数据，它向客户证明了我们的天线不会发生故障。” Nell解释说，Cobham目前正在努力适应LEO海事天线市场。他说：“我们必须在可靠性和成本之间找到一条很好的界限。” 电子调控阵列非常适合60厘米及以下的终端。但是，“一旦超过70厘米，机械调控的抛物面天线就会比调控阵列具有性能优势。”他说。 Cobham已在1米尺寸处构建了E频段跟踪天线，该天线可“在跟踪运动物体时提供100度的指向精度”。 “在GEO/Ka频段空间中，你可能会误指向0.1或0.2度。我们必须将指向精度提高到10倍以上。由于我们的海事积累，我们能够迅速做到这一点。”Nell说。 ThinKom将经过验证的最小化修改过的GEO产品带给LEO运营商，它们看到其中的价值。该公司的机身内Ku频段天线系统为GoGo的机上宽带互联网服务提供了动力。该公司目前正在开发LEO和MEO星座的固定终端解决方案，并与Telesat和SES在LEO和MEO网络紧密合作。 Milroy说，与许多航空航天领域的竞争者希望仅提供LEO解决方案相比，航空公司对ThinKom提供兼具LEO和MEO功能的GEO天线的方法反应良好。 “我们的方法在航空公司中引起了很好的共鸣，它们不希望设备仅在LEO或MEO星座上运行。我们还没有看到有人愿意为了GEO放弃LEO。”Milroy说。“我们希望将我们的解决方案称为不打折扣的解决方案。就吞吐量和频谱效率而言，你将获得一流的GEO容量，并具有充分利用LEO和MEO的所有敏捷性和灵活性。” Milroy说，ThinKom10厘米高的天线比传统的电子相控阵列功耗低90％。  除天线技术外，调制解调器硬件也起着重要作用。作为一个调制解调器和地面系统提供商，Hughes已经开始为OneWeb交付网关系统。 图2 Hughes生产的OneWeb网关 2019年9月，包括Hughes和ThinKom在内的几家公司在从南佛罗里达州到加勒比海的试飞中，有史以来首次对SES的GEO和O3bMEO卫星进行机上漫游测试演示。飞行中的演示使用了Hughes的Jupiter系统和HughesModMan调制解调器，该调制解调器集成到安装在GulfstreamG-III测试飞机上的ThinKomKa2517相控阵机载天线上。 “在飞行过程中，调制解调器除了能够执行从GEO到MEO以及从MEO到GEO的切换外，还以近乎完美的方式从SESGEO卫星切换到SESO3b卫星，并多次返回。”Rehbehn指出，两家公司还向飞机展示了265Mbps的吞吐量。“从现代技术的角度来看，我们了解如何做到这一点，并且我们对该技术抱有高度的信心。” 调制解调器技术的另一位领导者Gilat已在航空和海上环境中测试了其调制解调器，并通过Telesat的Phase-1LEO卫星进行了5G连接。2018年，该公司的调制解调器帮助演示了Telesat的GEO轨道和LEO卫星之间的无缝连接和切换。2019年5月，这家以色列卫星网络公司成功展示了LEO卫星上的5G连接性。由英国萨里大学5G创新中心的一级欧洲运营商进行的测试表明，Gilat的调制解调器对LEO进行了5G回传。 Gilat的Yafe说：“我们也在革新调制解调器技术，以提供Gbps级服务。”毫无疑问，LEO市场正在推动地面网络的带宽需求增长，以及更大范围的频谱使用。 卫星通信RF光纤设备提供商ViaLite的产品经理JohnGolding表示，LEO运营商的主要期望之一是使地面段系统设备“在更长的时间内更加可靠”。 “我们在长距离传输方面表现出色，尤其是在各种链路上，你可能在相距数百英里的完全不同的地理位置拥有两个地面站天线。ViaLite能够通过光纤在高频范围内长距离地维持宽带连接，最长可达600km。”他说。 LEO星座需要更多的网络规划，因为运营商必须管理全世界的整个星座或电信站点网络。Golding解释说：“还有很多需要监视的内容，因此管理资源必须易于扩展。” 图3 ViaLite系统设计工具 为了提高支持LEO地面段安装的可靠性和可维护性，ViaLite开发了系统设计工具。它使LEO和其它运营商能够可视化其网络中RF光纤链路的性能特征。该工具使操作员可以设计新系统或重新创建自己的系统，并分析其性能结果，以显示可在何处进行改进。该公司还提供了一个光纤RF系统控制器卡Horizons，该卡可以记录ViaLite机箱中每个插槽的配置。这使操作员可以快速热插拔卡，然后将其自动重新编程，从而在更换卡后的半秒内完成服务恢复。 “我们拥有值得信赖产品的历史，这使我们非常适合地面段要求非常可靠的LEO星座。即使LEO卫星的故障率比GEO更高，地面段仍可以是可靠而坚定的要素。”他说。 地面细分市场的创新者对未来保持乐观态度，许多人都同意仍然存在问题，包括监管领域以及LEO运营商提出其特定的业务案例。 即使存在这种不确定性，地面服务提供商仍然相信LEO和MEO星座将很快成为现实，并通过以比目前更低的延迟提供足够的带宽，来显著扩展卫星领域。 Gilat的Yafe预测：“我们相信LEO市场将从优质的应用开始，随着终端成本的降低，最终将变得广泛，从而为多种应用提供解决方案。” 在接下来的6到12个月内，卫星行业必须做什么？Cobham的Nell说，真正的成本驱动因素将集中在航天器上，而不是地面部分。 “到处都是商业模式。您是否可以将需要300或3,000颗卫星的商业模式组合在一起，将它们全部发射出去，放入所需的所有基础结构，并且仍然有可行的业务案例？它将把成本从系统中最昂贵的部分——卫星中剔除掉。” 随着许多LEO参与者的巨型星座越来越接近现实，一个问题继续浮出水面，即如何控制其它卫星之间的天线干扰，更不用说随着地球变得越来越“吵闹”而正在努力执行其地球观测活动的射电天文学家？ 长久以来，在位卫星参与者不得不应对信号干扰的问题，但是LEO网络复杂性和交叉干扰可能更大。天线较小，但它们的旁瓣增益也更高，从而增加了来自其工作功率要求的干扰可能性。 ThinKom Solutions主席BillMilroy指出：“我们在将能量聚焦到主瓣方面做得很好，而很少有其它方向的能量发散。现在，发送和接收端的天线方向图质量突然受到监管机构的更多审查。过去你曾经驾轻就熟的事情已成为一个大的挑战，因为你开始担心自己的卫星会受到干扰，或者你可能正在干扰竞争对手的卫星。” 根据Milroy的说法，天线旁瓣和限值模型正受到新的关注，尤其是监管机构，如今，随着地面5G用户迁移到与卫星用户相同的频段，它变得非常“拥挤”。 他说：“这是一个大问题。我们的许多竞争对手，特别是电子扫描竞争对手，在发展方面都落后于我们，我认为他们还没有真正满足法规要求。” |
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