卫星系统类型

卫星已被送入太空用于各种目的，它们在太空中的位置和轨道形状已根据其特定要求确定。

已经确定了四种不同类型的卫星轨道。 它们是

• 地球静止轨道（GEO），位于地球表面上方约36,000公里处。
• 低地球轨道（LEO），位于地球表面上方约500-1500公里处。
• 中地球轨道（MEO）或中间圆形轨道（ICO），位于地球表面上方约6000-20,000公里处。
• 高椭圆轨道（HEO）

1. 地球静止轨道（GEO）

• 如果一颗卫星应该看起来在天空中是固定的，它需要一个 24 小时的周期。 使用地球和卫星距离的方程式，r = (g.r² /2.r.f)²)^1/3，以及 24 小时的周期 f = 1/24 h。 得到的距离是35,786 公里。 轨道必须具有 0 度的倾角。
• 地球静止卫星与地球的距离几乎为 36,000 公里。 例子几乎包括所有电视和无线电广播卫星、任何气象卫星以及作为电话网络骨干运行的卫星。
• GEO 中的物体以与地球旋转相同的速度绕地球运行。 这意味着地球静止卫星相对于地球表面保持在相同的位置。

GEO卫星的优点

• 三颗地球静止卫星足以几乎完全覆盖地球上的任何地点。
• 接收器和发送器可以使用固定的天线位置，无需调整。
• GEO 非常适合电视和无线电广播。
• GEO 的预期寿命相当高，约为 15 年。
• 地球静止卫星可以 24 小时观察特定区域。
• 由于覆盖范围大，GEO 通常不需要切换。
• GEO 不会出现任何多普勒频移，因为相对运动为零。

GEO卫星的缺点

• 由于纬度 60 度以上的仰角较低，地球的北部或南部地区在接收这些卫星时会遇到更多问题，即在这种情况下需要更大的天线。
• 由于高层建筑和远离赤道的低仰角，城市中信号的阴影限制了传输质量。
• 所需的发射功率相对较高（约 10 瓦），这给电池供电设备带来了问题。
• 这些卫星不能用于小型手机。
• 语音和数据通信的最大问题是单向超过 0.25 秒的高延迟，固定网络已知的重传方案会失败。
• 将 GEO 转移到轨道上非常昂贵。

2. 低地球轨道（LEO）

• 由于 LEO 在较低的轨道上运行，很明显它们表现出更短的周期（LEO 周期的典型持续时间为 95 到 120 分钟）。 此外，LEO 系统尝试确保地球上每个地点都有高仰角，以提供高质量的通信链路。
• 每颗 LEO 卫星从地球上可见的时间约为 10 分钟。
• LEO 还可以进一步分为低带宽服务（约 100 比特/秒）的小 LEO、一些大 LEO（约 1,000 比特/秒）和计划达到 Mbits/s 范围的宽带 LEO，可以在 Comparetto (1997) 中找到。
• LEO 卫星比 GEO 卫星更靠近地球，距离地面 500 到 1,500 公里。 LEO 卫星不会相对于地面保持在固定位置，并且每次通过仅可见 15 到 20 分钟。

LEO卫星的优点

• 使用高级压缩方案，约 2,400 比特/秒的传输速率足以进行语音通信。
• LEO 甚至为移动终端提供此带宽，使用 1 瓦范围内的低发射功率的全向天线。
• LEO 卫星较小的覆盖范围减少了带宽浪费。
• 使用高级压缩方案，约 2,400 比特/秒的传输速率足以进行语音通信。
• 与地球静止卫星相比，LEO 卫星更靠近地球，因此具有更好的信号强度和更少的时间延迟，这使其更适合点对点通信。
• LEO 较小的覆盖范围允许更好的频率重用，类似于蜂窝网络的概念。

LEO卫星的缺点

• LEO 概念的最大问题是，如果要实现全球覆盖，则需要许多卫星。
• 大量的卫星与快速移动相结合导致整个卫星系统的高度复杂性。
• 在高仰角下短暂的可见时间需要额外的机制来在不同的卫星之间进行连接切换。
• LEO 的一个普遍问题是，由于大气阻力和来自内部范艾伦带的辐射，LEO 的寿命较短，约为五到八年。
• 通过单个 LEO 的低延迟只是故事的一半。
• 其他因素包括如果用户想要在世界各地进行通信，则需要将数据包从卫星路由到卫星（或者多次从基站路由到卫星然后再返回）。
• GEO 通常不需要这种类型的路由，因为发送者和接收者很可能在相同的覆盖范围内。

3. 中地球轨道（MEO）

• MEO 卫星位于地球表面上方 6,000 公里到 20,000 公里之间的轨道上。
• 在功能方面，MEO 卫星类似于 LEO 卫星。
• 在功能方面，MEO 卫星类似于 LEO 卫星。
• 中地球轨道卫星的可见时间比 LEO 卫星长得多，通常在 2 到 8 小时之间。
• MEO 卫星的覆盖面积比低地球轨道卫星更大。
• MEO 可以位于 LEO 和 GEO 之间的某个位置，无论是轨道方面，还是由于其优点和缺点。

MEO 的优点

• 使用大约 10,000 公里的轨道，该系统只需要十几个卫星，这比 GEO 系统多，但比 LEO 系统少得多。
• 这些卫星相对于地球的旋转速度较慢，从而允许更简单的系统设计（卫星周期约为六个小时）。
• 根据倾角，MEO 可以覆盖更大的人口，因此需要更少的切换。
• 与 LEO 网络相比，MEO 卫星更长的可见持续时间和更宽的覆盖范围意味着 MEO 网络中需要的卫星更少。

MEO 的缺点

• 再次，由于到地球的距离更远，延迟增加到大约 70-80 毫秒。
• 卫星需要更高的发射功率和特殊的天线以获得更小的覆盖范围。
• 与 LEO 卫星相比，MEO 卫星的距离使其具有更长的时间延迟和更弱的信号。

4. 高地球轨道（HEO）

• 高地球轨道卫星是四种类型中唯一的非圆形轨道。
• HEO 卫星以椭圆轨道运行，最大高度（远地点）类似于 GEO，最小高度（近地点）类似于 LEO。
• HEO 卫星用于需要覆盖高纬度位置的特殊应用。