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尚未定義的6G技術與固定角色
5G商業化方興未艾，6G技術布局卻早已開始。在各種不同的6G技術方案中，低軌通信衛星（LEO, 下簡稱「低軌衛星」）已然被視為未來高效智能互聯時代的關鍵一環，不過在6G規模商用化之前，低軌衛星應用最大的技術考驗是如何跨越的？
需要明確的是，現在在國際上關於「6G技術到底該如何定義」這一問題尚未達成一致意見，因此任何超越5G的技術都是未來6G技術的備選方案，馬斯克的星鏈，華為利用北斗三號系統短報文功能做到「捅破天」，甚至量子通信技術等等都可以歸於6G麾下。
作為下一代通信標準，實現空天地海一體化是6G的主要方向之一。而要實現人與人、人與物、物與物全球全域的互聯，這就需要衛星通信尤其是低軌衛星通信發揮核心作用了，畢竟光靠地面基站還是無法在海洋、沙漠、無人區等地區形成有效覆蓋。
實際的技術應用我們其實早就有所耳聞，比如從2021年7月鄭州特大暴雨到今年8月的華北暴雨，都能看到的無人機應急通信系統。看似是無人機在地面通信阻斷時力挽狂瀾大放異彩，背後其實就是衛星通信在發揮作用。
衛星通信技術在走向C端用戶之前，一直集中於專業領域，普通民眾很少會感受到或者關心它的存在。簡單來說，衛星通信技術就是將人造衛星作為中繼站，兩個或多個終端通過電磁波與人造衛星相連，繼而互相通信，最常見的就是導航定位功能。自上世紀五六十年代開始，有能力發射衛星的國家都開始組建自己的衛星通信網絡，中國亦然。
根據軌道的高度，通信衛星可以被分為三種，分別是距離地表在3.6萬公里的地球同步軌道（GEO）衛星、距離地表2000～1.5萬公里的中地球軌道（MEO）衛星。最後則是6G服務的關鍵「低軌衛星」，低軌衛星低軌衛星部署位置最低，距地表僅有500～2000公里，因為距離近，使得通信時延短、數據傳輸率高，多個衛星組成的星座可以實現真正的全球覆蓋，頻率復用更有效且成本較低，用來向大眾提供通訊與影像遙測等功能最為合適。
然而，也正是因為其在低軌道航行，帶來了一個低軌衛星通信與生俱來的難題。
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速度帶來技術困擾
由於離地球近，受向心力的影響，低軌衛星繞行地球的速度非常快，可達每小時2.7萬公里，繞行地球一周最快只需要一個半小時。在這樣的情況下，衛星相對於地面接收機處於高速移動的狀態，對通信而言則是一個「噩夢」。
因為在這種情況下，通訊系統設計必須考慮許多因素，其中一個重點就是「都卜勒效應」（Doppler Effect）所帶來的影響。
什麼是都卜勒效應？它與低軌衛星通信又有什麼關係？1842年，奧地利物理學家都卜勒發現，當一個運動的物體朝著觀測者而來時，它發出的聲波會因為二者間的相對運動被壓縮，從而頻率升高，聽起來更尖銳；相反，當一個物體遠離觀測者而去時，聲波會被伸展，頻率下降，聽起來更低沉。
可以想像一下當警車鳴笛靠近又遠離的過程。當警車靠近，聲音會變得尖銳，而後隨著警車遠去，聲音又會變得低沉，人們很容易根據聲音變化判斷警車與自己的距離——聲波在這個過程中的變化就是所謂的都卜勒效應。
這種效應同樣會發生在電磁波上。由於低軌衛星相對地球的高速運動，移動速度可高達7.4公里每秒，加之低軌衛星通信採用的是高頻率頻段，因此產生的都卜勒頻移幅度會極大。衛星發射信號頻率與地面接收機接收到的信號頻率之間存在著一定的差值, 這個差值就被稱作為都卜勒頻移。
因此，如果想實現穩定連續的通信，終端在通信過程中需要頻繁的切換到其他波束或衛星上，也就是不斷地「傳聲」才能繼續通話。以美國低軌道衛星通信群、第一代「銥星系統」為例，其最小切換時間間隔10.3秒，平均切換時間間隔277.7秒，而切換越頻繁，切換失敗的可能性就越大，信息傳著傳著就不完整了。
此外，如果同時有多顆衛星傳輸訊號，就有可能由於都卜勒頻移造成通訊頻率的重疊，致使接收到的訊號有所混淆。這些都需要在設計衛星系統時有針對性地測量和補償。
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通信之外還有何用
隨著近二十年來通信技術、微電子技術的飛速發展，低軌衛星通信系統信號處理能力、通信帶寬都在不斷提升，針對都卜勒效應，研究人員發現可以在訊號格式設計上做出區隔，儘量減少通話掉線的機率；接收機的部分也可應用陣列天線進行波束追蹤，以強化訊號、排除干擾等等方式抵消都卜勒效應對通信的影響。
所謂「福禍相依」，當研究人員為都卜勒效應絞盡腦汁的同時，也認識到都卜勒頻移的可預測性，也就意味著可以利用低軌衛星電磁波訊號的頻移變化來進行定位。
全球四大導航系統現在主要還是依靠中、高軌道導航衛星星座進行定位，但由於其距離地球遠信號傳輸會受到電離層干擾，且導航衛星在運行中難免產生漂移，這些因素都會導致定位誤差。現有的定位精度可以滿足大眾消費的基本需求，但難以滿足汽車自動駕駛、無人機、物聯網等行業對高精度實時定位的需求。
低軌衛星軌道資源與頻譜資源都還處在「先到先得」階段
如果能把低軌衛星信號加上，作為增強系統，那麼衛星導航定位的精度和可用性也會隨著提升。簡而言之，用戶所使用的終端需接受兩組數據，其中一組是導航衛星發射的原始定位數據，另一組則是由低軌衛星發射的修正數據，終端在接收修正數據後，會修正原始定位數據，降低誤差。
無論是從通信還是定位導航角度考慮，未來6G時代低軌衛星的重要性相比5G時代都是有增無減。也正因此，軌道資源（衛星占位）與頻譜資源（衛星與地面聯絡）的稀缺性也逐漸顯現。
來源：壹零社