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5G迎来新挑战,什么是卫星互联网?

2019-05-16 11:38
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在硅谷

也许没有人比埃隆·马斯克更具传奇色彩

他是眼光独到的梦想家

也是敢于冒险的挑战者

从 PayPal ,到特斯拉、Space X

马斯克总会走在时代的前列

钟情于充满创造与挑战的领域

最近,马斯克又盯上了卫星互联网,5 月 12 日,马斯克在推特上公布了将在本周发射的 60 颗卫星,这些是 Space X 计划发射的数千上万颗卫星的第一批。未来几年内,马斯克希望向太空发射 12000 颗卫星,让网络信号覆盖全球每一个角落。

5G 网络的缺陷

所谓卫星互联网,与我们平常用的光纤宽带网络、4G 网络没什么本质不同。区别在于网络通信的中间环节由埋在地下的电缆、建在地面的基站换成了太空中的卫星。或许会有小伙伴心中疑惑,都说 5G 网络是未来的趋势,怎么又突然蹦出一个卫星互联网。

事实上,5G 网络确实是大趋势,高速率和低延迟两大核心优势有望带来一场万物互联的革命。但是任何事物都有其两面性,5G 也不例外。 5G 网络采用“毫米波”频段,毫米波在具备高速率、高带宽的同时,也存在着损耗大和传输距离短的缺陷。

传统 4G 基站覆盖半径约为 1-3 公里,而 5G 基站覆盖半径只有 500 米左右。因而,为了让用户随时随地都能接入 5G 网络,运营商们需要建设更多的基站。保守估计,今后 5G 基站的数量将是 4G 基站的 2-3 倍。

同时, 5G 基站的建设维护费用也远在 4G 基站之上。由于频率提升, 5G 基站单站点的功耗相比 4G 大幅增长。而随着功耗大幅增加,存量 4G 基站的开关电源、蓄电池、空调等也需扩容改造,改造成本不亚于新建一座 5G 基站。

数量翻一番的基站数量,加上昂贵的建设维护成本,直接导致 5G 网络建设总费用难以预估。所以,别看现在铺天盖地的全是 5G 的消息,其实我们距离 5G 网络依然很遥远。未来两三年,国内应该会优先实现北上广深等一二线城市 5G 网络覆盖,那些三四线城市乃至广袤的乡镇地区短时间内根本无法领略到 5G 网络的便利。

卫星互联网竞赛打响

在当今这个信息化时代,网络覆盖一直困扰着包括我国在内的各国政府。 5G 网络速度再快,没有信号只能望洋兴叹。 其实不仅仅是 5G ,4G 网络信号覆盖同样不是很理想。即使强大如我们国家,4G 通信基站总量占据了全球的 64%,覆盖率在全球遥遥领先,都无法保证每一寸国土都有 4G 网络信号。其他国家就更不用说了,非洲、拉美国家通信基础设施落后,网络信号一直是个大问题。发达国家也没好到哪里去,在美国中部、加拿大北部人烟稀少的地区,4G 网络信号覆盖同样很不理想。

既然 4G、5G 这些陆基基站无法解决网络覆盖问题,那为何不在天上建基站呢?抱着这样的心思,很多公司都开始用各种方式尝试天上的基站。Facebook 推出过大型太阳能无人机,从天上发出网络信号。谷歌则选择了高空气球,试图利用高空气球在天上不间断地提供网络信号。相比之下,马斯克的“星链”卫星互联网计划看起来要靠谱的多。

早在 2015 马斯克就透露了“星链”计划,第一阶段在 2019 年-2024 年向 1100 公里左右近地轨道发射 4425 颗小型卫星。第二阶段则是向 340 公里的近地轨道发射 7518 个类似的卫星,将网络信号覆盖光线和通信基站难以到达的偏远地区。两个阶段合计 12000 颗卫星,共同构建一个大型卫星网络,给全球提供高速互联网服务。

除了马斯克,世界首富贝索斯、非盈利组织 Outernet、拿到了大量投资的 OneWeb 以及我们的中国航天科工集团,都在积极筹备卫星互联网,一场悄无声息的卫星互联网竞赛已然打响。其中,贝索斯旗下的 Kuiper 项目计划发射 3236 颗近地轨道卫星,Outernet 提出要发射 700 颗左右的卫星,OneWeb 也提出要发射上千颗卫星。五年之后,宇航员在国际空间站对地球进行观测时,多半会留下“密恐慎入”的感叹。

难以逾越的难关

为了解决全球范围内的上网问题,马斯克与贝索斯等科技大佬已经开始了“军备竞赛”。他们的计划看上去都野心勃勃,不过介于理想与现实之间,还有脚踏实地的奋斗过程。卫星互联网计划看上去十分美好,实际做起来却困难重重。

就拿“星链”计划来说, SpaceX 的互联网卫星使用的波段和手机频段互不兼容,卫星上下行频率在 11-13GHz ,而目前 4G 网络的最高频率也只有 2635MH。频段不同就无法沟通,手机想要接收卫星信号,还得通过调制解调器作为“翻译”。调制解调器和披萨一般大小,可以想象,这个世界没几个人忍得了如此费劲的上网方式。

此外,卫星互联网的概念从来没被实现过,因而没有成功的模式可供参考。倒是有些失败的例子,例如上世纪摩托罗拉公司的铱星计划。上世纪 80 年代手机通讯技术还不发达,很多地方都没手机信号。摩托罗拉就突发奇想,企图环绕地球建立一个太空通讯网络,从而实现全球信号覆盖。可惜,摩托罗拉好不容易将铱星星座网络建成,人们却都不需要这项服务了。原来,那几年地面通讯技术飞速发展,通话信号有了很大的改善,人们不用通过摩托罗拉昂贵的铱星网络,也能享受良好的通话服务。

无法兼容的频段问题,飞速发展的通讯技术,还有昂贵的卫星发射成本,这些都是横亘在马斯克等人面前的鸿沟。介于“星链”计划实施难度太大,甚至有不少人怀疑这只是马斯克用来骗融资的手段。其实,马斯克和贝索斯既不是傻子,也不是疯子,他们大张旗鼓的卫星互联网计划实际上另有所图。

抢占太空资源

从小我们就知道,太空广袤无垠,小小的卫星在太空中毫不起眼,外太空中可以容纳无数个卫星轨道。不过,卫星轨道也有价值高低之分,为了保证频率隔离、空间隔离,卫星间需要保持一定的安全距离。因此,有价值的轨道,如地球静止轨道,数量并不多,这些轨道上某些静止点更是极为稀缺。

国际上有一个空间轨道分布协会协调空间轨道,理论上哪个国家或公司优先申报,就可以获得优先使用权。马斯克、贝索斯他们如此不计代价的开展卫星互联网计划,未尝没有通过大量通讯卫星占据高价值卫星轨位的心思。

更为关键的一点是,通讯卫星在 5G 之后的 6G 时代意义非凡。我国工信部 IMT-2020(5G) 无线技术工作组组长粟欣曾经透露:“目前来看,5G 在广联接也就是物联网的应用还不太理想,6G 可能会在这个场景上扩展向更广泛的层面、更高的空间,比如卫星移动,实现地空全覆盖的网络,实现真正无所不在的任意设备之间的信息传输,真正的万物互联时代。”

另外,上个月美国联邦通信委员会一致投票决定开放“太赫兹波”频率段,该频率段在 95GHz 到3THz 范围内,正是预测 6G 通信技术将进入的频段。目前业界观点普遍认为,未来 6G 将使通信向空间发展,卫星通信将发挥重要甚至关键的作用。

如此看来,马斯克、贝索斯的卫星互联网计划,更像是提前为未来布局。通过随处可达的卫星互联网,为全球每个人迹罕至的角落提供网络信号。在造福用户的同时,积累低轨宽带天基互联网组网经验。等到 6G 技术标准正式确立,就可以利用自身丰富的卫星互联网组网经验以及占据的高价值卫星轨位抢占先机。

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