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快看資訊,关于卫星通信,这篇文章值得你一看

互联网 2021-05-17 17:11:05

大家好,我是小枣君。

今年2月7日,特斯拉创始人马斯克旗下的火箭公司 Space X,成功发射了现役运力最强的火箭重型猎鹰(Falcon Heavy)并完成一级火箭回收。

当时,这只“猎鹰”把马斯克的一辆红色特斯拉跑车也送上了太空,轰动了全球。

我们的马老板也出尽了风头,被媒体疯狂吹捧。

埃隆·马斯克

紧接着,2月22日,马斯克和他的SpaceX公司又干了件事——往天上送了3颗卫星。除了一颗西班牙的Paz地球观测卫星之外,更引人瞩目的,是两颗名字分别叫“Microsat-2A”和“Microsat-2B”的通信卫星。

伴随着这两颗卫星的发射升空,这位老兄公布了他无比庞大的“星链Starlink”计划。

按照他的规划,从2019年到2024年,SpaceX会分别将4425颗卫星送入太空,为全球客户提供高速宽带互联网服务。

要知道,目前围绕地球运行的还在工作的卫星一共才1400颗,另外大约还有2600颗已经不再工作的,也就是说,人类迄今为止发射卫星的总数也就4000多颗。

马老板的4425颗,将超过人类发射卫星数量的总和!

这还不算完,马斯克透露,整个计划完成后,预计会有12000颗卫星发射使用!

不愧是当代“钢铁侠”,马老板确实是不同凡响…

骚年,我说的你敢不信?要不要来一发?

无独有偶,这个事儿没过多久,我们国家的中国航天科工集团也不甘寂寞,抛出了“虹云工程”——计划发射156颗卫星,也建一个星载宽带全球移动互联网络。

一时间,新闻媒体就像打了鸡血一样,开始大肆渲染——“免费Wi-Fi来啦”,“全民卫星上网时代来啦”,“全球无缝链接来啦”...

真的是如此吗?卫星通信即将迎来颠覆性的变革?

今天,小枣君就来和大家说一说这个事,关于卫星通信的事。

大家都知道,如今我们人类进行通信交流,最主要的方式,就是依靠手机。

而手机依赖于移动通信系统,依赖于基站和天线,或者,依赖基于固定宽带接入的Wi-Fi。

现在的手机也用到卫星,但主要是使用GPS定位功能

其实,对于大部分陆地地区来说,这种常规模式,是可以满足要求的。

但是,对于像戈壁沙漠、深山老林这样的无人区来说,一方面,基站建设和维护存在工程和技术上的困难,另一方面,建设资金也会非常昂贵,利用率和回报率太低。

即使是我们国家,通信基础设施已经算是很强大了,都无法保证每一寸国土都有移动通信信号。

别的国家就更不用说了,在广袤的非洲,信号覆盖率一直都是很大的问题。即使在发达国家,例如美国和加拿大,很多人口密度低的地区,信号覆盖也很不理想。

相信大家在美剧里经常看到类似的场景

这好歹还是陆地,更别说还有占地球表面积70%的浩瀚海洋。

在茫茫大海如何通信,一直都是一个大问题

根据联合国教科文组织宽带可持续发展委员会的报告宣称,全球70亿人之中,有超过52%(也就是36亿人)因为各种原因而无法使用互联网。

2017年,互联网用户渗透率(全球平均值:48%)

在如今信息化的时代,网络覆盖的问题,一直都困扰着各国政府和人民。而对通信企业来说,这就是一个很大的市场和商机。

既然有问题,就要解决。

要想覆盖好,就往高处跑。除了传统陆地基站之外,人们自然而然就想到,是不是可以让基站“飞起来”,到天上去?

于是,很多公司都开始了这方面的尝试,包括无人机、热气球。

2013年6月份,谷歌就推出过一个“用气球上网”的项目——Project Loon。当时谷歌计划用热气球搭建一个无线网络,为全球提供互联网连接。

Google的Project Loon项目

Facebook也在2015年推出了“天鹰” (Aquila)计划,利用无人机提供网络覆盖。

这些计划,目前都在跌跌撞撞往前推进。

但是,除了无人机或热气球来说,显然还有一种很管用的方法——那就是卫星。

卫星的高度最高,覆盖范围最为广阔

其实,用卫星通信并不是一件新鲜事。

1957年,苏联发射了第一颗人造卫星"斯普特尼克1号"。从那之后,在冷战的不断刺激下,越来越多的卫星被送入太空。

"斯普特尼克1号"

有的卫星是为了军事拍照,有的是为了气象监测,还有的,就是为了通信。

1960年8月,美国把覆有铝膜的直径30m的气球卫星“回声1号”发射到约1600km高度的圆轨道上,进行通信试验。这是世界上最早的不使用放大器的所谓无源中继试验。

1962年I2月13日,美国又发射了低轨道卫星“中继1号"。1963年11月23日该星首次实现了横跨太平洋的日美间的电视转播。此时恰逢美国总统J.F.肯尼迪被刺,此消息经卫星传至日本在电视新闻上播出,让人们见识了卫星在远距离实时传输方面的优势,留下了深刻的印象,使人造卫星在通信中的地位大为提高。

1963年7月,美国宇航局发射的“同步2号”卫星,是世界上第一颗同步通信卫星。它与赤道平面有30°的倾角,相对于地面作8字形移动,因而尚不能叫静止卫星,在大西洋上首次用于通信业务。

1964年8月,美国发射的“同步3号”卫星,定点于太平洋赤道上空国际日期变更线附近,成为了世界上第一颗静止卫星。10月,这个卫星转播了(东京)奥林匹克运动会的实况。但是,此时的卫星通信,尚处于试验阶段。

1965年4月6日,还是美国,发射了最初的半试验、半实用的静止卫星“晨鸟”,用于欧美间的商用卫星通信。从此,卫星通信算是正式进入了实用阶段。

两位科学家正在调试“晨鸟1号”

说到卫星通信,大家一定听说过大名鼎鼎的“铱星计划”。

80年代,由于手机通讯技术比较初级,很多地方都没有覆盖到信号。摩托罗拉一位工程师的妻子在加勒比海度假时,向丈夫抱怨没有信号无法接到客户的电话。工程师突发奇想,如果环绕地球用卫星组建一个星座,信号不就能覆盖到每一个地方了吗?

摩托罗拉立刻开始实行这一计划,设计出一个共计需要77颗卫星的星群。因为金属元素铱有 77 个电子,所以,这一计划被称为铱星计划(后实施中出于技术和成本的考量,只使用了66颗卫星)。

十一年过去了,摩托罗拉耗费了大量资金的铱星星座虽然成功上天,但是地面通讯技术获得了更快的发展,几乎没人需要摩托罗拉昂贵的卫星通讯服务。

最终,这个花费了34亿美金的项目,以2亿的打包价卖给了美国军方。而铱星计划的血亏,最终导致了摩托罗拉后期的颓势。

其实,虽然铱星计划失败,但仍然还是有公司在开展卫星通信业务。但是因为卫星发射成本高,技术门槛也高,所以,能做这个生意的公司数量并不多。

也是因为成本等原因,使用卫星进行通信,费用非常昂贵。所以,一般都是在特定场合下才会使用,例如矿产勘探勘察,远洋出海,还有灾害救援。

很遗憾,目前民用卫星电话市场基本上还是几乎由国外厂商垄断

一般来说,卫星电话手持机的价格,需要近万元。便携式卫星通信接收设备,几万到几十万不等。除了硬件购买之外,使用的费用也不低,拨打电话每分钟几元至几十元不等。如果是用于上网,就更贵了,不是一般百姓能承受得起的。

这么多年以来,相比于地面上2/3/4G移动通信技术的飞速发展,卫星通信前进的步伐很慢。

到了今年,马斯克的“星链”计划,才算是重新吸引了人们对卫星通信的目光。

卫星通信系统,一般由空间分系统、通信地球站、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统等四部分组成。

限于篇幅,我今天就不一一介绍技术细节了,改天我会专门写一个技术专题。

卫星通信的优点很明显:

1、通信距离远:在卫星波束覆盖区域内,通信距离最远为13000公里;

2、不受通信两点间任何复杂地理条件的限制;

3、不受通信两点间任何自然灾害和人为事件的影响;

4、通信质量高,系统可靠性高,常用于海缆修复期的支撑系统;

……

当然,缺点也很明显:

1、传输时延大:500毫秒~800毫秒的时延;

2、高纬度地区难以实现卫星通信;

3、为了避免各卫星通信系统之间的相互干扰,同步轨道的星位是有一点限度的,不能无限制地增加卫星数量;

4、太空中的日凌现象和星食现象会中断和影响卫星通信;

5、卫星发射的成功率为80%,发射成本不低,需要承担发射失败的风险;

6、卫星的使用寿命从几年到几十年不等,需要进行长远规划。

通常我们使用卫星进行通信,主要是卫星电话这样的终端,直接和卫星通信,然后卫星再和地面站通信,接入地面通信系统,以此来实现通信目的。

除了卫星与卫星电话进行通信之外,还有很多情况,是利用卫星进行远距离站址之间的传输。例如,以前小枣君在做海外项目的时候,就有中东阿富汗的项目,不同地方的移动通信网络设备之间,采用的是卫星传输的方式。那种方式时延非常大,稳定性也很差,经常掉链子,调测起来非常痛苦。

卫星辅助陆地的移动通信系统

全球主要的通信卫星系统运营商并不多,主要包括国际卫星通信公司(Intelsat)、SES环球公司、欧洲通信卫星公司(Eutelsat)、加拿大电信星公司(Telesat)等。

除此之外,还有一些区域卫星运营商,例如我们国家的中国卫通集团(China Satcom)。

中国卫通

其实,利用卫星实现互联网覆盖是一件好事,技术上完全是可行的。卫星的成本降低了,能力提升了,确实也适合考虑作为一个通信网络覆盖的手段。

但是,现在最大的问题就是,很多无良媒体为了博眼球,说什么“全球Wi-Fi”啦,“速度超快、直接翻墙”啦,真的就是纯属胡编乱造了。

胡乱炒作的“噱头”新闻

这种错误的言论,不仅会误导公众对卫星通信的了解,更有可能影响卫星通信的良性发展,属于非常卑劣的“捧杀”

为此,小枣君想重点说一下关于卫星通信的常见误区,帮助大家了解真相。

首先,不管是星链计划,还是虹云计划,都和Wi-Fi没半毛钱关系。

上网的手段有很多种,不是每种上网的网络都叫Wi-Fi。Wi-Fi使用的是2.4GHz和5GHz的频谱,而低轨卫星采用的是Ka波段的频谱,范围是26.5-40GHz,两者是不一样的。也就是说,用我们的手机,是不可能把卫星当无线路由器用的。

别说手机和卫星之间动辄几百公里的距离,不管你用多牛掰的无线路由器,你手机距离路由器超过300米几乎就没有信号了。

而且,卫星确实是能够发射信号到你的手机上,但是,你上网不是只有单向数据连接的,你也要上传数据的,你普通手机怎么可能做到发送信号到几百公里外的卫星上?卫星电话都是有专门的设计,才能做到这一点的。

如果使用卫星通信,要保证稳定性和速率,一般都要使用专门的设备。卫星和该设备进行通信,然后该设备通过各种方式,将网络分享给周边的人。

便携式卫星接收装置

至于大家期待的1Gbps的速率,基本上可以洗洗睡了。别说Wi-Fi路由器,就拿我们现在的LTE基站来说,覆盖一个小区,几百个人,大家一起下载试试。只为一个人服务,理论速度也就几百Mbps。这还是有光传输网络支持的前提下。卫星和地面站之间,没有光纤,纯靠无线,速度能比光纤快?想想也不可能啊。。。

免费上网就更是做梦了,发射卫星不要钱?地面站和地面设备不要钱?维护不要钱?没有任何一家公司敢随便提供长期的免费服务,从商业模式上是说不过去的。

退一万步讲,就算技术层面上卫星能提供理想的通信网络信号覆盖,还有巨大的非技术层面困难摆在眼前。

第一,就是轨道空间。

太空看上去很大,但是近地轨道的位置是很有限的。12000颗卫星,打上去容易,如何保证不会和其它卫星相互干扰?如何保证失败或寿命到期后不会成为太空垃圾?

关于太空垃圾的危害,大家可以看看电影《地心引力》

这些太空垃圾,和地面垃圾完全不一样,是非常难回收的。如果SpaceX失败,这么多的卫星,就是地球的灾难。

试想一下,如果报废卫星就像这些报废的单车一样。。。

第二,就是频率问题。

在美国,SpaceX想用什么频率,可以和美国政府协调。对于自己国家的企业,政府还是比较好说话的。但是,如果提供全球覆盖,意味着要和全球所有国家进行频率申请。你申请就能给?不太可能。

如果使用没有经过授权的频率,就是违法。

第三,内容监管。

呵呵,这个我就不用多说了吧。

所以,综上所述,再奔放的理想,也绕不开现实。马斯克的“星链计划”虽然具备一定的可行性,但是被过度包装和神化,甚至曲解。

站在一个通信老司机的角度,冷静地看待这个问题,会发现,“星链计划”更深层次的目的,其实是在于抢占轨道资源和频率资源,还有就是服务于商业包装和股票市场。

总而言之,卫星通信主要的存在价值,还是对现有移动通信网络的补充,而非取代。在陆基通信系统无法有效进行覆盖的情况下,出现故障和问题的情况下,使用卫星通信进行补充覆盖,两者进行合作分工,才是真正的王道。

好了,今天就到这里,感谢大家的耐心观看!

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