5G迎來新挑戰(zhàn)，什么是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)?

在硅谷

也許沒有人比埃隆·馬斯克更具傳奇色彩

他是眼光獨(dú)到的夢想家

也是敢于冒險(xiǎn)的挑戰(zhàn)者

從 PayPal ，到特斯拉、Space X

馬斯克總會(huì)走在時(shí)代的前列

鐘情于充滿創(chuàng)造與挑戰(zhàn)的領(lǐng)域

最近，馬斯克又盯上了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，5 月 12 日，馬斯克在推特上公布了將在本周發(fā)射的 60 顆衛(wèi)星，這些是 Space X 計(jì)劃發(fā)射的數(shù)千上萬顆衛(wèi)星的第一批。未來幾年內(nèi)，馬斯克希望向太空發(fā)射 12000 顆衛(wèi)星，讓網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋全球每一個(gè)角落。

5G 網(wǎng)絡(luò)的缺陷

所謂衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，與我們平常用的光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)、4G 網(wǎng)絡(luò)沒什么本質(zhì)不同。區(qū)別在于網(wǎng)絡(luò)通信的中間環(huán)節(jié)由埋在地下的電纜、建在地面的基站換成了太空中的衛(wèi)星?；蛟S會(huì)有小伙伴心中疑惑，都說 5G 網(wǎng)絡(luò)是未來的趨勢，怎么又突然蹦出一個(gè)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。

事實(shí)上，5G 網(wǎng)絡(luò)確實(shí)是大趨勢，高速率和低延遲兩大核心優(yōu)勢有望帶來一場萬物互聯(lián)的革命。但是任何事物都有其兩面性，5G 也不例外。 5G 網(wǎng)絡(luò)采用“毫米波”頻段，毫米波在具備高速率、高帶寬的同時(shí)，也存在著損耗大和傳輸距離短的缺陷。

傳統(tǒng) 4G 基站覆蓋半徑約為 1-3 公里，而 5G 基站覆蓋半徑只有 500 米左右。因而，為了讓用戶隨時(shí)隨地都能接入 5G 網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營商們需要建設(shè)更多的基站。保守估計(jì)，今后 5G 基站的數(shù)量將是 4G 基站的 2-3 倍。

同時(shí)， 5G 基站的建設(shè)維護(hù)費(fèi)用也遠(yuǎn)在 4G 基站之上。由于頻率提升， 5G 基站單站點(diǎn)的功耗相比 4G 大幅增長。而隨著功耗大幅增加，存量 4G 基站的開關(guān)電源、蓄電池、空調(diào)等也需擴(kuò)容改造，改造成本不亞于新建一座 5G 基站。

數(shù)量翻一番的基站數(shù)量，加上昂貴的建設(shè)維護(hù)成本，直接導(dǎo)致 5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)總費(fèi)用難以預(yù)估。所以，別看現(xiàn)在鋪天蓋地的全是 5G 的消息，其實(shí)我們距離 5G 網(wǎng)絡(luò)依然很遙遠(yuǎn)。未來兩三年，國內(nèi)應(yīng)該會(huì)優(yōu)先實(shí)現(xiàn)北上廣深等一二線城市 5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋，那些三四線城市乃至廣袤的鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)短時(shí)間內(nèi)根本無法領(lǐng)略到 5G 網(wǎng)絡(luò)的便利。

衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)競賽打響

在當(dāng)今這個(gè)信息化時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)覆蓋一直困擾著包括我國在內(nèi)的各國政府。 5G 網(wǎng)絡(luò)速度再快，沒有信號(hào)只能望洋興嘆。 其實(shí)不僅僅是 5G ，4G 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋同樣不是很理想。即使強(qiáng)大如我們國家，4G 通信基站總量占據(jù)了全球的 64%，覆蓋率在全球遙遙領(lǐng)先，都無法保證每一寸國土都有 4G 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。其他國家就更不用說了，非洲、拉美國家通信基礎(chǔ)設(shè)施落后，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)一直是個(gè)大問題。發(fā)達(dá)國家也沒好到哪里去，在美國中部、加拿大北部人煙稀少的地區(qū)，4G 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋同樣很不理想。

既然 4G、5G 這些陸基基站無法解決網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題，那為何不在天上建基站呢?抱著這樣的心思，很多公司都開始用各種方式嘗試天上的基站。Facebook 推出過大型太陽能無人機(jī)，從天上發(fā)出網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。谷歌則選擇了高空氣球，試圖利用高空氣球在天上不間斷地提供網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。相比之下，馬斯克的“星鏈”衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃看起來要靠譜的多。

早在 2015 馬斯克就透露了“星鏈”計(jì)劃，第一階段在 2019 年-2024 年向 1100 公里左右近地軌道發(fā)射 4425 顆小型衛(wèi)星。第二階段則是向 340 公里的近地軌道發(fā)射 7518 個(gè)類似的衛(wèi)星，將網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋光線和通信基站難以到達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)。兩個(gè)階段合計(jì) 12000 顆衛(wèi)星，共同構(gòu)建一個(gè)大型衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，給全球提供高速互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

除了馬斯克，世界首富貝索斯、非盈利組織 Outernet、拿到了大量投資的 OneWeb 以及我們的中國航天科工集團(tuán)，都在積極籌備衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，一場悄無聲息的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)競賽已然打響。其中，貝索斯旗下的 Kuiper 項(xiàng)目計(jì)劃發(fā)射 3236 顆近地軌道衛(wèi)星，Outernet 提出要發(fā)射 700 顆左右的衛(wèi)星，OneWeb 也提出要發(fā)射上千顆衛(wèi)星。五年之后，宇航員在國際空間站對地球進(jìn)行觀測時(shí)，多半會(huì)留下“密恐慎入”的感嘆。

難以逾越的難關(guān)

為了解決全球范圍內(nèi)的上網(wǎng)問題，馬斯克與貝索斯等科技大佬已經(jīng)開始了“軍備競賽”。他們的計(jì)劃看上去都野心勃勃，不過介于理想與現(xiàn)實(shí)之間，還有腳踏實(shí)地的奮斗過程。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃看上去十分美好，實(shí)際做起來卻困難重重。

就拿“星鏈”計(jì)劃來說， SpaceX 的互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星使用的波段和手機(jī)頻段互不兼容，衛(wèi)星上下行頻率在 11-13GHz ，而目前 4G 網(wǎng)絡(luò)的最高頻率也只有 2635MH。頻段不同就無法溝通，手機(jī)想要接收衛(wèi)星信號(hào)，還得通過調(diào)制解調(diào)器作為“翻譯”。調(diào)制解調(diào)器和披薩一般大小，可以想象，這個(gè)世界沒幾個(gè)人忍得了如此費(fèi)勁的上網(wǎng)方式。

此外，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的概念從來沒被實(shí)現(xiàn)過，因而沒有成功的模式可供參考。倒是有些失敗的例子，例如上世紀(jì)摩托羅拉公司的銥星計(jì)劃。上世紀(jì) 80 年代手機(jī)通訊技術(shù)還不發(fā)達(dá)，很多地方都沒手機(jī)信號(hào)。摩托羅拉就突發(fā)奇想，企圖環(huán)繞地球建立一個(gè)太空通訊網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)全球信號(hào)覆蓋。可惜，摩托羅拉好不容易將銥星星座網(wǎng)絡(luò)建成，人們卻都不需要這項(xiàng)服務(wù)了。原來，那幾年地面通訊技術(shù)飛速發(fā)展，通話信號(hào)有了很大的改善，人們不用通過摩托羅拉昂貴的銥星網(wǎng)絡(luò)，也能享受良好的通話服務(wù)。

無法兼容的頻段問題，飛速發(fā)展的通訊技術(shù)，還有昂貴的衛(wèi)星發(fā)射成本，這些都是橫亙在馬斯克等人面前的鴻溝。介于“星鏈”計(jì)劃實(shí)施難度太大，甚至有不少人懷疑這只是馬斯克用來騙融資的手段。其實(shí)，馬斯克和貝索斯既不是傻子，也不是瘋子，他們大張旗鼓的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃實(shí)際上另有所圖。

搶占太空資源

從小我們就知道，太空廣袤無垠，小小的衛(wèi)星在太空中毫不起眼，外太空中可以容納無數(shù)個(gè)衛(wèi)星軌道。不過，衛(wèi)星軌道也有價(jià)值高低之分，為了保證頻率隔離、空間隔離，衛(wèi)星間需要保持一定的安全距離。因此，有價(jià)值的軌道，如地球靜止軌道，數(shù)量并不多，這些軌道上某些靜止點(diǎn)更是極為稀缺。

國際上有一個(gè)空間軌道分布協(xié)會(huì)協(xié)調(diào)空間軌道，理論上哪個(gè)國家或公司優(yōu)先申報(bào)，就可以獲得優(yōu)先使用權(quán)。馬斯克、貝索斯他們?nèi)绱瞬挥?jì)代價(jià)的開展衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，未嘗沒有通過大量通訊衛(wèi)星占據(jù)高價(jià)值衛(wèi)星軌位的心思。

更為關(guān)鍵的一點(diǎn)是，通訊衛(wèi)星在 5G 之后的 6G 時(shí)代意義非凡。我國工信部 IMT-2020(5G) 無線技術(shù)工作組組長粟欣曾經(jīng)透露：“目前來看，5G 在廣聯(lián)接也就是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用還不太理想，6G 可能會(huì)在這個(gè)場景上擴(kuò)展向更廣泛的層面、更高的空間，比如衛(wèi)星移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)地空全覆蓋的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)真正無所不在的任意設(shè)備之間的信息傳輸，真正的萬物互聯(lián)時(shí)代?！?/p>

另外，上個(gè)月美國聯(lián)邦通信委員會(huì)一致投票決定開放“太赫茲波”頻率段，該頻率段在 95GHz 到3THz 范圍內(nèi)，正是預(yù)測 6G 通信技術(shù)將進(jìn)入的頻段。目前業(yè)界觀點(diǎn)普遍認(rèn)為，未來 6G 將使通信向空間發(fā)展，衛(wèi)星通信將發(fā)揮重要甚至關(guān)鍵的作用。

如此看來，馬斯克、貝索斯的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，更像是提前為未來布局。通過隨處可達(dá)的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，為全球每個(gè)人跡罕至的角落提供網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。在造福用戶的同時(shí)，積累低軌寬帶天基互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)。等到 6G 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正式確立，就可以利用自身豐富的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)以及占據(jù)的高價(jià)值衛(wèi)星軌位搶占先機(jī)。