據(jù)外媒報(bào)道，馬斯克公開放話，6個(gè)月內(nèi)公測衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。有媒體稱馬斯克要顛覆5G。鐵流認(rèn)為，這是馬斯克的又一輪炒作。
此前，埃隆·馬斯克就使用星鏈(Starlink)衛(wèi)星，發(fā)出了他的第一條推文。馬斯克在社交網(wǎng)站上發(fā)文稱，“通過Starlink衛(wèi)星發(fā)送了這條推文。”隨后，他又發(fā)布了一條稱，“哇，它成功了。”
如果說川普和烏克蘭政客是“推特治國”，馬斯克則毫無疑問是推特“推特圈錢”，此前，美國證監(jiān)會(huì)甚至放話：(馬斯克)再亂發(fā)推特就起訴你(非原話，但大致是這個(gè)意思)。
誠然，衛(wèi)星通信很有潛力，但只會(huì)是現(xiàn)有通信體現(xiàn)的補(bǔ)充，而非革命。馬斯克鼓吹的采用42000顆衛(wèi)星組成星鏈星座，從而真正實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的自組網(wǎng)絡(luò)，徹底擺脫光纖和基站的區(qū)域限制，只是給投資人畫的大餅。不過，大家要警惕由于SpaceX大量發(fā)射衛(wèi)星帶來的太空垃圾問題，以及美國借此搶占軌道和通信頻率的問題。
星鏈星座使人類通信徹底擺脫光纖和地面基站是大忽悠
其實(shí)，用無人機(jī)和衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)普適性的通信這個(gè)早已不是什么新鮮事，美國谷歌公司，就鼓吹并曾經(jīng)嘗試過，結(jié)果事實(shí)證明，就是一個(gè)炒股價(jià)，玩噱頭的東西，根本缺乏可行性。馬斯克宣布發(fā)射12000顆衛(wèi)星覆蓋全球的自組網(wǎng)絡(luò)，徹底擺脫光纖和基站的區(qū)域限制是不靠譜的。
這種結(jié)果的根源在于技術(shù)限制使衛(wèi)星通信難以普及。
一直以來，傳統(tǒng)的衛(wèi)星通訊基于C頻段和Ku頻段，而且受到發(fā)射功率，天線尺寸等因素的影響，能夠滿足普通老百姓日常使用的普適性衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)上難度很大，截至目前，衛(wèi)星通信的用戶基本鎖定于軍隊(duì)、政府、金融機(jī)構(gòu)，以及一些實(shí)力雄厚的跨國公司。
根據(jù)香農(nóng)定理，信息傳輸能力與帶寬和發(fā)射功率成正比，與背景噪音功率成反比。這里先解釋一下帶寬，一般信道都有一個(gè)最高的信號(hào)頻率和最低的信號(hào)頻率，只有在這兩個(gè)頻率之間的信號(hào)才能通過這個(gè)信道，這兩個(gè)頻率的差值就叫做這個(gè)信道的帶寬。用來打個(gè)比喻的話，帶寬好比是公路的寬度。5G在頻譜利用率和4G差不多的情況下，把網(wǎng)速提升上去，最為關(guān)鍵的一點(diǎn)就是5G采用大帶寬，國內(nèi)運(yùn)營商在中頻獲得了100M以上的帶寬，而一些國外運(yùn)營商則在高頻上獲得了幾百兆的帶寬，相比之下，4G帶寬僅為幾十兆。
如果要把信息傳輸能力提升上去，比較現(xiàn)實(shí)的做法是提升“信息公路”的寬度，或者提升信號(hào)的發(fā)射功率。以發(fā)射功率來說，4G是40W，華為5G的發(fā)射功率則高達(dá)240W，諾基亞上液冷，發(fā)射功率高達(dá)320W.
就帶寬來說，5G暴力提升的做法之一就是把帶寬從4G時(shí)代的幾十兆，提升到5G時(shí)代的上百兆乃至1個(gè)G，像幾大廠商測試中宣稱的高速率，都用了800M以上的帶寬才能完成這種極速測試，在實(shí)踐中，是不可能在低頻拿出800M帶寬給運(yùn)營商揮霍的。
不過，C頻段和Ku頻段相對有限，而且非常寶貴，“信息公路”的寬度天然受到限制。而受技術(shù)水平限制，信號(hào)的發(fā)射功率的提升也不是無節(jié)制的。而且Ku波段的網(wǎng)絡(luò)需要蝶形天線發(fā)射和接收的，在房間里是接受不到的。陰天、大雨連接也會(huì)受到影響因此，無線傳輸能力也會(huì)有一個(gè)上限，而且在室內(nèi)、陰雨天的用戶體驗(yàn)會(huì)非常糟糕。當(dāng)有限的資源面臨龐大的用戶，自然會(huì)導(dǎo)致用戶多了上網(wǎng)就卡，甚至?xí)霈F(xiàn)無法接入的情況。誠然，衛(wèi)星通信可以學(xué)5G搞高頻擴(kuò)容，馬斯克就計(jì)劃使用Ka波段(26.5 to 40 GHz)和V 波段(50 to 75 GHz)，但高頻擴(kuò)容是有代價(jià)的，而且頻率越高，覆蓋就越差。因此，雖然5G、衛(wèi)星通信等被媒體炒得火熱，但光纖才是數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇髣?dòng)脈。
衛(wèi)星通信還要解決功率和天線的問題。在發(fā)射功率不變前提下，距離近可以降低信號(hào)衰減，當(dāng)信息傳輸距離擴(kuò)大到海平面和近軌人造衛(wèi)星的距離，要想實(shí)現(xiàn)信息的可靠傳輸，就必須提升下行功率(衛(wèi)星信號(hào)到手機(jī))和上行功率(手機(jī)信號(hào)到衛(wèi)星)，而要滿足這一標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)使電子元器件的體積大幅增加，這必然導(dǎo)致射頻天線的尺寸根本塞不進(jìn)當(dāng)前以輕薄為主打要求的手機(jī)中。
事實(shí)上，衛(wèi)星通信終端，尺寸都比較大，一般都安裝在建筑物上面或者大型的車輛上。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星通信終端的體積縮小了不少，能夠放到小汽車上，但還是塞不進(jìn)手機(jī)里，不適合普通人隨身攜帶。
正是因此，衛(wèi)星通信只能服務(wù)少數(shù)人，用戶數(shù)量少又帶來價(jià)格過高的問題。
比如美國當(dāng)年的銥星計(jì)劃，銥星移動(dòng)通信系統(tǒng)最多只能滿足50萬用戶的語音通信，而且由于用戶體驗(yàn)非常一般，實(shí)際用戶遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)數(shù)字，受巨大的研發(fā)費(fèi)用、系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用拖累，銥星背上了沉重的債務(wù)負(fù)擔(dān)，最終不得不申請破產(chǎn)，由美國軍方當(dāng)了接盤俠。
由此可見，衛(wèi)星通信只僅僅是作為補(bǔ)充的形式而存在，更多的服務(wù)于軍隊(duì)、政府、金融機(jī)構(gòu)，以及一些實(shí)力雄厚的跨國公司，無法向老百姓提供普適性服務(wù)。
其實(shí)，中國也有衛(wèi)星通信的計(jì)劃，一個(gè)是鴻雁星座計(jì)劃，另一個(gè)是虹云工程。
鴻雁星座計(jì)劃，2016年立項(xiàng)，計(jì)劃2020年建成，計(jì)劃發(fā)射60顆低軌道衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)全球組網(wǎng)。
虹云工程，計(jì)劃發(fā)射156顆衛(wèi)星，它們在距離地面1000公里的軌道上組網(wǎng)運(yùn)行。
鴻雁和虹云都是現(xiàn)有通信體系的補(bǔ)充，為飛機(jī)、輪船、客貨車輛、野外場區(qū)、作業(yè)團(tuán)隊(duì)以及一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的村莊、島嶼提供服務(wù)。無法承載提供普適性服務(wù)的能力。
警惕美國借此先占軌道和頻率
一般把距離地面1500公里之內(nèi)的軌道稱為低軌。一般而言，距離地面300公里之內(nèi)的軌道大氣阻力稍大，軌道衰減較快，不是部署通信衛(wèi)星的經(jīng)濟(jì)軌道。衛(wèi)星的軌道，根據(jù)不同的地面覆蓋目的，有不同的軌道傾角——與赤道的夾角，實(shí)現(xiàn)一定的軌道重訪設(shè)計(jì)，所以軌道高度也是有講究的，所以300公里至1500公里區(qū)間覆蓋較好經(jīng)濟(jì)性較好的軌道層次是有限的。
ITU的規(guī)則是發(fā)達(dá)國家制定的，基本上是披著文明外衣的叢林法則，核心是先占先得，軌道和通信頻率劃分一樣，都是先占先得。到目前為止，我國代表沒有能力影響頻率協(xié)調(diào)規(guī)則的制定。在衛(wèi)星頻軌領(lǐng)域，我們被別人告輸過，我們被別人譴責(zé)過。反而，我們的衛(wèi)星被干擾，我們定位了，那個(gè)北美國家就是不認(rèn)。
根據(jù)媒體報(bào)道，今年，SpaceX還會(huì)部署2至6批衛(wèi)星，每批60顆。預(yù)計(jì)到2024年，他們會(huì)將4425顆衛(wèi)星部署在地球上方1150公里至1325公里處，通過Ku與Ka波段之間傳輸數(shù)據(jù)，另有7518顆衛(wèi)星部署在地球上方335公里至346公里處，以V波段傳輸。
這種做將會(huì)占據(jù)大量軌道和通信頻率資源，而且會(huì)制造海量太空垃圾。衛(wèi)星靠慣性飛行，拐彎的動(dòng)力代價(jià)十分高昂，可以和發(fā)射成本比比，所以低軌商業(yè)通信衛(wèi)星一旦入軌，一般就不再變軌，不能主動(dòng)規(guī)避碰撞了。
馬斯克發(fā)射42000顆衛(wèi)星的做法，將會(huì)大幅增加軌道“擁擠程度”，增加發(fā)生“交通事故”的概率，事實(shí)上，此前已經(jīng)有一顆386公斤重的星鏈衛(wèi)星，一度迫近歐洲空間局的衛(wèi)星軌道，迫使歐空局作出一個(gè)回避操作，而SpaceX將此事件歸咎于系統(tǒng)錯(cuò)誤。必須強(qiáng)調(diào)的是，空間碎片有個(gè)臨界點(diǎn)，一旦超過就像雪崩一樣失穩(wěn)，兩顆衛(wèi)星，一旦撞擊就會(huì)產(chǎn)生幾萬個(gè)碎片，呈幾何級(jí)數(shù)增長，馬斯克這么做，就是在人為制造海量太空垃圾。
馬斯克的做法其實(shí)是給投資人看的，繼續(xù)畫餅圈錢，星鏈星座使人類通信徹底擺脫光纖和地面基站是大忽悠。相對于這些衛(wèi)星，馬斯克通過星鏈星座占據(jù)的頻率和軌道才是真正的無價(jià)之寶，沒準(zhǔn)這次馬斯克也許想當(dāng)一回“太空版李嘉誠”，先把軌道和頻率搶下來，就像李嘉誠囤地一樣，馬斯克把這些軌道和頻率“囤”些年，待價(jià)而沽。
結(jié)語
正如大家調(diào)侃“有線是無限的，無線是有限”的，真正承載信息的大動(dòng)脈是光纖，至于無線側(cè)到底是WIFI，還是4G/5G大家可以根據(jù)實(shí)際情況自由選擇，但光纖的地位是無法取代的。
因此，設(shè)計(jì)的原則是用有線盡量去靠近用戶，在最近用戶的地方使用無線。而衛(wèi)星通信卻是背道而馳。鼓吹美國衛(wèi)星通信使人類通信徹底擺脫光纖和地面基站的說辭，就是瞎扯淡。衛(wèi)星通信確實(shí)有前途，但并非對現(xiàn)有通信體系的革命，而是對現(xiàn)有通信體系的補(bǔ)充。
目前，中國和美國正在競爭的是低軌碎片清除技術(shù)，也是軍民兩用，誰能夠高效率地清除低軌的碎片，也意味著能夠占有和控制低軌的空間。現(xiàn)有空間資源分配規(guī)則是美國主張的先占先得原則。中國如果具備控制空間的技術(shù)，就可以主張按人口分配空間資源。衛(wèi)星空間軌道，通信頻譜，這些都是無價(jià)之寶，中國已經(jīng)落后。今年，中國可能被迫采用錯(cuò)位方案(錯(cuò)開軌道和頻率)。
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