关于卫星通信,这篇文章值得你一看

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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。



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