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陳藍(lán)| 移動(dòng)衛(wèi)星通信40年:羅馬是怎樣建成的?
星鏈實(shí)現(xiàn)的高帶寬低延遲令人驚嘆。目前用戶實(shí)測(cè)最高速度已達(dá)300Mbps,延遲20-40毫秒,已超過地面寬帶水平。隨著衛(wèi)星數(shù)量的增加和二代星的加入,這些指標(biāo)還可能進(jìn)一步提高。這使得它對(duì)市場(chǎng)上原有產(chǎn)品具備了碾壓式優(yōu)勢(shì),因此市場(chǎng)迅速爆發(fā)也不奇怪了。本月初有報(bào)道稱,星鏈已經(jīng)實(shí)現(xiàn)收支平衡。這是衛(wèi)星通信歷史上前所未有的,令無數(shù)預(yù)測(cè)家大跌眼鏡。他們腦子里的銥星和全球星老經(jīng)驗(yàn)不靈驗(yàn)了。
星鏈終端
星鏈之所以能達(dá)到如此性能,和SpaceX在相控陣天線、星間鏈路等技術(shù)上的創(chuàng)新有關(guān),但更多受益于更高的頻率(Ku頻段。其他衛(wèi)星用L和S頻段)、更低的軌道高度和巨量的衛(wèi)星數(shù)量。不過,4.2萬顆星(目前發(fā)射數(shù)量已超3000顆),替換率很高,成本巨大。這是對(duì)SpaceX持續(xù)盈利能力的嚴(yán)峻考驗(yàn)。星鏈最后能否真正取得成功,我們還要看幾年。
星鏈在國外也有一些競(jìng)爭者。但少了馬斯克的光環(huán),它們似乎都不太順利。谷歌的氣球互聯(lián)網(wǎng)和Facebook的高軌互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星都以失敗告終。OneWeb星座好不容易開始組網(wǎng),卻遇到俄烏戰(zhàn)爭,箭已在弦上,衛(wèi)星卻被扣留,最終導(dǎo)致公司易主,元?dú)獯髠?。亞馬遜的柯伊伯星座姍姍來遲。落后這么多年,它們超越星鏈的可能性已很渺茫。
我國起步并不晚。先講一個(gè)插曲,大唐通信所屬北京信威通信技術(shù)公司曾開發(fā)SCDMA(大靈通)、TD-SCDMA、McWill等通信技術(shù),但后來經(jīng)營不善,連年虧損。2010年,商人王靖(您可能聽說過)入主信威,他的宏偉計(jì)劃是結(jié)合McWill技術(shù)建設(shè)低軌通信星座。2014年9月,和清華合作研制、號(hào)稱國內(nèi)首顆低軌移動(dòng)通信衛(wèi)星的“靈巧通信試驗(yàn)衛(wèi)星”發(fā)射成功。據(jù)稱,后續(xù)試驗(yàn)也取得了不錯(cuò)的結(jié)果。但和王靖的其他宏偉計(jì)劃一樣,信威低軌星座也從此沒了下文,個(gè)中緣由,我們應(yīng)該也能猜個(gè)大概。
十來年前,國內(nèi)類似信威的商業(yè)衛(wèi)星項(xiàng)目有不少,但絕大多數(shù)未成正果。唯一比較靠譜的是銀河航天,至今一共進(jìn)行了三次發(fā)射,7顆衛(wèi)星構(gòu)成的“小蜘蛛網(wǎng)”低軌通信試驗(yàn)系統(tǒng)傳輸速率超200Mbps,延遲小于30毫秒。但受衛(wèi)星數(shù)量限制,通信時(shí)長不超過30分鐘。銀河航天有過巨型星座的計(jì)劃,但目前頗為低調(diào)。窄帶的天啟星座在取得初步成功后,也規(guī)劃了寬帶星座計(jì)劃,但目前也僅僅是計(jì)劃。
國家隊(duì)方面,航天科技和航天科工早在上個(gè)十年就宣布了低軌寬帶“鴻雁”和“虹云”星座。2018底,兩大工程的首發(fā)驗(yàn)證星相繼發(fā)射成功,間隔只有7天,但此后卻陷入沉寂,兩個(gè)項(xiàng)目的組網(wǎng)發(fā)射均未發(fā)生。
聯(lián)系到后面的一系列新聞,顯然它們是被更宏大的國家計(jì)劃所替代了,這個(gè)計(jì)劃就是星網(wǎng)。2022年9月,中國在國際電聯(lián)為名為GW的巨型星座注冊(cè)了無線電頻率,星座規(guī)模12992顆。2021年4月,中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司(簡稱星網(wǎng)公司)在雄安掛牌成立。2022年7月6日,用于大規(guī)模商業(yè)發(fā)射的海南商業(yè)發(fā)射場(chǎng)開工。2023年7月9日,由航天科技五院研制的“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星”在酒泉升空。明年,大規(guī)模組網(wǎng)發(fā)射將拉開序幕。中國恐怕是星鏈唯一真正的挑戰(zhàn)者。這將是中美在太空的又一場(chǎng)精彩的競(jìng)賽。
在星鏈帶動(dòng)下,低軌寬帶星座發(fā)展迅速,寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)已成現(xiàn)實(shí),進(jìn)入手機(jī)也毫無懸念。但誰會(huì)成為第一家?讓我們拭目以待吧!
天地融合:6G一統(tǒng)天下
展望未來,現(xiàn)在談?wù)撟疃嗟氖翘斓匾惑w化融合網(wǎng)、地面存量手機(jī)直連衛(wèi)星等。所謂存量手機(jī)指的是市場(chǎng)上已經(jīng)發(fā)售、原先并無衛(wèi)星通信功能的普通手機(jī)。所以,今年9月8日的事件就變得意義特別重大了。那天,美國AST SpaceMobile公司在歷史上第一次用存量手機(jī)(三星 Galaxy S22)直連“藍(lán)行者(BlueWalker)三號(hào)”衛(wèi)星,撥打電話獲得成功。
“藍(lán)行者三號(hào)”衛(wèi)星發(fā)射前(圖源:AST SpaceMobile)
這意味著,天上眾多的衛(wèi)星將成為太空基站,可以覆蓋到任何一臺(tái)手機(jī)。這個(gè)技術(shù)一旦成功,地球上80多億臺(tái)手機(jī)將在一夜之間具備衛(wèi)星通信的能力!
實(shí)現(xiàn)這件事需要兩個(gè)條件。首先,衛(wèi)星需要具備更強(qiáng)的發(fā)射功率和接收靈敏度,使得衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)地面時(shí)和地面基站信號(hào)強(qiáng)度相仿,也使衛(wèi)星能接收以地面強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送的極為微弱的手機(jī)信號(hào)。藍(lán)行者衛(wèi)星那塊64平米面積巨大的相控陣天線就是為了這個(gè)目的而設(shè)計(jì)的。
第二,需要一套地面和空間融合的通信標(biāo)準(zhǔn)。這就是3GPP國際組織所正在積極推動(dòng)的NTN(非地面網(wǎng)絡(luò))標(biāo)準(zhǔn)。去年6月,NTN R17版本已經(jīng)凍結(jié),確定了5G NR(寬帶)和NB-IoT(窄帶)框架。未來R18和R19版本將進(jìn)一步完善,但基礎(chǔ)已經(jīng)具備,為AST SpaceMobile和其他公司的在軌驗(yàn)證、芯片和設(shè)備的開發(fā)等鋪平了道路。
巨大的“藍(lán)行者三號(hào)”目前已經(jīng)成為夜空中最亮的衛(wèi)星之一。AST SpaceMobile計(jì)劃未來發(fā)射100多顆這樣的衛(wèi)星。SpaceX網(wǎng)站已經(jīng)宣布明年星鏈將支持短信直連衛(wèi)星,2025年支持語音和數(shù)據(jù)直連。我們會(huì)再次落后嗎?
我想應(yīng)該不會(huì)。中國三大運(yùn)營商都在做NTN的地面試驗(yàn),并已獲得成功。華為、中興等通信設(shè)備廠商也在緊鑼密鼓地開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。中國的星鏈-星網(wǎng)還未開始組網(wǎng)發(fā)射,理應(yīng)在設(shè)計(jì)上有更多超前的考慮。即使明年第一批衛(wèi)星暫時(shí)不具備存量手機(jī)直連功能,也不會(huì)讓我們等待太久。我們攻克了芯片難關(guān),建成了空間站,即將登月,手機(jī)直連還能難倒我們嗎?
NTN將是5G-A(5.5G)和6G通信標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分。6G手機(jī)將不會(huì)宣稱具有衛(wèi)星通信功能,因?yàn)槿魏问謾C(jī),只要能連地面基站,就能直連衛(wèi)星?,F(xiàn)在人們爭論的很多問題,比如衛(wèi)星通信到底有什么用,僅僅為了應(yīng)急而購買有衛(wèi)星通信功能的手機(jī)是否值得等等,都將變得毫無意義。
羅馬不是一天建成的,但輕舟已過萬重山。
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