快捷搜索:

低轨卫星与5G是互补关系,与6G是有机融合实现全

4月20日,国资委和发改委召开经济运行例行宣布会,明确新基建的范围,卫星互联网成功“晋级”新基建计谋。

今朝,陆地移动通信办事的人口覆盖率约为80%,但受制于经济资源、技巧等身分,仅覆盖了约20%的陆地面积,小于6%的地外面积。卫星互联网可以办理海洋、森林、沙漠等偏远地区船舶、飞机、科考的宽带通信问题,成为地面移动通信的有益弥补。

根据轨道高度,卫星可以分为高度500至2000 km的低地球轨道(LEO)卫星,高度2000至36000 km的中地球轨道(MEO)卫星和高度约36000公里的对地静止轨道(GEO)卫星。与中高轨道卫星比拟,低轨卫星传输延迟更短、路径损耗更小,因而受到广泛关注。

近日“钢铁侠”埃隆·马斯克给出SpaceX公司“星链计划”(Starlink)详细光阴表:3个月内私人内测,6个月内公测,随后发射了多颗卫星。不少人觉得,星链等低轨道卫星星座便是6G,以致会颠覆5G;也有人觉得,“星链计划”是摩托罗拉“铱星计划”的2.0版本,难逃掉败的命运。一光阴众说纷纭,在通信行业内外都引起不小的争议,为此C114通信网分外约请到中国信息通信科技集团副总经理、专家委主任,无线移动通信国家重点实验室主任、IEEE Fellow陈山枝博士进行专访,就卫星通信、分外是低轨卫星通信进行深度解读。

陈山枝觉得,低轨星座不是6G,更不会颠覆5G。从需求、利用、技巧等多个维度判断,低轨卫星与5G是互补关系;而在6G期间,移动通信走向寰宇一体,低轨星座将与地面移动通信系统有机交融,实现任何人、任何物在任何地点和任何光阴在举世无缝覆盖和接入。

事过境迁 低轨卫星凤凰涅槃

陈山枝绝不讳言,马斯克是个商业奇才,在5G旭日东升、6G激发广泛关注确当下明确“星链计划”光阴表,赚足了眼球。

摩托罗拉在上世纪90年代实现的铱星是第一个低轨道卫星星座。他觉得,“铱星计划”本身也是极具想象力的划期间构想,但生不逢时。 “星链计划”切实其其实某种程度可以看作是“铱星计划”的重启,但两者的命运将截然不合。

“铱星计划”1987年提出,1992年启动,1998年11月1日投入应用。66颗卫星散播在6个极轨平面上,在780公里高的轨道上,每颗星100分钟阁下绕地球一圈,可以供给举世任何地点(包括南北两极)的电话通信营业。然而,此时2G移动通信系统(GSM和CDMA)已经在光传输助攻陷,用户数快速增长,攻克了很大年夜市场。而铱星只得到了5万多用户,与达到盈亏平衡的60多万用户相距甚远;并且只能在室外打电话,室内没有旌旗灯号;数据营业能力也很弱,没有斟酌到当时正在兴起的互联网需求。诸多身分导致其成为历史的教训,在1999年8月份宣告破产。“铱星计划”与地面移动通信系统有点像“既生喻,何生亮”的故事。

陈山枝觉得相较于“铱星计划”,“星链计划”可以说遇上了好时刻,期间的变迁带来需求的变更和技巧的进步。从需求的角度启程,移动通信的办事范围从传统的人际通话已走向宽带互联网和万物互联的行业利用,成为数字经济的新引擎。

比拟“铱星计划”,20多年以前,技巧进步十分显着,详细体现在卫星技巧、集成电路技巧和通信技巧三个方面。就卫星技巧进步而言,“星链计划”的核心是使用猎鹰9号可收受接收火箭,且一箭60星,可以低资源将12000颗卫星送到轨道平面,办事海洋、森林和荒芜及偏远区域;集成电路技巧的进步,增强了卫星的星上处置惩罚能力,可以低落时延和实现星间组网,同时集成电路技巧进步可以削减终真个资源和体积;就通信技巧而言,基于毫米波、太赫兹、可见光通信的星际链路等徐徐成熟,可以实现卫星间大年夜带宽直接组网。是以,上述需求的变更和技巧的进步,使得低轨卫星通信成为近年来财产界的热点,以是,SpaceX与OneWeb才能够火起来。

低轨卫星与5G互补,将覆盖5G因技巧或经济身分无法扶植运行的偏远地区、空中、海洋、沙漠、山区、森林等

“技巧成长从来不是一挥而就的,‘星链计划’虽然取得了长足进步,但并非完美完好,其与5G的关系只能是互补而非替代。”陈山枝说。以5G的三大年夜营业利用处景为例:eMBB增强型移动宽带方面,“星链计划”首先办事的是地广人稀地区的住户,空中的飞机,海洋与大年夜湖中的轮船,田野科考者和驴友,而对付我们城市通俗用户而言,因为手机终端体积及资费、室内通信等身分,且5G的大年夜带宽仍具有绝对上风;mMTC万物互联方面,针对沙漠与森林等田野功课与情况监测特殊利用处景,卫星具备必然的覆盖和资源对照上风;而在uRLLC低时延高靠得住方面,卫星通信却处于绝对的劣势,5G的空口时延是1ms,而卫星的空口时延为数十毫秒,车联网、实时工业互联网等利用处景是其无法满意的。

陈山枝指出,卫星和地面移动通信都是资本受限系统,频率资本都像城市的商业地皮一样稀缺。据先容,“星链计划”应用的是Ku、Ka以及V波段卫星旌旗灯号,必要专门的接管终端,“卫星终真个天线尺寸和一个Pad差不多大年夜”,内置电机驱动的卫星追踪装配。资费估计是50-60美元每月,2025年将办事跨越4000万用户。比拟之下,今朝举世有80多亿手机用户,4G宽带用户跨越50亿,估计2020年5G用户将达到17.7亿。。由此可见,其办事的目标并非主流5G市场,分外是与我们在城市的通俗破费者无缘,除非你是“驴友”。

别的,卫星轨道也是受限资本。“星链计划”的上万颗低轨道卫星计划散播在340-1300公里之间,但轨道位置是有限的,弗成以无限定随意支配卫星,和频率资本一样,轨道资本也必要国际电联的赞许和和谐。

陈山枝进一步指出,所有通信系统容量上限都受制于喷鼻农公式:C=Wlog2(1+S/N),与采纳的频率带宽及通信信道的信噪比有关。因为卫星与地面终真个通信间隔、所受的噪声和滋扰都大年夜于地面蜂窝移动通信系统,结果是卫星通信的频谱效率远低于同期的蜂窝移动通信系统,这是科学,不是马斯克的商业奇才能够颠覆。如今朝低轨卫星包括SpaceX和OneWeb,匀称频谱效率约在2.5bit/s/Hz,只达到3G水平;而今朝5G是匀称频谱效率10 bit/s/Hz 以上,约4倍以上。即若采纳相同波段的相同带宽,如以200MHz带宽为例,则低轨卫星的传输速度约500Mbps,而5G的传输速度则会达到2Gbps。

日前,有自媒体语出惊人,称“卫星互联网将颠覆5G,取代6G。”对付这种标准的标题党陈山枝表示“很无语”。假设举世通信应用高轨卫星,只必要三颗3.6万公里的高轨卫星,就可以实现举世覆盖,然则时延长达500ms-800ms,今朝单星容量在20Gbps阁下,系统容量远远不敷供举众人夷易近的互联网接入应用。为低落时延和损耗,低轨卫星星座成为更优选择,然而跟着用户数量的增添和接入速度的提升,系统容量也一样成为最大年夜的瓶颈。

在频率资本稀缺的环境下,若要提升系统容量意味着增添卫星数量,这与地面蜂窝通信系统是一样,经由过程小区决裂增添基站数量来提升系统容量,便是频率复用道理。今朝,以OneWeb公开数据为例,原计划低轨星座数量是720个,系统总容量5.4Tbit/s,单用户峰值能达到400Mbit/s。若按每用户匀称速度是100M bit/s,则OneWeb系统能容纳可同时通信的用户数量才是5.4万。统计数据显示,截至2020年3月尾,举世4G宽带用户数量已达50亿,4G基站总数约830万,中国是551万。未来,5G为实现4G的10到100倍用户接入速度,基站数量将是4G的2到3倍。今朝,5G技巧指标是每平方公里能支持到10 Tbit/s,留意OneWeb 720个低轨星座时的举世系统总容量才5.4Tbit/s。假如低轨卫星像某些自媒体所说的“星链为举世网夷易近供给高速宽带办事”,设想一下若要颠覆5G,就得实现与5G大年夜体相称的通信容量,这样是否同样必要几百万颗低轨卫星才行?由于地面移动通信的基站大年夜多扶植在人口密集的城市,但仅覆盖约20%的陆地面积。假如这部分区域整个采纳卫星通信密集覆盖实现人们的宽带互联网接入,其最遣散果便是城市上空近地轨道密布低轨卫星星座,由此将造成大年夜量太空垃圾,滋扰光学不雅测、隐隐宇宙视野等环保问题。

“抱负很丰满,现实很骨感”。今年3月30日,成功发射 34 颗卫星还不到一周,成立于2012年,计划经由过程数百颗低轨道卫星为天下各地的人供给他们包袱得起的高速互联网接入的OneWeb,申请破产,面临收购命运,成为新冠疫情击倒的最大年夜独角兽。这是SpaceX的最大年夜竞争对手,也是软银投资的首批申请破产企业之一。

马斯克的原话是“星链将为那些接入弗成靠、价格昂贵或完全无法应用的地区,供给高速宽带互联网营业”。是以,客不雅讲,在大年夜部分卫星通信业内,并没有与地面移动通信去直面竞争用户,去比系统的通信容量。比拟4G和5G,卫星便携终端体积大年夜,卫星旌旗灯号无法覆盖室内,大年夜楼也有遮挡,对气象变更十分敏感。每颗卫星还面临着数十倍以致百倍于地面基站的扶植和运行掩护资源,是以,必要找到正确的商业定位与运营模式,以避免重蹈“铱星计划”和OneWeb的覆辙。

从通信能力看,一颗卫星与一个地面基站的通信能力大年夜体相称,未来举世5G基站数将跨越1000万,而低轨卫星的数量在万级,两者相差千倍。这就注定了卫星的通信容量、用户规模、财产规模等方面只能是5G的弥补。

当然,现今期间与“铱星计划”时也大年夜不相同,低轨卫星通信面向特定的区域、特定用户群和特定的利用,市场前景仍是广阔的,如夷易近航飞机支配低轨卫星CPE终端,支持机上游客WiFi实现高速互联网接入,偏远地区的居夷易近也一样,还有海上与沙漠中的油气开采区域及海岛的4G/5G基站回传中继等等。总之,卫星互联网独一弗成替代的上风在于举世无缝覆盖,在资源可吸收的环境下,卫星通信有其的独特利用代价,但毫不是替代5G。是以,SpaceX等低轨卫星通信将与5G形成互补关系。

陈山枝同时指出:从3G到4G移动通信因为技巧和经济身分,已经造成了人类数字鸿沟问题,如偏远地区居夷易近没有移动通信办事和互联网接入,这在国外很显着,包括欧美。我国在此方面办理得比拟较较好,三大年夜电信运营商和广电在“村子村子通”工程上做出伟大年夜献,此中也有卫星技巧的供献。5G可能会进一步扩大年夜数字鸿沟的趋势。而卫星互联网是办理该问题且具有相对低资源上风的好对象。

6G:地面蜂窝通信与卫星通信交融,实现举世立体泛在覆盖

卫星通信离城市通俗用户照样有一段很长的间隔。短期来看地面基站,包括4G和5G,仍旧是主流,将承担绝大年夜部分宽带互联网流量。瞻望下一代移动通信,6G将真正向空、天、海、地的覆盖扩展,也将向高频段扩展,争取更多频谱实现更高用户接入速度。

“6G技巧将交融陆地无线移动通信、高中低轨卫星移动通信以及短间隔直接通信等技巧,交融通信与谋略、导航、感知、智能等技巧,经由过程智能化移动性治理节制,实现举世泛在覆盖的高速宽带通信。经由过程空寰宇一体化的成长,6G将实现在收集、终端、频率、技巧方面的高度交融,为通信市场和利用供给更广阔的空间。”陈山枝说。

责任编辑:gt

您可能还会对下面的文章感兴趣: