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对于FCC关于延迟的质疑,SpaceX的卫星互联网

时间:2020-06-30 21:34来源:互联网 作者:小优

对于FCC关于延迟的质疑,SpaceX的卫星互联网(图1)

疫情尚未结束,马斯克和SpaceX已经开始紧锣密鼓“复工”

6月13日,SpaceX的Starlink“星链计划”进行了第九次卫星发射。此次发射完成后,Starlink项目入轨卫星总数将达到538颗。这距离SpaceX的前一次发射,相隔还不到十天。

如此“争分夺秒”只因马斯克在今年4月曾夸下海口,称Starlink卫星互联网将在今年7月开始进行私人内测。而根据Starlink网站的说法,由SpaceX经营的ISP计划将于2020年在美国北部和加拿大部署服务,到2021年迅速扩展到人口稠密的全球其他地区。

但就在这个关头,美国联邦通信委员会(简称FCC)却对马斯克的宏伟愿景提出了质疑:SpaceX的卫星互联网,究竟能否提供小于100ms的等待时间,满足FCC对宽带的低延迟要求?

卫星互联网:卫星通信的“升级版”

卫星互联网是基于卫星通信的互联网,通过一定数量的卫星形成规模组网,从而辐射全球,构建具备实时信息处理的大卫星,是一种能够完成向地面和空中终端提供宽带互联网接入等通信服务的新型网络,具有广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点。

尽管概念听起来新鲜,但卫星互联网实际上可以说是现有卫星通信技术的“升级版”

卫星通信技术可以追溯到1958年12月,美国宇航局发射了“斯柯尔”SCORE广播试验卫星,进行磁带录音信号的传输。

由于火箭推力有限,当时的通信卫星是在近地轨道上运行的,为了接收来自卫星的信号,地球站的天线要不停地跟踪卫星,而当卫星转到地球的另一侧时,地球站只能暂停工作。

1960年,第一颗通信卫星“回声1号”发射升空,科学家进行了第一次通过卫星直播的语音通讯、第一次图像信息的传递、第一个横跨大陆的卫星电话等。

1963年7月,美国宇航局发射“辛康二号”SYNCOM-II卫星,轨道高度提升至同步轨道,能够与地球保持相对静止。经此二十年,卫星通信的实用价值得到了广泛的承认。

此后,随着技术的成熟,卫星发射成本的降低,让卫星通讯技术“走进寻常百姓家”成为了可能。

20世纪80年代末,美国摩托罗拉公司提出了第一代真正依靠卫星通信提供联络的全球个人通信方式,铱星计划。该计划旨在突破现有基于地面的蜂窝无线通信的局限,通过太空向任何地区、任何人提供语音、数据、传真及寻呼信息。

铱星的最大特点是,通过卫星之间的接力来实现全球通信,相当于把地面蜂窝移动电话搬到了天上。

“铱星”于1998年11月正式投入的时候,被誉为科技的创举,但因投资、维护费用过高,又无法及时收回成本,铱星公司不得不申请破产保护。

但铱星的失败并未阻挡卫星通信发展的脚步。

近10年来,国际上推出的主要用于民用通信用的中低轨道通信卫星还有美国劳拉公司和高通公司倡导的全球星(Global Star)国际海事卫星组织的P-21等。

卫星通信:让基站“上天”

众所周知,如今的移动通信依赖于基站和天线,或依赖基于固定宽带接入的Wi-Fi。但传统陆地基站由于地形、成本等原因,无法覆盖每一寸土地,建设和维护也十分困难。

卫星通信,就是让基站“上天”类似的项目还有谷歌的互联网热气球Loon和Facbook的无人机互联网“天鹰”Aquila等。

卫星通信,一般由空间分、通信地球站、跟踪遥测及指令分和监控分等四部分组成。

对于FCC关于延迟的质疑,SpaceX的卫星互联网(图2)

在卫星通信的终端使用上,分为直接使用卫星电话和利用卫星进行远距离站址间传输等多种情况。

对于FCC关于延迟的质疑,SpaceX的卫星互联网(图3)

对于FCC关于延迟的质疑,SpaceX的卫星互联网(图4)

卫星通信具有距离远、传播稳定(不受通信两点间任何复杂地理条件限制、自然灾害和人为事件影响)通信质量高等优点,缺点则是传输时延大、难以在高纬度地区实现、会受太阳活动影响、成本过高等问题。而把地球同步卫星作为通信卫星时,地球两极附近的高纬度地区也无法被地球同步卫星覆盖到。

卫星频率主要指无线电频谱用于空间无线电业务的部分。任何卫星的信息感知、信息传输以及测控单元,都需要使用电磁频谱。不同的频段传播损耗不同,随着空间技术的发展和卫星应用的大量增加,卫星频率资源日益紧张。

卫星绕地球运行的轨道资源也是有限的。受天线接收能力限制,两颗卫星之间需要间隔一定的距离,卫星信号才不会被天线混淆。

随着卫星数量的日益增多,漂浮在轨道上的航天器碎片等“太空垃圾”有可能对卫星正常运行造成影响,甚至发生灾难性碰撞。

此外,卫星信号传输距离远,容易在空间中受到电磁干扰,还可能会遭到人为的信号干扰、攻击等,因此通讯的安全性也是一个需要重视的问题。

SpaceX的星链梦还有待时间检验

为应对卫星互联网所带来的,SpaceX创新性地实现了火箭回收机制,大大降低了发射成本。

SpaceX的猎鹰9号火箭是史上第一种可以多次重复使用的液体燃料运载火箭,马斯克曾表示,猎鹰9号每次发射成本约为4340万美元,而回收的一级火箭和整流罩成本占超80%。

对于网络安全,Starlink软件主管Moran称,会对用户数据进行端到端加密,中的所有硬件都只允许运行经过该公司签名的软件。

对于FCC关于延迟的质疑,SpaceX 则表示,其卫星的高度约为335到354英里(相比之下,对地静止为21750英里)延时可以低于20毫秒,基本与有线互联网接近。不过,由于SpaceX尚未开始提供商业服务,这个说法还不太有说服力。

除SpaceX以外,其他相关企业和航天部门也提出了不少值得期待的解决方案。

2019年7月,国际空间站的欧洲舱进行了一项旨在加强未来太空任务网络安全的小型实验,使用标准树莓派零计算机解决加密问题的相关方法,预计将连续运行至少一年。

2020年1月,银河航天发射了全球首颗低轨高频毫米波卫星,使用技术难度很高的Q/V/Ka等频段,采用频段双极化技术实现通信速率翻倍。

此外,中国联通还将新一代通信技术5G与卫星互联网深度融合,2020年6月,北京联通与银河航天完成了国内首次通过低轨卫星互联网链路完成5G基站的开通验证,表明了卫星互联网可以较好地承载5G基站业务。

卫星互联网拥有广阔的前景,但另一方面,不能将其简单形容为“让WiFi覆盖全球”作为一种造价高昂、维护困难的技术,卫星互联网不能取代地面网络或5G,但可以跟地面网络形成互补,相互融合。

展望未来,将来的6G技术有望融合陆地无线移动通信、高中低轨卫星移动通信以及短距离直接通信等技术,真正实现空、天、海、地全方位覆盖。而眼下,作为卫星互联网领域的领先者,SpaceX星链的真正商业化落地值得期待。好在,据马斯克所说,那一时刻已经为时不远。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

本文相关词条概念解析:

卫星

卫星所属现代词,指的是在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体,人造卫星一般亦可称为卫星。人造卫星(ArtificialSatellite)环绕地球在空间轨道上运行(至少一圈)的无人航天器。人造卫星基本按照天体力学规律绕地球运动,但因在不同的轨道上受非球形地球引力场、大气阻力、太阳引力、月球引力和光压的影响,实际运动情况非常复杂。人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。人造卫星发射数量约占航天器发射总数的90%以上。

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