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馬斯克顛覆得了5G?回溯“衛星互聯網”15年史

2020年4月29日 07:14  上觀新聞  

4月20日,國資委和發改委同時召開經濟運行例行發布會,提到了新基建的范圍,首次將“衛星互聯網”納入新基建的戰略,中國要投大錢開始建設了!

4月23日,在被問及旗下SpaceX公司“星鏈”計劃何時才能進行衛星互聯網業務時,“鋼鐵俠”埃隆·馬斯克給出了確切的時間表:3個月內私人內測,6個月內公測。

不少人認為,星鏈等低軌道衛星星座就是6G,那么,馬斯克的星鏈能否顛覆5G、6G ?

這就要從衛星互聯網的歷史說起。衛星互聯網2005年誕生于高通量通信衛星,是高軌道的同步通信衛星,迄今已經有15年。我們不妨來回顧一下衛星互聯網的歷史。

星鏈無法顛覆5G和6G,大家別被帶偏了

鋼鐵俠伊隆·馬斯克一直都很火。

2015年3月在硅谷,我現場看了他和英偉達CEO黃仁勛的關于特斯拉無人駕駛的高峰對話。隨后特斯拉發布了自動駕駛功能,開啟了人工智能和深度學習的熱潮。特斯拉在上海臨港修了一個大廠,是中美合作的典范。

做好一個特斯拉已經很牛了,但神人馬斯克還做了另外一個牛逼的公司——太空探索技術公司(SpaceX),揚言要“殖民火星”,賺足了大家的眼球。

紐約港的無畏號航母博物館上停著企業號航天飛機。講解員小伙告訴我:SpaceX的火箭比NASA(美國宇航局)自己的火箭要便宜很多,所以NASA干脆將近地軌道業務外包給了私人公司SpaceX。

SpaceX星鏈(STARLINK)計劃一步一步成為了現實。瘋狂的馬斯克在2015年就提出計劃發1.2萬顆衛星,最近更是揚言要發4萬顆。1.2萬顆低軌道衛星的軌道分布在340—1300公里之間,使用Ku波段、Ka波段以及V波段。

SpaceX可回收的獵鷹9號火箭可以搭載60顆衛星

4月22日下午12時30分,獵鷹9號火箭從佛羅里達州的肯尼迪航天中心基地發射,攜帶了60顆衛星,這是第七次成功發射。星鏈已經擁有了420顆行星,加上2顆更早發的實驗星,有422顆了。

馬斯克說,星鏈將在6個月內開始公測,首先服務的是高緯度地區(美國北部和加拿大)。

星鏈官方網站業務發布信息

星鏈可以干什么呢?首先,這將構成覆蓋全球的骨干傳輸網絡。服務海洋、森林和荒漠等偏遠區域,與海纜以及光纖的作用類似,但更加靈活。這也是O3b中軌道衛星星座應用成功的一個領域,等下我在O3b的成功經驗中介紹。其次,為飛機、郵輪、車輛等移動場景提供數據傳輸。我們在飛機上,也可以越來越多地用WIFI了。另外,個人和家庭寬帶上網。很多山高水長的地方,本來就在用衛星上網。星鏈的資費能夠更加便宜,那就更好了!

有人稱星鏈等低軌道衛星星座會替代5G和6G,也有很多人認為星鏈就是6G,這其實都不正確。有人認為可以直接用星鏈上發出的WIFI信號。衛星發出的是Ku, Ka, V波段的衛星信號,需要專門制作的接收終端。

SpaceX并沒有透露終端的大小,馬斯克曾經說到“這些終端看起來就像是一個UFO插在了一根棍子上”。而所謂1G到5G其實指的都是地面移動通信系統(PLMN)。到了未來的6G,地面移動通信系統(如基站)也依然還是絕對的核心。當然,衛星通信可能會加入成為一個非常有益的補充。星鏈并不是6G的核心,也當然不可能顛覆5G和6G。

另外,星鏈會有很多應用限制。專門的接收終端,沒有辦法將其接收裝置集成到目前的智能手機里。室內沒有衛星信號,這是一個巨大的硬傷,需要外接天線。速率將遠低于5G。資費肯定比5G貴,F在4G的定向資費都已經到10元錢10個Gbps了,等到5G用戶多了之后,可以更加便宜。

O3b開局得勝,與華為3G最早技術合作

左邊是ELON MUSK,右邊是格雷格·懷勒(Greg Wyler)

格雷格·懷勒是個狠角色,他第一個建立了互聯網衛星星座的成功商業模式。

2007年,格雷格·懷勒創立了O3b Networks衛星公司,志在為剩下的30億人提供互聯網接入服務。2008年起獲得了Google的投資。這其實就是坊間傳說Google要搞衛星的開始,格雷格·懷勒還去Google做了互聯網衛星業務的負責人。

O3b Networks運營中地球軌道(MEO)衛星星群,在赤道上空,距地球8000公里,比傳統的地球同步(GEO)衛星更靠近地球。相比地球同步通信衛星,O3b的地面站傳輸的速率更高,還大大降低了時延,是真正的寬帶衛星系統。覆蓋范圍限制在南北緯40°之間的區域,所需的衛星數量最少12顆,當然,多多益善,目前在軌有20顆。代價是接收天線體積比較大,設計復雜,要有兩口可以自動旋轉的“鍋”,來同時跟蹤兩顆衛星(追星)。

O3b的成功商業模式就是和傳統電信運營商和華為這樣的技術伙伴進行合作。我就是最早的見證者之一。

2013年,O3b經過多年努力,終于有了12顆衛星,開始提供服務了。很快達到原計劃1年1億美金的收入水平,得到了市場的認可,首次證明了衛星互聯網星座的發展前景。

2013年剛開張,就獲得了在馬來西亞Maju Nusa的網絡上與華為3G基站聯袂應用的訂單,每個地面站可以提供高達幾個Gbps的接入,服務于偏遠區域的華為2G/3G基站業務回傳。

我當時在華為企業業務BG負責業務發展,因此多次與O3b進行技術交流,采用O3b的回傳,華為3G基站的語音、數據和視頻業務都可以順利實現。這在郵輪上應用也很有意義,形成了一個叫digital ship的解決方案。我的上司張順茂發言:華為與O3b一起,可以提供高性能的基于衛星的通信解決方案。

2016年8月,國際衛星巨頭SES整體收購了O3b,SES之前也是O3b的大股東(占比49.1%)。格雷格·懷勒的O3b旗開得勝,給了野心勃勃的馬斯克巨大的啟發,終于在2015年為SpaceX找到了現實的掙錢的商業前景。

OneWeb悲情故事,只恨SpaceX太強

格雷格·懷勒一度在Google擔任衛星互聯網項目的負責人,后來又離開了。

2014年,他成立了OneWeb公司,計劃打造由650顆低軌衛星組成空間衛星星座,為全球用戶提供互聯網接入服務。有了O3b中軌道衛星星座的成功經驗,這次他要玩更加瘋狂的低軌道星座。不過,好運氣并沒有始終陪伴著他。

2020年3月30日,OneWeb申請破產保護,所有股東的巨額投入估計都打了水漂,還欠下了巨額的債務。投資了30億美元的軟銀孫正義欲哭無淚。只留下在天上74顆低軌道衛星,并且目前還無法提供業務。

OneWeb之所以破產,是因為無法在資本市場募集到足夠多的錢。而馬斯克的SpaceX,擁有可以回收的獵鷹火箭,大大降低了發射成本,投資方更加相信。

當然,破產也不一定意味著徹底關門,大家可以看看摩托羅拉最早發起的銥星的例子。

銥星是第一個低軌道衛星星座,鳳凰涅槃

任正非曾說過,十幾年前,前北電CEO歐文斯曾提出和我們合作做低軌道衛星,其實就是今天Facebook和Google提出來的方案。當時我們沒有做,因為衛星可能涉及軍工,我們上不碰軍工,下不碰機密,民營企業恪守本份。那么,是否會出現一種東西把今天的電信網絡顛覆?我相信一定會的。摩托羅拉的銥星計劃其實就是一個很好的計劃,但誰知道接著出現了光纖,就把它顛覆了。人類的電信網絡難道就不能顛覆嗎?

摩托羅拉倡議的銥星絕對是極具想象力的劃時代構想,掀起了 “星座熱潮”——用互聯的大量低軌衛星提供移動通信服務。一張網覆蓋全球,在不毛之地都可以打電話。

1998年11月1日,浩大的銥星系統終于投入了使用,66顆衛星分布在6個極平面上,在780公里高的軌道上,每100分鐘左右繞地球一圈,可以提供全球任何地點(包括南北兩極)的電話業務。

此時,地面移動通信系統(GSM和CDMA)已經在光傳輸助攻下,占領了很大的市場。而銥星只獲得了5萬多用戶,距離盈虧平衡的60多萬用戶相距甚遠,還只能在室外打電話,室內沒有信號。數據業務能力很弱,沒有考慮到互聯網的需求,這也是其失敗的一個重要原因。1997年,我研究生畢業后差點去一家衛星服務公司工作。當年衛星很火,主要是為全國聯網尋呼服務。不過,全國聯網尋呼+衛星傳輸被“移動通信+光傳輸”干掉了。而尋呼臺和尋呼機最大的供應商,也正是摩托羅拉。

破產重組后,銥星輕裝上陣,一直在堅持運營。畢竟,山窮水盡的地方,大家還是有電話需求的。

第二代銥星系統叫Iridium Next,已經從17年開始重新部署了新一代的66顆衛星,提供大容量的互聯網數據業務和電話業務,由馬斯克的SpaceX的獵鷹火箭發射,一箭帶10顆衛星。

銥星通訊 (IRDM)是納斯達克上市公司,目前市值30億美元。銥星劫后重生!京東上就可以賣銥星手機,7600元人民幣就可以輕松擁有一個。

中國低軌道通信衛星蓬勃發展

國際上,揚言要做互聯網衛星星座還有不少。加拿大TELESAT已經實驗成功,這里地廣人稀,需求旺盛。亞馬遜也野心勃勃宣布了低軌道衛星計劃。大家知道嗎,沃爾瑪也擁有衛星的。

中國也開始奮起直追了。

中國航天科技和航天科工集團分別提出了“鴻雁”和“虹云”低軌衛星通信星座計劃,將分別發射300顆和156顆低軌通信衛星組建太空通信網,兩個系統計劃將于2023年建設完成。

2020年1月16日11時02分,民營公司銀河航天成功發射了首顆通信能力達10Gbps的地軌寬帶通信衛星-銀河航天首發星發射升空,本次執行任務的火箭是快舟一號甲運載火箭。

該5G衛星為低軌寬帶衛星,是全球首顆Q/V頻段的低軌寬帶衛星。衛星升空運行后,可提供10Gbps帶寬通訊能力,覆蓋30萬平方公里,相當于大約50個上海市的面積。

不過,單顆低軌道衛星的意義很小,因為在地球上空不斷飛過,無法提供連續的通信服務。

衛星互聯網于2005年誕生于泰國

衛星互聯網并不是從現在非常熱鬧的低軌道衛星星座(如星鏈)開始的,其源頭是高通量衛星。

泰國前首相他信是從電信領域大發家的,他敏銳地看到了老百姓對通信的迫切需求,于是在1991年11月7日成立了Shinawatra Satellite (目前更名為Thaicom),并獲得了30年的衛星運營權。從93年開始,累計運營了八顆命名為 Thaicom的通信衛星,目前還有5顆在軌服務。

IPSTAR官方推特上發布在日本的應用,為基站做回傳

2001年,我來到了柬埔寨。當年,柬埔寨不少偏遠地區的基站都采用了母公司提供的衛星回傳手段。

2001年,為了談判Shinawatra Satellite的柬埔寨子公司Camshin的GSM項目,我和劉偉去了泰國總部,與時任Shinawatra Satellite總裁進行談判。談笑間,在商務上砍得我們大汗淋漓,但現場拍板將擴容項目給了我們。

中場休息時,我順便參觀了衛星展廳。里面展示了其所有使用的衛星模型,我還看到了即將發射的Thaicom4模型,由阿爾卡特宇航出品,不過,這顆星后來成了Thaicom 5。

2005年8月11日最終發射的Thaicom 4(又名IPSTAR)是由美國勞拉公司研制,采用LS-1300S衛星平臺,重約6.5噸,設計壽命15年,功率14千瓦,是當時世界上最大的商業通信衛星,大到必須要由一枚法國阿麗亞娜5型火箭才能將它送入軌道。它為包括中國在內的22個國家和地區的用戶提供多媒體廣播、寬帶網接入、視頻會議等高軌寬帶業務。IPSTAR 衛星的總帶寬高達45GB,其中12Gbps覆蓋中國全境。

Thaicom的網站上至今還寫著IPSTAR的威水史:IPSTAR(Thaicom 4)是新一代的IP衛星,通過IP協議支持通信,它也是世界上第一顆高通量衛星。

基于IP連接最大得好處是可以為用戶提供動態帶寬容量。按流量算錢,用多少給多少錢。在此之前,是固定的租用衛星帶寬,不用的時候也要給錢。這個技術由來已久,加拿大TELESAT于1996年第一次通過衛星采用固定帶寬的方式傳互聯網數據。

2001年,我在柬埔寨代表處工作時,當時辦事處是租賃了一個E1(2MBps)的衛星專線連接國際互聯網。樓外面,架設了一口兩三米米直徑的鍋(天線)。

衛星的壽命一般是15年,直到今天,這顆偉大的衛星已經接近職業生命的晚年,但依然在軌。經歷了亞太的幾次救災工作,包括:2008年5月的汶川救災,2011年3月的日本地震和海嘯等。遺憾的是,它最初設計覆蓋的時候,將太多容量設計成服務中國東部和南部的發達區域,而對中國西部偏遠區域規劃的容量少。

Thaicom網站上,這顆偉大衛星的覆蓋圖。

高通量衛星大發展,中國奮起直追

衛星互聯網業務就此誕生,按流量計費的商業模式蓬勃發展。2007年,我在贊比亞的一個森林營地住了一晚上的軍用帳篷,與獅子大象河馬鱷魚為鄰。經營營地的小伙子采用EMAIL和MSN來接訂單,不打電話。使用的衛星流量很小,用多少流量就算多少錢,就是是基于IP衛星業務。

世界最大衛星公司之一的INTELSAT關于HTS與常規FSS衛星的比較

2008年后,基于“東方紅四號”衛星平臺,為國內通信衛星市場(中國衛通)和亞(如老撾、巴基斯坦)、非(如尼日利亞)、拉美(如玻利維亞)、東歐(白俄羅斯)等地區的國際商業客戶共研制十多顆同步通信衛星。

中國衛通是國內的衛星運營商。中國衛通以及旗下的鑫諾衛星目前總共有15顆在軌的衛星。部分衛星是國產的東方紅四號和五號平臺。

2009年,農村舅舅只用了200多元就架設好了鍋,就是中星6B,可以看幾十個衛視頻道,還不用花錢。

中國衛通旗下衛星的覆蓋圖

2017年開始,中國也有了自己的高通量衛星平臺——東方紅五號衛星平臺!

2017年4月12日,我國首顆高通量通信衛星實踐十三號發射成功。實踐十三號衛星投入使用后,命名為“中星十六號”衛星。首次在中國高軌長壽命通信衛星上百分之百應用國產化產品應用Ka頻段多波束寬帶通信載荷,通信總容量達20Gbps,超過中國已研制發射的通信衛星容量總和,被譽為“超級空中路由器”。首次開展中國高軌衛星與地面的雙向激光通信技術試驗,速率最高達到2.4Gbps。

未來20年就靠她了!

與世界先進水平,我們相差了十多年,這顆星的水平基本相當于2005年發射的IPSTAR。最大的差距,就是集成電路。革命尚未成功,同志尚需努力!

適配衛星通信補上華為“全連接”最后一環

2016年 8月31日-9月2日,由華為舉辦的華為旗艦大會——華為全聯接大會在上海世博會議中心舉行。這是華為第一次以此主題開大會。從此,華為每年召開“全連接”大會。

衛星通信是華為全連接歷史上最后補充的一個環節。很榮幸,這個工作我有份。

華為在通信設備領域確實是“無邊際擴張”,微波和海纜都在本世紀補上了缺口。只有一個例外,就是衛星通信。但不做衛星通信,不意味著不與衛星通信公司合作。本世紀初,華為就為中國衛通提供提供了全國的軟交換系統。

2001年柬埔寨,華為的GSM基站連上衛星之后就不工作了。經過研究才發現,衛星有較大的時延,基站和BSC(基站控制器)之間的握手信號不能適應,在預定的時間里收不到握手信號,系統就認為已經斷鏈了。調整了相關的窗口時間設置之后,信令就立馬正常了。簡單搞定。

在基站上用衛星回傳,一個場景是沙漠。

2002年五一假期,我在新疆旅行,看到橫穿塔克拉瑪干沙漠的公路沿線,有華為的“農村小基站”,采用的就是衛星傳輸。試著打了幾個電話,很清晰。到現在為止,那里依然還是用衛星回傳。

一個場景是在大洋里的眾多島嶼上。第一個比較大的太平洋島國項目是2005年在薩摩亞。還有一個場景是非洲大草原。采購部負責衛星資源采購的尼松林告訴我,非洲運營商MTN要求華為基站能夠集成衛星回傳的資源,并按月付費。

汶川救災中,衛星+基站起了大作用

2008年5月12日,四川汶川發生特大地震災害。5月13日,四川武警總隊的一支救援隊伍攜帶了北斗一號終端機,成為了第一支進入到災區的隊伍,并通過北斗短報文與外界聯系。北斗的總設計師楊長風畢業于湖南南縣一中,是我的中學校友。北斗是定位衛星,并不是通信衛星。

當時華為的應急總指揮蔡文杰介紹,運營商和一批華為專家帶著設備坐直升飛機,結果因為風太大,第一次未能成功降落。由于噪音太大,不少華為工程師下飛機的時候,已經失聰了。

后來還是成功空運了VSAT衛星通信地面站設備與通信基站來構建應急移動通信,華為也送來了一批充滿了電的壓箱底“長待機”手機。

華為的內部IT也用到衛星。07年去贊比亞代表處,看到了衛星大鍋,我圍著轉了好幾圈。

2012年,得知在緬甸首都仰光的代表處還在用衛星專線連接,當地的光傳輸實發展得太慢了。不過現在也已經“光纖化”了!

華為要求ERP的應用要求反應很快,所以只能經過一跳衛星就到達深圳,基本上都是用的覆蓋性能最好的C波段。

2012-2013的兩年,我做夢都是物聯一切。我推動了與N多衛星公司的合作和解決方案適配。華為的通信設備可以與衛星通信設備以及衛星自身構成聯合解決方案,將企業BG所有的設備都與衛星拉通,相關解決方案(包括測試結果)全部在華為官網公示了出來。

合作的公司有兩類。一類是集成調制解調器來建立VSAT 衛星地面站。主要有iDirect、Comtech、Gilat等MODEM公司,國內也有專業公司如華訊方舟和航天恒星等。

上圖右邊的小鍋與MODEM一起就是VSAT接收終端,兩者一起構成了衛星的地面接收裝置。

一類是提供衛星鏈路資源的PCCW、BT、FT、Speedcast、中國三大運營商等,他們不擁有衛星但提供全球的衛星運營服務。也直接與擁有衛星的公司如中國衛通、AMOS、O3b(中軌道)等建立了聯系。

iDirect的母公司在新加坡,大客戶經理VICTOR YEUNG專門來深圳和我們搞了一個合作發布會,我們去坂田巷子里的打字店一起商討著打印了彩色的文檔。華為主頁上還有這樣一張珍貴的合影:華為企業業務Marketing與解決方案部總裁張順茂與iDirect Asia總裁Tom Cheong,舉行高層會談,簽署合作MOU,奠定了雙方合作戰略。

前排簽字人是Tom Cheong和張順茂,后排正中的領帶男是作者戴輝。

諾基亞貝爾實驗室參觀全球第一顆實用的通信衛星

通信上的技術進步,上溯源泉,經常和貝爾實驗室都有關。

1962年7月10日,貝爾實驗室與美國國家航空航天局(NASA)合作,成功發射世界上第一顆有源通信衛星“電星一號”(Telstar I),開啟了現代通信時代。

諾基亞貝爾實驗室展廳屋頂懸掛了這顆星的備份星。貝爾實驗室于1954年發明的太陽能電池為該衛星提供了供電。

人類首次通過太空傳輸了第一幀電視畫面跨越大西洋實現電視信號直播,實現了第一次越洋電話呼叫,并進行了第一次數據通信傳輸和第一次電傳圖像傳輸。不過,這是非同步衛星,所以當衛星繞到地面那一邊的時候,就收不到信號了。

2019年初我去諾基亞貝爾實驗室參觀。前臺女士熱情地指著展廳的屋頂:那是一顆真的衛星(備份星),你們別忘了照相!

衛星在展廳屋頂上,掛得很高。我們都是腳踏實地主要是低頭拉車的人,確實走過路過的時候容易錯過。

1963年發射的休斯公司制造的Syncom 2,是世界上第一顆地球同步通信衛星。同步衛星相比地面是靜止的,因此可以持續24小時實現通信業務;羧A德休斯是個航空和航天的瘋子,是第一代的鋼鐵俠。小李子主演的美國電影《飛行家》講述了飛行家霍華德·休斯的故事!岸嗝妗毙±钭游ㄒ灰淮纬鲅輬讨募夹g狂人;羧A德·休斯同學后繼有人,就是第二代鋼鐵俠馬斯克同學。

中國第一顆靜止軌道同步通信衛星——“東方紅二號”通信衛星攜帶著4個C頻段轉發器,在1984年4月8日發射成功。

編 輯:值班記者
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