手机卫星时代要开始了?
通信频率问题
近年来,关于卫星通信的新闻,一直都是媒体和大众的关注热点。
尤其是马斯克搞了一个星链之后,三天两头就有新闻,炒作卫星通信对地面蜂窝移动通信的威胁,对5G的威胁。
事实上,这些炒作很多都缺乏基本的通信常识,除了暴露某些人的急功近利之外,主要是为了服务于流量,服务于资本运作。
卫星通信,无论现在还是未来(至少50年),都不可能取代地面移动通信,成为人类主要的通信手段。
接下来,我来解释原因——
首先,大家要明白且牢记一点:任何无线通信系统,都是基于无线电磁波进行通信的。
无线电磁波,有一个重要的属性参数,那就是频率。
我们人类无线通信,目前主要用的是电波。早期用的低频和中频电磁波,现在逐渐往高频甚至太赫兹(就是上图中间的THz)发展。也有科学家,在研究可见光通信(往光波发展)。
无线电磁波的电波这部分,看上去频率资源挺多的,但实际上,每个频率,都被政府有关部门规定了对应的用途。
不管怎么说,卫星通信频段和运营商蜂窝通信频段是不同的。目前在市场上售卖的普通手机,根本不支持通信卫星的无线工作频率,自然就无法和卫星进行通信。
只有卫星通信服务商提供的专用卫星电话,才能和这些通信卫星建立连接。这些卫星电话的话费,也是要充值给对应卫星电话服务商的。
手机对通信频段的支持,不是加根天线就可以的。它涉及到SoC芯片、基带、射频、软件部分的改造,是一个非常庞大且复杂的工作。
天线类型问题
根据天线原理,天线的长度为无线电信号波长的1/4时,天线的发射和接收转换效率较高。卫星电话的天线这么大,说明这个通信系统的工作波长更长。也意味着,它的工作频率越短(频率=光速÷波长)。
基于中学物理知识,低频率(大波长)的无线信号,绕射能力更强,传播距离更远。这和卫星通信的场景是相匹配的。
鞭状天线的信号收发能力终归比较弱。比它更强的,是碟状天线,也就是大家常见的“锅”。
碟状天线,只要朝向对得准,就可以实现较好的通信效果。
那么,我想问一下,如果手机进行卫星通信,你愿不愿意手机上再背一个锅呢?然后这个锅,你还是使劲找准朝向。
即便你愿意背这个锅,你还面临一个问题——发射信号的问题。
卫星向手机发射信号,可以调大发射功率。手机向卫星发射信号,这就难了。
手持通信终端,发射功率是有严格限制的。你也不希望自己手上拿个微波炉,进行通信吧?
以手机毫瓦级的无线发送功率,想让卫星收到这种信号,到底有多难?大家可以自行想象一下。
更何况,是成千上万甚至十万百万的手机,向太空中的卫星发送信号,你觉得,卫星能捕捉到所有的信号吗?
容量问题
中国的基站总数,大约是1035万座。仅中国移动的话,大约是550万座。
226 vs 5500000,傻子也能看明白,这里面不存在取代关系。如果没有地面蜂窝基站,我们需要多少颗卫星,才能让所有人高速上网?
退一万步说,即便卫星可以一点对多点,承接了海量的移动宽带连接需求,那么,信号回传(也就是卫星将信号发到地面站),又该怎么办?数据中心都在地面,云服务也在地面,不回传不行的呀。
目前的5G基站,也就覆盖几平方公里到几十平方公里的面积,几百用户,前传带宽都要达到25Gbps级别。卫星通信,是否可以实现与地面站的25Gbps通信速率呢?
此前,我国在卫星上做了一次试验任务,采用高速高阶相干激光通信终端,实现了速率10Gbps的传输。
看似好像也和25Gbps差不大,但是这个是无线通信,稳定性、抗干扰性都远远不如光纤。而且,卫星的数量远远不如基站,如果要比肩陆地基站,它的数量需求是极大的。
简而言之,如果卫星通信取代地面蜂窝基站通信,那么,室内信号覆盖,该怎么办?地下室、隧道,该怎么办?如果遇到恶劣天气,又该怎么办?