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▲图片来源:微博截图

  王鹏

  当地时间2020年4月22日下午12:30,猎鹰9号火箭从佛罗里达州的肯尼迪航天中心基地发射,将第七批的60颗卫星送上了太空。Starlink(星链)发射卫星总数已达到422颗,而最终将达到42000颗!

  4 月 23 日,马斯克在推特上公布了计划的最新目标:“Starlink内测差不多三个月后开始,公测在六个月以后。”最初的测试将适用于高纬度地区。星链服务最初将在 2020 年提供给加拿大和北美客户,并在 2021 年进一步扩大服务范围至世界其他地区。

▲马斯克推特截图 

  同样是4月23日,我国商业航天企业银河航天首发星首次实现3分钟以上的视频通话,中国商业公司自主研发的首颗低轨卫星验证了其通讯能力。这不仅是中国首颗通信能力达10Gbps的低轨宽带通信卫星,也是全球首颗低轨高频毫米波卫星。

  这意味着,尽管曾面临了无数的质疑和争议,今年之内,真正的太空互联网就会成为现实。有趣的是,4月20日,我国发改委初步研究明确新基建范围,卫星互联网被纳入。从这几件事可以看到,低轨卫星互联网已经不再是铱星时代的鸡肋,很快将成为一种成熟且并不昂贵的技术产品进入我们的生活。

  马斯克的“星链”将取代5G?

  马斯克曾表示,星链计划将实现个人用户带宽超过1Gbps,时延满足在线游戏需求,也就是可以达到50毫秒以内。高带宽、低时延,这两大特征不得不让人联想到作为国内新基建顶梁柱的5G技术。

  很多人也在探讨,是否美国可以通过星链代替昂贵的5G实现无线网络的全面升级。

  但实际上,SpaceX已经明确表示,星链将为那些接入不可靠、价格昂贵或完全无法使用的地区,提供高速宽带网络。也就是说,其目标并不是取代城市里的电信网络。

  星链所省去的光纤成本,在人口密集的大城市并不是什么问题。以城市高密度的设备接入需求,在香农定律的限制下,也不可能实现广泛的高带宽接入。

▲图片来源:推特截图

  网络信号检测企业网站OpenSignal在2018年底的统计,全球4G人口覆盖率最高的前20个国家和地区中,相当多的发达国家并未在列。事实上,到2018年底,意大利、法国和德国的覆盖都不超过70%。而在全球范围内,覆盖率超过50%的国家和地区只有83个。

▲上海市4G信号覆盖范围(作者供图)

  所以,仅为地广人稀的地区、航空器、远洋船只、科考探险等场景提供价格可负担的通话和宽带接入服务一项,一般认为每年的市场规模就在300亿美元以上,收益足以覆盖星链的成本。这种场景几乎不可能以常规的光纤接入解决。

  随着低成本小卫星技术和火箭回收等技术发展带来的发射价格降低,星链这种收割长尾市场的商业模式终于得以成立。所以从这个意义上说,星链与现在的高轨卫星通讯网一样,是3GPP体系蜂窝无线通讯标准的补充而非挑战。

▲OpenSignal.com的全球无线信号覆盖应用(作者供图) 

  但既然说到3GPP,与星链的关系倒也并非一定永远井水不犯河水。

  从1G到5G的过程,虽然我国从跟跑变成了领跑,但其实一直在一个别人设定的路径上狂奔。

  更大的带宽、更低的时延、更多的连接数,似乎成了不需要讨论的指标,尽管不惜代价同步提升就好。根据香农定律,频率越高,能使用的频率资源越丰富,能实现的传输速率就越高。

  但实际上,越来越高的频段,越来越小的蜂窝,带来的除了带宽和连接数的红利,也带来了复杂度、成本和能耗的代价。

  当前的5G标准,试图用一个网络以所谓“切片”的方式满足假想的各种需求,结果反而成就了一个似乎没有合适的应用场景的尴尬局面。

  迄今为止,除了远程驾驶(不是无人驾驶)等少量场景以外,似乎还并没有出现什么真的需要5G解决的问题。只能寄希望于技术有了,应用自然会出现,如同修了路就会有车。

  虽然5G号称包含了eMBB(增强移动宽带)、URLLC(超高可靠超低时延通信)、mMTC(大连接物联网)三大场景,但目前仍然主要聚焦在增强移动宽带(eMBB),以及部分低时延的场景,暂时并不支持大规模机器连接(mMTC)。

  4G时代关心的是人与人之间按需发起的连接,更关注管道的带宽,而目前4G手机基带芯片最高支持的LTE Cat16/18载波聚合标准(也称为4G+),理论下行速率也可达1Gbps,中期看来可谓绰绰有余,以非独立组网(NSA)为主的早期5G,真未必有什么飞跃。

  如此说来,其实对于eMBB和URLLC场景,“4G+”+“星链”如果能很好地结合,同时解决城乡带宽和覆盖问题,可能至少对北美的需求来说,短期内是一个不错的务实方案。

  物联网:星链的星辰大海

  5G时代更关注物联网,大家似乎已经有这个共识,只是同样不知如何做起。从这个角度来说,可能星链的想象空间会更大些,也真正会挑战5G的未来。

  物联网的逻辑与人际连接的真正差异还并未引起重视。万物互联只是第一步,基于连接的“万物运营”才是重点。

  物的连接实际是物体运行状态与数字孪生平台和CPS控制逻辑的通道,需要城乡一体广域无缝覆盖、全天候实时响应、自主运行、智能调控、快速扩展。

▲图片来源:新京报网

  而现在的5G逻辑,为了满足宽带需求,倾向于城市的高密度部署、关注QoS、高频段、地基,而对于广域覆盖、高可靠低时延方面优先级并不高,或者说可能存在天然的缺陷。

  对于星链来说,在窄带、广域、低时延需求下工作,完成窄带物联网的时空连续高效覆盖,也许还真的是更理性的思路。

  从应用需求而言,物联网用户大都不需要实时的宽带服务。类似资产跟踪、设备监控类型的用户可以接受低速、存储转发式的通信服务,例如部署在荒野、高原等恶劣环境中的气象观测站、基础设施监测仪表和地质变化监控设备等。

  这些分散的需求汇聚在一起,同样是百亿级终端、万亿级产值的庞大市场,也是5G和低轨星链可能最终争夺的星辰大海。

  结语

  总的来说,以Starlink为代表的低轨星链作为一种新兴的技术,在满足移动宽带和语音需求方面,与蜂窝网络有很好的互补性,可以共同完成对城乡的覆盖。

  但以目前的应用场景需求来看,比起星链,反而是5G似乎有点过于超前了。然而在窄带物联网方面,5G的进展则明显落后,星链目前的优势在很多方面更为突出。

  对我国来说,刚刚在新基建战略中加入的卫星互联网,将与5G并重发展,缩小与美国的差距,这是一项很重要的战略决策。

  物联网是未来智慧城市最重要的基础设施体系,也是无线通讯技术发展和商业模式创新的重点领域,需要我们跳出移动宽带和语音需求的惯性思维,以场景而非技术驱动,重新思考通讯技术的顶层设计,设计更符合我国现实需求的技术体系。

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