C114中国通信网马斯克“星链”难逃失败命运？专家详解低轨卫星通信：与5G是互补关系( 二 )
“技术发展从来不是一蹴而就的 ， ‘星链计划’虽然取得了长足进步 ， 但并非完美无缺 ， 其与5G的关系只能是互补而非替代 。 ”陈山枝说 。 以5G的三大业务应用场景为例：eMBB增强型移动宽带方面 ， “星链计划”首先服务的是地广人稀地区的住户 ， 空中的飞机 ， 海洋与大湖中的轮船 ， 野外科考者和驴友 ， 而对于我们城市普通用户而言 ， 由于手机终端体积及资费、室内通信等因素 ， 且5G的大带宽仍具有绝对优势；mMTC万物互联方面 ， 针对沙漠与森林等野外作业与环境监测特殊应用场景 ， 卫星具备一定的覆盖和成本比较优势；而在uRLLC低时延高可靠方面 ， 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、实时工业互联网等应用场景是其无法满足的 。
陈山枝指出 ， 卫星和地面移动通信都是资源受限系统 ， 频率资源都像城市的商业土地一样稀缺 。 据介绍 ， “星链计划”使用的是Ku、Ka以及V波段卫星信号 ， 需要专门的接收终端 ， “卫星终端的天线尺寸和一个Pad差不多大” ， 内置电机驱动的卫星追踪装置 。 资费预计是50-60美元每月 ， 2025年将服务超过4000万用户 。 相比之下 ， 目前全球有80多亿手机用户 ， 4G宽带用户超过50亿 ， 预计2020年5G用户将达到17.7亿 。。 由此可见 ， 其服务的目标并非主流5G市场 ， 特别是与我们在城市的普通消费者无缘 ， 除非你是“驴友” 。
另外 ， 卫星轨道也是受限资源 。 “星链计划”的上万颗低轨道卫星计划分布在340-1300公里之间 ， 但轨道位置是有限的 ， 不可以无限制随意部署卫星 ， 和频率资源一样 ， 轨道资源也需要国际电联的批准和协调 。
陈山枝进一步指出 ， 所有通信系统容量上限都受制于香农公式：C=Wlog2(1+S/N) ， 与采用的频率带宽及通信信道的信噪比有关 。 由于卫星与地面终端的通信距离、所受的噪声和干扰都大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 。 如目前低轨卫星包括SpaceX和OneWeb ， 平均频谱效率约在2.5bit/s/Hz ， 只达到3G水平；而目前5G是平均频谱效率10bit/s/Hz以上 ， 约4倍以上 。 即若采用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率约500Mbps ， 而5G的传输速率则会达到2Gbps 。
日前 ， 有自媒体语出惊人 ， 称“卫星互联网将颠覆5G ， 取代6G 。 ”对于这种标准的标题党陈山枝表示“很无语” 。 假设全球通信使用高轨卫星 ， 只需要三颗3.6万公里的高轨卫星 ， 就可以实现全球覆盖 ， 但是时延长达500ms-800ms ， 目前单星容量在20Gbps左右 ， 系统容量远远不够供全球人民的互联网接入使用 。 为降低时延和损耗 ， 低轨卫星星座成为更优选择 ， 然而随着用户数量的增加和接入速率的提升 ， 系统容量也一样成为最大的瓶颈 。
在频率资源稀缺的情况下 ， 若要提升系统容量意味着增加卫星数量 ， 这与地面蜂窝通信系统是一样 ， 通过小区分裂增加基站数量来提升系统容量 ， 就是频率复用原理 。 目前 ， 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 。 若按每用户平均速率是100Mbit/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月底 ， 全球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倍用户接入速率 ， 基站数量将是4G的2到3倍 。 目前 ， 5G技术指标是每平方公里能支持到10Tbit/s ， 注意OneWeb720个低轨星座时的全球系统总容量才5.4Tbit/s 。 如果低轨卫星像某些自媒体所说的“星链为全球网民提供高速宽带服务” ， 设想一下若要颠覆5G ， 就得实现与5G大体相当的通信容量 ， 这样是否同样需要几百万颗低轨卫星才行？因为地面移动通信的基站大多建设在人口密集的城市 ， 但仅覆盖约20%的陆地面积 。 如果这部分区域全部采用卫星通信密集覆盖实现人们的宽带互联网接入 ， 其最终结果就是城市上空近地轨道密布低轨卫星星座 ， 由此将造成大量太空垃圾 ， 干扰光学观测、模糊宇宙视野等环保问题 。
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