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互聯網的拐點

圖文 更新时间:2025-02-28 03:33:04

互聯網的拐點(互聯網的最後一公裡)1

圖片來源@視覺中國

文 | 觀察未來科技

當前,5G地面通信網絡正在如火如荼地建設中,與此同時,以天地一體化為特點的6G網絡研究也已經啟動——在人類非居住區,如海洋、山區、沙漠和邊遠地區,限于經濟等因素,地面信息網絡的覆蓋很難延伸。在我國,盡管國家付出了巨大的努力,地面移動通信網絡的覆蓋率仍小于國土面積的40%。

然而,衛星通信網的高覆蓋能力,卻能夠解決這一全球通信問題并顯示出廣闊的應用場景。人們可以用衛星把地面互聯網拓展到海上、空中、太空,并将信息傳送至深空;可以用通信星座組網的方式實現全球無縫覆蓋的互聯網接入;還可以通過快速提升衛星容量,支持寬帶互聯網接入,為天基寬帶互聯網星座的建設和應用提供最根本的驅動力。

衛星互聯網正當時

自從1957年蘇聯發射Sputnik -1衛星以來,迄今為止,人類已經将上千顆衛星發射至了太空,用于通信、導航、天氣預報、地球觀測、科學和軍事服務等。

衛星的應用範圍也牽涉每個人的生活,無論是遠程通信、出行導航,還是收看世界新聞和天氣預報,都離不開衛星。衛星還被用作陸地、空中或海上的導航輔助設備;被用于遙感,如發現隐藏的礦物資源,以及天文研究和氣層探索。基于預期的應用,衛星又可大緻分為通信衛星、導航衛星、天氣預報衛星、地球觀測衛星和軍用衛星等。

當然,與衛星在其他領域的應用相比,衛星在電信領域的應用表現最為突出不論是電視廣播、國際電話,還是數據通信服務,都需要通信衛星在點對點、點對多點、多點交互服務中充當中繼站的作用。

使用衛星進行通信的概念可以追溯到1945年,當時,20世紀著名的英國科幻作家Arthur Charles Clarke在《世界無線電》雜志發表的著名論文《地球外的中繼》中提出利用通信衛星實現全球通信的科學設想,指出利用3顆同步軌道衛星即可實現全球通信,衛星通信的概念也因此誕生

1954年,美國海軍成功實現了利用月球、無源氣球衛星等進行跨大洋的中繼通信,證實了通信衛星和衛星通信的實用價值。

1957年,蘇聯發射了第一顆人造衛星“斯普特尼克”(Sputnic),開啟了人造衛星進行有源通信的曆史,同時,蘇聯發射衛星這一标志性事件震驚了美國,史稱“斯普特尼克時刻”。

1958年12月,美國航空航天局(NASA)将世界上第一顆試驗通信衛星“斯科爾”(Score)發射到橢圓軌道上,利用星載錄音磁帶實現了異步電話、電報通信,正式拉開了衛星通信的序幕。

不過,衛星通信真正成為現實,還是在1962年的Telestar-1衛星的發射1962年7月,美國電話電報公司(AT&T)發射了“電星1号”(Telestar-1)低軌道衛星,實現了橫跨大西洋兩岸的電話和電視服務,這也是通過衛星通信建立了的美國和歐洲之間的第一個洲際鍊接。

1962年12月,AT&T又發射了“中繼1号”(Relay)衛星,進入1270~8300km的橢圓軌道,在美國、歐洲、南美洲之間進行了洲際電話、電視、傳真的傳輸實驗,并對衛星的通信頻率、姿态控制、遙測跟蹤、通信方式等進行了實驗。

在過去的60年裡,自從Telestar-1發射以來,通信衛星技術就開始以一種飛躍性的進展向前發展通信衛星的技術和應用在過去五十多年裡已經增長了許多倍。作為比較,在1963年發射的Syncom 2衛星的發射質量為68kg,持續運行三年并且具有幾瓦的發射放大功率。而如今的衛星,已經适用于全球區域和點波束區域應用。從模拟衛星通信、數字衛星通信,到衛星移動通信、窄帶衛星星座、高通量衛星通信和寬帶衛星星座等,人們正在朝着衛星時代狂奔而去。

互聯網的最後一公裡

這幾天,衛星通信方便,被讨論最多的,就是華為和蘋果之間的衛星通信争奪。一方面,今年蘋果秋季發布會邀請函為“太空”主題,讓不少業内人士猜測,蘋果 iPhone 14 系列将會支持傳言已久的“衛星通信”功能。而知名蘋果分析師郭明錤也公布了他對于蘋果衛星通信功能的最新研究,他認為iPhone 支持衛星通信已是必然,但該功能是否會在 iPhone 14 中落地,仍不能完全确定。

另一方面,相對于蘋果對衛星通信功能的遮遮掩掩,另一巨頭華為則大方得多,華為終端業務 CEO、智能汽車解決方案 BU CEO 餘承東在一段宣傳視頻中,就明确提及華為 Mate50 将發布一項“向上捅破天”的技術,另外有華為内部人士向媒體證實,華為 Mate50 的确将支持衛星通信功能。

而衛星通信之所以會讓科技大廠們為之争奪,則在于其背後所藏着的衛星互聯網的力量。随着互聯網和移動互聯網的發展,衛星通信開始進入衛星互聯網時代。而所謂衛星互聯網,就是指人麼直接通過衛星來訪問互聯網。人們隻要通過計算機衛星調制解調器、衛星天線和衛星配合便可接入互聯網。

互聯網上的信息在數據中心進行一系列處理後,進入衛星地面站,由地面主站發往衛星。遠端的用戶,無論是集體用戶還是個體用戶,都可以通過衛星信道獲取需要的信息。另外,衛星也可以将用戶所需的内容推送到用戶的硬盤上,這一切也可以通過衛星互聯網的運營商來實現。

衛星接入不受地域限制,真正實現了互聯網的無縫接入。要知道,國内的5G技術發展已經非常快速,5G基站基本覆蓋各大城市及鄉鎮縣城地區,4G基站的覆蓋面則更廣。但即便如此,4G/5G網絡都隻能覆蓋全球20%左右的範圍,更大的區域如海洋、沙漠、森林等都是“信息荒原”,一旦踏足這些區域,手機信号再強也會喪失打電話、發短信的能力。

實際上,從全球信息化建設來看,主幹網得到了足夠重視和大規模投入,帶寬有了極大提高,可以說網絡的主幹已經為承載各種寬帶業務做好了準備。但“最後一公裡”——從骨幹網到網絡用戶端之間的接入,由于不同的情況,而發展相對滞後,帶寬較低,已成為互聯網的“瓶頸”。當前,“最後一公裡”問題正得到越來越多人的重視,隻有解決好“最後一公裡”問題,互聯網才有可能達到“高速、互動、個性化”的最終目标。

目前全球的互聯網數據主要通過地下或水下光纜傳輸,光纜鋪設成本高,覆蓋範圍小是限制互聯網發展的主要原因,因此,要真正實現5G的萬物互聯願景,還需要借助可以真正實現全球覆蓋的衛星互聯網。衛星通信覆蓋範圍大、通信距離遠的特點,使其在大區域、稀路由、無縫隙移動通信方面有其他通信方式無法比拟的優勢。

一方面,衛星通信可以實現用戶在任何時間、任何地點高速地從互聯網獲取信息,并能對環境和物體進行信息監測和數據采集,滿足物聯網發展需求。另一方面,衛星通信是地面通信網的有益補充。将通信衛星網絡與地面網絡相互融合,形成天地一體化信息網絡,可以實現全球通信無縫覆蓋,彌補現有地面互聯網網絡的覆蓋盲點,滿足偏遠、分散地區以及空中、海上用戶的聯網需求。

争奪通信衛星入場券

可以說,衛星互聯網對于多媒體通信、信息服務和互聯網本身都具有極其重要的意義。衛星互聯網既是互聯網的延伸和補充,又是互聯網的強化系統,它的出現加快了通信多媒體化、個性化服務的進程。

并且,作為一種新的網絡系統和信息服務,衛星互聯網具有VSAT、ISP音視頻廣播等多種屬性,它橫跨了電信、互聯網和廣播電視三大行業,是促進三網融合的重要力量。衛星互聯網不僅将有望成為5G乃至6G時代實現全球衛星通信網絡覆蓋的重要解決方案,還有望成為航天、通信、互聯網産業融合發展的重要趨勢和戰略制高點。

對于世界各國和科技巨頭們紛紛搶占衛星通信市場來說,衛星通信展現出極具潛力的未來是一方面,另一方面,則在于衛星通信稀缺的軌道資源。空間軌道資源和頻譜資源具有稀缺性,已然成為一種重要戰略資源。低軌衛星頻率集中于C頻段(4-8GHz)、Ku頻段(12-18GHz)和Ka頻段(26.5-40GHz),其中Ka頻段速率更高,主要用于高通量衛星。

而Ka頻段雨衰現象較為嚴重,以至于各國開始向更高頻段的Q、V進行開發,衛星通信從低頻段向高頻段發展已成為大趨勢。目前TU對于衛星頻段軌道規劃遵循“先登先占”原則,在頻段軌道有限但組網衛星數量龐大的情形下,頻率與軌道成為稀缺戰略資源。

在頻道與軌道成為稀缺戰略資源的背景下,各國将衛星互聯網建設上升為國家戰略,推動衛星互聯網組網計劃。美國政府于2016年提出了宣布投資5000萬美元的創新基金,用于推動小衛星發展。俄羅斯發布向國内偏遠地區、遠離陸地的島嶼提供衛星互聯網覆蓋的計劃。1997-2019年間,全球共發射低軌通信衛星343顆,其中美國發射數量遙遙領先共計230顆,占全球數量的67.05%,俄羅斯、中國、阿根廷、加拿大、英國緊随其後。

馬斯克的星鍊計劃稱得上是目前世界上最宏偉的衛星互聯網計劃。星鍊計劃是由美國SpaceX公司提出的低軌道衛星互聯網星座系統。該系統由不同高度的衛星星座和若幹地面站組成,系統建成後,将由4.2萬顆低軌衛星組成的星座為全球衛星覆蓋區域提供高速的互聯網接入服務。截止2021年年底,SpaceX 已經發射了1944顆星鍊衛星。

SpaceX星鍊計劃之外,還有多方參與2021年衛星組網浪潮中。2021年,英國通信公司OneWeb公司通過8次發射将284顆OneWeb衛星送入太空,其在軌總數已達到394顆;亞馬遜的Kuiper計劃發射3236顆近地軌道衛星,投資超100億美元,但目前一顆衛星還未發射;美國黑色天空公司BlackSky衛星發射5次,共有7顆發射入軌、2顆入軌失敗;美國初創公司行星實驗室(Planet Labs)建設和運營的集群式對地觀測星座僅利用1次拼單任務發射Flock-4s衛星。

說到底,全球互聯網市場仍存在龐大的空白區域,而衛星互聯網就是連接這些“信息孤島”的最佳選擇。太空之大,也容納着人們古舊的夢想,衛星互聯網開啟的大航天時代,将是比大航海時代更加波瀾壯闊的偉大時代。而就目前來說,衛星通信之争,也是軌道資源之争,人類的未來必然是從地面互聯走向天地共建,現在,才剛開始一張入場券的搶奪。

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