趣头条|颠覆5G、宽带，想要占山为王？别急，我们来算笔账......

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本文转载自瞭望智库
作者奥卡姆剃刀
美国太空探索技术公司（SpaceX）创始人埃隆·马斯克（Elon Musk）倡导用卫星提供高速互联网服务，推出了“星链”（Starlink）项目。此前， SpaceX与美国军方达成协议，使用星链卫星群为美国陆军进行通信测试。马斯克表示星链计划不仅要超越5G ，而且要淘汰全球的宽带。

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2018年2月， SpaceX的猎鹰九号在加利福尼亚成功发射，它携带的两颗星链实验卫星宣告了星链建设的正式开启。在此之后， SpaceX加快了星链的建设速度。 2019年， SpaceX在佛罗里达发射了两次猎鹰九号火箭，由于星链卫星的体积较小，猎鹰九号一次性可以搭载60颗卫星。不过这离SpaceX 发射12000颗的计划还很遥远，因此2020年开始， SpaceX几乎以每个月一次的频率向太空投放新的星链卫星，每次的数量为60颗。
截至目前，星链计划在轨的卫星已经达到了约600颗。根据马斯克的短期计划，今年星链系统就要实现美国北部以及加拿大等北美高纬度地区的网络覆盖， 2021则将实现接近全球覆盖的水平。去年10月，马斯克已经能够通过星链发送推特，并且他表示该系统已经能够提供天基互联网的功能。
星链到底要干什么？真的会成为5G的威胁吗？
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“放卫星先驱” ，铱星计划

星链计划，让我们想起早年的“放卫星先驱”——铱星计划。
上世纪90年代，摩托罗拉公司工程师巴里·伯蒂格的妻子在加勒比海度假时抱怨道：由于身处偏远地带，无法用手机联系客户。
于是，巴里和另外两名工程师讨论后决定干脆建立一个能够全球覆盖的卫星系统，让用户在世界上任何地方都可以打电话。

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铱星电话
7条卫星运行轨道，每条轨道上均匀分布11颗卫星，就像化学元素铱（原子序列是77）原子核外的77个电子围绕其运转。因此，它被命名为铱星计划。
铱星计划直接解决了当时基站覆盖技术难题，让用户在任何一个地方都可以通过铱星实现通讯。
铱星设计不仅理念先进，进展也是一路高歌。到了1998年5月，布星任务全部完成， 11月1日，正式开通全球通信业务。
然而，运营后的现实给了铱星计划一个当头棒喝。
一是其体验远不及地面的高密度蜂窝网络。当时传统地面移动通信，即手机蜂窝网，几乎完全占领了市场。
二是入不敷出。在人口集中的城镇地区，大家肯定使用更便宜的地面基站；偏远地区没有基站，人们不得不使用铱星通讯，为节省昂贵的话费，只言简意赅地交流紧急事务。
这种被视为应急求援的手段，其实只有少数有钱人才能负担得起。仅用户语音终端就需要3000至数万美元不等，空间段费用也达每分钟3～7美元。
为了维持住几十颗卫星的运转，铱星计划不得不收取高昂费用。收费越高，用户就越少，用户越少，则收费越高，形成了恶性循环。
在双重打击下，铱星计划的运营之路磕磕绊绊。
到了1999年4月，铱星用户也不过才1万， 4个月后，上升到2万，与贷款合同要求的用户数还有很大距离。接着，在拖欠15亿美元贷款的两天之后，铱星公司提出了破产保护的申请。
铱星在商业上失败后并没有破产，而是被美国军方看上了。美军觉得一旦打起仗来，没有地面基站的支持，铱星就可以为美军提供全世界任何地方的可靠通信，这个能力让美军视若珍宝。
2006年，美国海军陆战队作战实验室、海军水面作战中心的Dahlgren研究室与卫星运营商铱星公司和管理铱星的波音公司达成一个研究与开发合作协议，目的在于当传统无线电通信信号传输受阻时，不用地面通信基础设施就能为士兵提供超视距通信。军方注资让铱星计划得以延续。
虽然摩托罗拉的铱星计划失败了，却留下一个不错的思路：通过发射卫星传输通信信号。
SpaceX公司的星链计划跟铱星计划的作用类似，它们都支持在人迹罕至没有基站的地方的高速连接，同样造价不菲。
又贵又亏的卫星互联网，为什么吸引了这么多人？
2
能不能成功上位，取代5G？
SpaceX公司创始人马斯克曾表示，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 。

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SpaceX公司创始人马斯克
星链取代5G的言论一时间甚嚣尘上。
它真的会成为5G的威胁吗？
首先，先说卫星覆盖。
到2020年底，中国将建设80万个5G基站，对于全国覆盖还远远不够，理想情况应该建设1000万座以上。
很多人被1万多颗星链卫星的数量吓到了，这其实是误解。 1万很多吗？一颗星链卫星的带宽是20Gbps ，而5G基站的带宽是15Gbps ，两者相差不大。区区1万多颗卫星，能提供的连接密度和通量密度，跟地面基站是没法相提并论的。
连覆盖中国服务都没戏，又谈何服务全世界？
其次，连接设备受限。
星链卫星使用的是通信卫星常规的ka和ku波段，跟手机频率不匹配。马斯克的互联网卫星使用的是Ka和Ku波段，在20GHz左右。而我们用的智能手机使用的Wi-Fi频段分别是2.4GHz和5GHz 。因此必须使用专用的卫星手机或者要使用转发器。
再次，多数星链卫星的高度是1150公里，信号从地面发出到再返回差不多2300公里，仅光速时延就高达7毫秒，这还没算信号落地的处理时间，这么高的时延完全满足不了1毫秒的5G端口时延指标，无法应用于无人驾驶、远程手术、工业互联网等，也就无法满足5G产业升级的要求。
去年国际电信联盟已经确立了6G的三大使用场景，跟星链计划没有任何关系。无论是现在建设中的5G和正在研究规划的6G ，都是以地面基站为基础的， “星链计划”这样的卫星系统只能作为地面通信网络的有益补充，而绝不可能颠覆和替代前者，这是通信界的共识。
采用星链项目这样的技术，是由美国特定国情决定的——人口密度低，基站间平均距离远。铺设同样长度的光缆，在美国和在中国能够连接基站的数量级可能都不相同，在人口密度低的地方铺设光纤投入产出比太低，于是，互联网连接技术应运而生。
换言之，星链的主要目标市场是美国，目的是用来解决美国人口密度低的地区的互联网接入。
所谓“超越5G、直达6G”的说法，是美国在跟中国竞争5G主导权失利的情况下，散布出来的政治谣言。
3
星链，为了抢夺而存在？
想要理解卫星互联网的意义，首先要明白两件事：频谱和轨道。
先说抢夺轨道，为什么会有抢夺轨道的担忧呢？
首先，卫星在运行中必须占据某个轨道位置，其中有位于赤道上空的对地静止轨道，有SpaceX想要放置卫星的近地轨道。但不管哪个轨道，其空间资源都是有限的。

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其次，来自图片的误导，有的卫星图片看起来非常拥挤，把地球画得很小，把卫星画得很大，其实这是比例严重不对等造成的错觉。
其实这种担忧完全没有必要。
第一，我们将星链计划中的轨道类比成了赤道上空同步静止轨道，赤道上空同步静止轨道的确比较拥挤，因为是一个环。但星链计划中所采用的中低运动轨道是球面，情况完全不同。
举个例子，地球表面积5.1亿平方公里，如果每隔一公里摆一辆卡车，可以摆5亿辆卡车。而卫星轨道面当然比地球表面积大得多，即使以10公里的间距发射卫星，仍然可以摆放500万颗，所以说区区1万颗抑或是4万多颗卫星就想把卫星轨道占满了，这根本就是无稽之谈。
第二， “星链”二期的卫星高度是550公里，这个位置还是有稀薄空气阻力的，再加上地球是个不规则球体，引力并不均衡，低轨卫星必然会偏离轨道，随着时间的推移跌落大气层烧毁也是很有可能的。
星链计划的时间跨度是十年，后期的卫星还没发射，早发射的卫星正常运行还是个未知数。
再说抢夺频率。
一般来说，所有卫星频率都必须通过两级报备，先报给自己本国的无线电管理部门，例如在中国是报给工信部无线电管理局；在美国是报给FCC（联邦通信委员会），经由本国政府同意后再报给ITU（国际电信联盟）。
目前，已经在轨运行开展业务的卫星频率具有高优先级，新发射卫星的频率要保证不与这些高优先级频率冲突，这就需要大量的协调工作。因此每年中国工信部在国际电信联盟的会议上，就会找很多有卫星的国家进行多方协商、沟通，甚至权益交换，协调工作非常复杂。
而星链卫星的频谱，其频谱规划的是10GHz到20GHz ，这是通信卫星最常用的Ku和Ka段，既然常用就说明以前早就被人占用，因此在进行无干扰认证的时候就非常困难。而作为美国的重点项目，联邦通信委员会网开一面批准了它在美国上空的使用权，但在其他国家上空就会有两种情况。
一是对经济欠发达国家而言， “抢夺频率”问题的确存在。反正本国也没卫星，不存在干扰问题，这些国家政府没有必要、没有动力、也没有能力去管辖，因此星链卫星这些地方畅通无阻。
二是卫星大国中Ku和Ka频段早就被占用了，星链就必须论证不会影响前序卫星的正常工作，要提供电磁兼容性证明，还要得到所在国的批准。美国卫星过境我国时，开机状况需要得到我国的批准，但这个规则是对等和公平的，我国卫星过境美国时开机情况，也得要美国政府的批准。
既然有政府的严格管控，鉴于Ku和Ka频段的常见性，跟我国通信卫星有重叠。下图在是国际电信联盟网站查询到的中国Ku和Ka卫星注册信息，已经有32颗卫星在我国上空拥有优先级，至于星链的卫星需要与他们逐个谈判，然后还要得到通信管理局的批准。抢占频率的问题也不存在。

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但星链计划还是造成一些困扰。
比如光学天文学。夜晚，地球上空的这些近地轨道卫星可以被太阳照得非常明亮。利用光学望远镜对太空进行观测，就好比是给太空照相。这些明亮的星链卫星可能使部分天文图像都曝光过度，一片白茫茫。
而随着太空互联网的市场越做越大，可能将有越来越多的卫星飞上天。一方面是巨大的商业利益，另一方面，观测甚至是普通人仰望星空，未来也许都会变成一件奢侈的事情。而解决这些矛盾也并不是件容易的事情。
栏目主编：张武本文作者：瞭望智库文字编辑：董思韵题图来源：新华社 【趣头条|颠覆5G、宽带，想要占山为王？别急，我们来算笔账......】图片编辑：笪曦