中國集群通信網(wǎng)
5G時代下衛(wèi)星移動網(wǎng)絡(luò)升級，低軌衛(wèi)星通訊星座該怎么發(fā)展
人類太空探索的歷史上一共經(jīng)歷了兩次低軌衛(wèi)星星座的浪潮。而這一次正在如風(fēng)如雨的席卷全球。這股衛(wèi)星星座的浪潮的背景是什么？到底什么樣的衛(wèi)星系統(tǒng)會成為解決人類通訊痛點的終極方案？
在說這一切事情之前，讓我們回憶一下上一次低軌衛(wèi)星星座浪潮發(fā)生的背景。
全球各地大量提出低軌衛(wèi)星星座的時代背景是蘇聯(lián)解體，世界兩極爭霸的格局徹底瓦解，歐洲建立了高度的一體化，此時美國正站在世界的巔峰。中國的改革開放進入到深水期。時代背景讓原來忙于發(fā)展戰(zhàn)略性核武器，確保互相摧毀的核大國之間把富裕的軌道運載能力用于改善民生，特別是建立起互聯(lián)互通的世界全球市場，經(jīng)濟全球化和區(qū)域經(jīng)濟一體化儼然成為主流。在這方面尤其是美國的公司提出的方案最多，這也正是美國跨國公司發(fā)展的黃金時代，正是這段時間我國經(jīng)濟中也吸收了大量的外國資本，像上海貝爾這樣的通訊公司開始涉足中國市場，這其中還有一大批以華為為代表的靠代理銷售外國通訊設(shè)備發(fā)展起來的民族企業(yè)。
在全球低軌衛(wèi)星發(fā)展的浪潮中第一次讓航天活動可以參與到全球行動中來。這其中就以火箭運載的全球化為代表。在這個過程中，俄羅斯先進的運載火箭發(fā)動機被倒手賣到了美國，發(fā)展起來的德爾塔等系列火箭，中國的長征系列火箭也開始提供商業(yè)服務(wù)，為美國發(fā)射移動通訊衛(wèi)星-銥星系統(tǒng)。歐洲建立了以阿麗亞娜火箭為支撐的商業(yè)發(fā)射市場。大量原本在國防軍事領(lǐng)域高度機密的國家機器被應(yīng)用到衛(wèi)星發(fā)射事業(yè)中來，無疑為低成本的商業(yè)衛(wèi)星星座的建立提供的可行的通道。
世界的通訊歷史中，無線電波的使用最早是從上個世紀20年代就有了，而航天領(lǐng)域?qū)πl(wèi)星通訊的使用還停留在廣播階段。直到1978年底，1976年美國摩托羅拉公司的工程師馬丁·庫珀于首先將無線電應(yīng)用于移動電話。美國貝爾試驗室研制成功先進移動電話系統(tǒng)(AMPS)，建成了蜂窩狀移動通信網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)容量。原本的網(wǎng)絡(luò)傳輸靠的是通信線纜，完全不適合進行長距離的通訊，莫爾斯電碼這種通信電臺也難以在普通人當中普及，更不用提它的便攜性。直到上個世紀80年代，隨著歐美一些大國，從軍事領(lǐng)域誕生來的通訊衛(wèi)星技術(shù)開始在個人通信領(lǐng)域得到應(yīng)用，這其中就以發(fā)明了第一顆地球同步軌道衛(wèi)星的休斯公司為代表。衛(wèi)星開始不僅僅停留在廣播電視的階段，也不僅僅只是滿足給軍隊通訊使用。特別是以Inmarsat海事衛(wèi)星組織以及后來成立的國際移動衛(wèi)星公司為代表的衛(wèi)星通訊運營商的參與，使得衛(wèi)星通訊可以深入到普通的個人消費者手中。在此過程中，地面移動通信網(wǎng)絡(luò)正從1G模擬時代往數(shù)字時代過渡，以GSM為代表的移動通訊技術(shù)飛速發(fā)展，大量的地面運營商誕生，大量的地面通訊服務(wù)開始提供，市場前景非常的巨大。
正是在這個時間段，衛(wèi)星移動通訊先天的優(yōu)勢被極大的激發(fā)出來，伴隨著美蘇爭霸過程中形成的以舉國之力做大事的格局觀，很多企業(yè)都相信只要下決心去干，就一定可以占領(lǐng)世界通信市場，這點意義絲毫不亞于大航海運動以及新航路的開辟。那個時代衛(wèi)星通訊運營商和地面運營上還處于水火不相容的狀態(tài)，有你沒我，都有互相取代對方的意思。正是因為這股巨大的商業(yè)價值帶來的沖動，無數(shù)的資本投入到衛(wèi)星移動通訊的浪潮中。尤其是在這段時間以互聯(lián)網(wǎng)等輕資產(chǎn)發(fā)家的美國新貴，沒有傳統(tǒng)的經(jīng)營壓力，像比爾蓋茨這樣的人也參與到Teledesic衛(wèi)星公司的建設(shè)中。
早期的低軌衛(wèi)星通訊星座還是以語音通訊為主要的服務(wù)，通訊覆蓋全球為數(shù)不多的衛(wèi)星在通訊容量有限的情況下提供個人應(yīng)用服務(wù)。那個時候地面的移動通訊網(wǎng)絡(luò)的需求還是以語音為主，人們似乎沒有意思到衛(wèi)星居然可以進行數(shù)據(jù)傳輸，而向銥星這樣的公司發(fā)展低軌衛(wèi)星的邏輯就是戰(zhàn)領(lǐng)全球移動通訊市場，徹底取代地面運營商。在這個過程中我們忽略了一點，那就是隨著半導(dǎo)體技術(shù)的日新月異，地面的傳統(tǒng)移動通訊網(wǎng)絡(luò)正在進行的天翻地覆的改變。當時看起來頗具先進的一些系統(tǒng)，高昂的語音通訊服務(wù)除了在少數(shù)的地區(qū)尚且有價值外，沒得辦法獲得更多的用戶。2G開始飛速發(fā)展。摩托羅拉自己既發(fā)射衛(wèi)星同時自己也做手機，但是它發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星星座的建設(shè)總師遲遲的落后于手機終端的發(fā)展速度，地面上手機不僅價格便宜，款式優(yōu)美，通訊便捷，甚至它還能通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽服務(wù)。而衛(wèi)星通訊還停留在高昂的語音時代，這在商業(yè)模式上是沒有價值的，除了在一些特定場合有需求的用戶，并不是太多人愿意為此買單。
在這個過程中一大批提出低軌衛(wèi)星星座的企業(yè)和計劃，要么倒閉了，要么就直接沒有完成部署。第一次低軌衛(wèi)星通訊浪潮開始退潮。這其中有兩家低軌衛(wèi)星還能勉強維持活著，其實銥星系統(tǒng)要不是因為破產(chǎn)清算那么它估計現(xiàn)在也死了。而值得我們思考的是除了技術(shù)的飛速發(fā)展外，全球通訊行業(yè)出現(xiàn)了地區(qū)保護主義卻讓GEO地球同步軌道衛(wèi)星這種提供專業(yè)化服務(wù)的衛(wèi)星平臺得以喘息。
話回到今天，到底什么背景讓全球低軌衛(wèi)星浪潮重新活躍起來。
首先我們從衛(wèi)星同業(yè)競爭的角度來看，高軌衛(wèi)星由于站得高看得遠，對于區(qū)域覆蓋優(yōu)勢非常明顯，但是高軌衛(wèi)星很少有提供終端消費服務(wù)的，主要模式要么就是數(shù)字廣播要么就是專網(wǎng)通訊服務(wù)。原因就是衛(wèi)星的容量太小了，資費太貴了。而深挖其中的根源其實是整個衛(wèi)星制造發(fā)射運營領(lǐng)域的問題。首先高軌衛(wèi)星的體積太大，上來就是幾噸甚至十幾噸。不僅造成了制造成本的上升，發(fā)射成本也非常的高昂。加之地球同步軌道資源有限，不可能允許大量衛(wèi)星的出現(xiàn)。而反觀這些年尤其是以手機制造技術(shù)發(fā)展帶來的集成電路系統(tǒng)的快速迭代，原來體積巨大的衛(wèi)星功能卻可以通過更小的平臺來實現(xiàn)，麻雀雖小五臟俱全。火箭運載水平顯著提高，歐洲，日本，甚至印度這些國家都發(fā)射了自己的大推力火箭。更甚至于像以美國太空探索技術(shù)公司的獵鷹火箭為代表的商業(yè)企業(yè)，火箭發(fā)射成本極大的降低了。而傳統(tǒng)的俄羅斯和中國這樣的航天大國，紛紛適應(yīng)形式，開啟了商業(yè)化的航天發(fā)展道路。大規(guī)模大批量的發(fā)射低軌衛(wèi)星從商業(yè)模式上成為可能。
同通訊技術(shù)發(fā)展的角度來看，制約高軌衛(wèi)星提供終端服務(wù)的根本原因就是衛(wèi)星容量太小，像民航飛機，船舶很多都用不起衛(wèi)星資費。而地面數(shù)字寬帶的技術(shù)正在日新月異，終端的應(yīng)用軟件本身就升級成了高通量的數(shù)據(jù)使用者，沒有通訊容量上的支持是不符合衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢的。這一代在90年代后期上馬的大量高通量GEO地球同步軌道衛(wèi)星為例子就可見一斑。其次讓我們看看通訊頻率的使用趨勢。可以說國內(nèi)外申請L波段去用作衛(wèi)星通訊幾乎不可能，低頻段的容量有限，本身早已飽和，在競爭如此激烈的今天想讓國際電聯(lián)授權(quán)你使用這個頻段，沒有相當?shù)谋旧硎切胁煌ǖ摹Ｋ韵乱淮牡蛙壨ㄓ嵭l(wèi)星必然的趨勢就是往高頻走。高頻段的很多特點尤其適合低軌衛(wèi)星這種平臺。首先以毫米波為技術(shù)的高頻通訊主要面對的還是一些追求大數(shù)據(jù)大帶寬對時延有要求的客戶，低軌衛(wèi)星高度低先天延遲就很小。二個有了容量上的優(yōu)勢，它可以直接提供給海量的終端消費者服務(wù)，這一點在容量有限的高軌衛(wèi)星是不可能想象到的。
此輪全球低軌衛(wèi)星浪潮很大一部分得益于中國的衛(wèi)星參與者。除了有國家隊提出了類似于行云，虹云，鴻雁星座之外，還有一部分像信威，世域公司這種民營衛(wèi)星通訊企業(yè)。信威通訊是我國最早涉足衛(wèi)星通訊額民營企業(yè)，世域天基通訊是我們最早系統(tǒng)化的提出建設(shè)SAT5G毫米波低軌高通量衛(wèi)星的企業(yè)，從世域公司同歐方的牽頭公司空客全球總裁的信息交換的通道看，該項目可以說跟歐美地區(qū)空客波音這種世界的衛(wèi)星公司處于同樣的地位，據(jù)信息顯示世域公司也即將在2018年發(fā)射全球首顆以5G毫米波通訊為技術(shù)的通訊試驗衛(wèi)星，并擇機發(fā)射入軌。而2017年6月，由衛(wèi)星行業(yè)生產(chǎn)廠家、運營商、高校等16個單位（如BT、Avanti、SES、University of Surrey）聯(lián)合成立了SaT5G（Satellite and Terrestrial Network for 5G）聯(lián)盟，該聯(lián)盟旨在通過一系列的研究、開發(fā)和實驗等工作，在30個月內(nèi)摸索出衛(wèi)星通信和5G無縫集成的最佳方案，并在歐洲進行試用。該聯(lián)盟的工作成果將極大影響5G標準內(nèi)容的制定。為什么中國的公司會越來越不遺余力的發(fā)展低軌衛(wèi)星星座。這其實和我們國家經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢緊密相關(guān)。中國即將進入以創(chuàng)新為驅(qū)動的新階段，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型要求我們必須發(fā)展以航空航天，智能制造等為基礎(chǔ)的高科技當中。同時隨著一帶一路概念的提出，中國的大量的優(yōu)勢產(chǎn)能也亟待找到全球市場。而通信技術(shù)，云計算能力正是中國對外高科技輸出的未來龍頭。中國的民營企業(yè)正和國家企業(yè)之間優(yōu)勢互補，共同譜寫新的神話。這其中還包括像海能達收購美國通訊設(shè)備制造上和達華智能這樣收購國家星軌運營公司的企業(yè)。這也是中國資本對外輸出的典型案例。
低軌衛(wèi)星中這些年來國際上唯一新誕生的就是美國ONEWEB公司，其他的像銥星下一代星座，ORBCOMM星座，O3B都算是歷史的產(chǎn)物。而作為全球衛(wèi)星通訊最為發(fā)達的美國發(fā)展出了oneweb低軌高通量衛(wèi)星必然是有原因的。但是這并不意味著我們要完全的模仿別人，東施效顰往往會鬧出笑話。從歷史經(jīng)歷上來看我國也從來沒有經(jīng)歷過任何一次低軌衛(wèi)星浪潮，到底哪一種模式會最終獲勝，預(yù)計也會像美國的經(jīng)歷一樣，大浪淘沙。而衛(wèi)星星座這種事物先天的只要戰(zhàn)略上選擇錯誤了，就意味著失敗的開始。這也是國外很多企業(yè)遲遲不敢下手的原因。很多人詢問今天發(fā)展低軌低頻物聯(lián)網(wǎng)星座有沒有機會，這是一個不太好回答的問題。ORBCOMM之所以能維持到今天，建立在它各方面的選擇都比較適合的情況下，比如它選擇了頻率授權(quán)不嚴格的VHF業(yè)余無線電水平，主要方向物流信息，這使得它的終端成本非常便宜，允許集裝箱每個裝一個每隔幾天通訊一次。從衛(wèi)星的質(zhì)量和造價來看，高頻和低頻衛(wèi)星之間并沒有顯著的差距，也就是說同樣的空間內(nèi)為什么要允許一個容量密度更低的項目在市場上存活。其次它本身沒有星間鏈路，意味著它不具備實時通訊能力，對現(xiàn)代通訊提倡的低時延高通量的需求看來滿足不了了，也不可能在未來的物聯(lián)網(wǎng)，智能汽車領(lǐng)域開展應(yīng)用。更加令我們不能忽視的是今天整個移動通訊網(wǎng)絡(luò)比任何時候都發(fā)生了巨大的革命，以第五代通訊技術(shù)為基礎(chǔ)的通訊技術(shù)浪潮可以說將會是一個終結(jié)性的大一統(tǒng)。衛(wèi)星通訊星座也必須瞄準最新的技術(shù)趨勢去實踐。試想一下，一個對終端要求很高，依賴星間鏈路，重量，成本很大的低頻星座如何去戰(zhàn)勝高頻高通量低軌衛(wèi)星和地面NB-IOT,LORA基站融合建立的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)？僅僅在終端這一個方面，地面成熟的終端企業(yè)可以直接把5g的終端全部集成到手機中，并不需要增加用戶任何成本。
隨著5G時代的快速到來，衛(wèi)星移動網(wǎng)絡(luò)必然要同步進行升級，在這方面如果落后太多就會造成代的差距，發(fā)展低軌衛(wèi)星通訊星座也必須堅持這個原則，適度的提前和領(lǐng)先，才能讓中國在未來世界移動通訊的發(fā)展中站在不敗之地。
世域天基通信 鵲橋低軌星座
(責(zé)任編輯：李俊勇)