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老兵戴辉:马斯克颠覆得了5G?回溯“卫星互联网”15年史

2020-05-01 20:33:33 来源:上观新闻 作者:戴辉

4月20日,国资委和发改委同时召开经济运行例行发布会,提到了新基建的范围,首次将“卫星互联网”纳入新基建的战略,中国要投大钱开始建设了!

天天乐棋牌4月23日,在被问及旗下SpaceX公司“星链”计划何时才能进行卫星互联网业务时,“钢铁侠”埃隆·马斯克给出了确切的时间表:3个月内私人内测,6个月内公测。

 

不少人认为,星链等低轨道卫星星座就是6G,那么,马斯克的星链能否颠覆5G、6G ?

这就要从卫星互联网的历史说起。卫星互联网2005年诞生于高通量通信卫星,是高轨道的同步通信卫星,迄今已经有15年。我们不妨来回顾一下卫星互联网的历史。

 

 

星链无法颠覆5G和6G,大家别被带偏了

钢铁侠伊隆·马斯克一直都很火。

2015年3月在硅谷,老兵戴辉现场看了他和英伟达CEO黄仁勋的关于特斯拉无人驾驶的高峰对话。随后特斯拉发布了自动驾驶功能,开启了人工智能深度学习的热潮。特斯拉在上海临港修了一个大厂,是中美合作的典范。

做好一个特斯拉已经很牛了,但神人马斯克还做了另外一个牛逼的公司——太空探索技术公司(SpaceX),扬言要“殖民火星”,赚足了大家的眼球。

纽约港的无畏号航母博物馆上停着企业号航天飞机。讲解员小伙告诉我:SpaceX的火箭比NASA(美国宇航局)自己的火箭要便宜很多,所以NASA干脆将近地轨道业务外包给了私人公司SpaceX。

SpaceX星链(STARLINK)计划一步一步成为了现实。疯狂的马斯克在2015年就提出计划发1.2万颗卫星,最近更是扬言要发4万颗。1.2万颗低轨道卫星的轨道分布在340—1300公里之间,使用Ku波段、Ka波段以及V波段。

图注:SpaceX可回收的猎鹰9号火箭可以搭载60颗卫星

4月22日下午12时30分,猎鹰9号火箭从佛罗里达州的肯尼迪航天中心基地发射,携带了60颗卫星,这是第七次成功发射。加上2颗更早发的实验星,有422颗卫星在围绕地球飞行了。

天天乐棋牌马斯克说,星链将在6个月内开始公测,首先服务的是高纬度地区(美国北部和加拿大)。

图注:星链官方网站业务发布信息

星链可以干什么呢?首先,这将构成覆盖全球的骨干传输网络。服务海洋、森林和荒漠等偏远区域,与海缆以及光纤的作用类似,但更加灵活。这也是O3b中轨道卫星星座应用成功的一个领域,等下我在O3b的成功经验中介绍。

其次,为飞机、邮轮、车辆等移动场景提供数据传输。我们在飞机上,也可以越来越多地用WIFI了。

另外,个人和家庭宽带上网。很多山高水长的地方,本来就在用卫星上网。星链的资费能够更加便宜,那就更好了!

有人称星链等低轨道卫星星座会替代5G和6G,也有很多人认为星链就是6G,这其实都不正确。

更有甚者,有人认为可以直接用星链上发出的WIFI信号。但卫星发出的是Ku, Ka, V波段的卫星信号,需要专门的接收终端。SpaceX并没有透露终端的大小,马斯克曾经说到“这些终端看起来就像是一个UFO插在了一根棍子上”。

所谓1G到5G其实指的都是地面移动通信系统(PLMN)。到了未来的6G,地面移动通信系统(如基站)也依然还是绝对的核心。当然,卫星通信可能会加入成为一个非常有益的补充。

星链会有很多应用限制。要有专门的接收终端,没有办法将其接收装置集成到目前的智能手机里。室内没有卫星信号,这是一个巨大的硬伤,需要外接天线(如架锅)。速率将远低于5G,资费也肯定比5G贵。现在4G的定向资费都已经到10元钱10个Gbps了,等到5G用户多了之后,可以更加便宜。

时延尽管比同步卫星小了很多,但还是远大于5G(更适合工业互联网)。

所以,星链是颠覆不了5G和6G的,但可以作为很好的补充。

O3b开局得胜,与华为3G最早技术合作

图注:左边是ELON MUSK,右边是格雷格·怀勒(Greg Wyler)

格雷格·怀勒是个狠角色,他第一个建立了互联网卫星星座的成功商业模式。

2007年,格雷格·怀勒创立了O3b Networks卫星公司,志在为剩下的30亿没有互联网接入的人(other 3 billion)提供互联网接入服务。2008年起获得了Google的投资。这其实就是坊间传说Google要搞卫星的开始,格雷格·怀勒还去Google做了互联网卫星业务的负责人。

天天乐棋牌O3b Networks运营中地球轨道(MEO)卫星星群,在赤道上空,距地球8000公里,比传统的地球同步(GEO)卫星更靠近地球。相比地球同步通信卫星,O3b的地面站传输的速率更高,还大大降低了时延,是真正的宽带卫星系统。覆盖范围限制在南北纬40°之间的区域,所需的卫星数量最少12颗,当然,多多益善,目前在轨有20颗。卫星接收天线体积大,设计复杂,要有两口可以自动旋转的“锅”,来同时跟踪两颗卫星(追星)。

O3b的成功商业模式就是和传统电信运营商和华为这样的技术伙伴进行合作。我就是最早的见证者之一。

2013年,O3b经过多年努力,终于有了12颗卫星,开始提供服务了。很快达到原计划1年1亿美金的收入水平,得到了市场的认可,首次证明了卫星互联网星座的发展前景。

2013年刚开张,就获得了在马来西亚Maju Nusa的网络上与华为3G基站联袂应用的订单,每个地面站可以提供高达几个Gbps的接入,服务于偏远区域的华为2G/3G基站业务回传。

老兵戴辉当时在华为企业业务BG负责业务发展,因此多次与O3b进行技术交流,采用O3b的回传,华为3G基站的语音、数据和视频业务都可以顺利实现。这在邮轮上应用也很有意义,形成了一个叫digital ship的解决方案。我的上司张顺茂发言:华为与O3b一起,可以提供高性能的基于卫星的通信解决方案。

2016年8月,国际卫星巨头SES整体收购了O3b,SES之前也是O3b的大股东(占比49.1%)。

格雷格·怀勒的O3b旗开得胜,给了野心勃勃的马斯克巨大的启发,终于在2015年为SpaceX找到了现实的挣钱的商业模式。

OneWeb悲情故事,只恨SpaceX太强

格雷格·怀勒一度在Google担任卫星互联网项目的负责人,后来又离开了。

2014年,他成立了OneWeb公司,计划打造由650颗低轨卫星组成空间卫星星座,为全球用户提供互联网接入服务。有了O3b中轨道卫星星座的成功经验,这次他要玩更加疯狂的低轨道星座。不过,好运气并没有始终陪伴着他。

2020年3月30日,OneWeb申请破产保护,所有股东的巨额投入估计都打了水漂,还欠下了巨额的债务。投资了30亿美元的软银孙正义欲哭无泪。只留下在天上74颗低轨道卫星,目前还无法提供业务。

OneWeb之所以破产,是因为无法在资本市场募集到足够多的钱。而马斯克的SpaceX,拥有可以回收的猎鹰火箭,大大降低了发射成本,投资方更加相信。

当然,破产也不一定意味着彻底关门,大家可以看看摩托罗拉最早发起的铱星的例子,现在已经成功了。

铱星是第一个低轨道卫星星座,凤凰涅槃

任正非曾说过,十几年前,前北电CEO欧文斯曾提出和我们合作做低轨道卫星,其实就是今天Facebook和Google提出来的方案。当时我们没有做,因为卫星可能涉及军工,我们上不碰军工,下不碰机密,民营企业恪守本份。那么,是否会出现一种东西把今天的电信网络颠覆?我相信一定会的。摩托罗拉的铱星计划其实就是一个很好的计划,但谁知道接着出现了光纤,就把它颠覆了。人类的电信网络难道就不能颠覆吗?

摩托罗拉倡议的铱星绝对是极具想象力的划时代构想,掀起了 “星座热潮”——用互联的大量低轨卫星提供移动通信服务。一张网覆盖全球,在不毛之地都可以打电话。

天天乐棋牌1998年11月1日,浩大的铱星系统终于投入了使用,66颗卫星分布在6个极平面上(并非绕着赤道),在780公里高的轨道上,每100分钟左右绕地球一圈,可以提供全球任何地点(包括南北两极)的电话业务。

此时,地面移动通信系统(GSM和CDMA)已经在光传输助攻下,占领了很大的市场。而铱星只获得了5万多用户,距离盈亏平衡的60多万用户相距甚远,还只能在室外打电话,室内没有信号。数据业务能力很弱,没有考虑到互联网的需求,这也是其失败的一个重要原因。

还有一个卫星被光传输干掉的故事。1997年,戴辉中山大学研究生毕业后差点去一家卫星服务公司工作。当年卫星很火,主要是为全国联网寻呼服务。不过,”全国联网寻呼+卫星传输“被“移动通信+光传输”干掉了。而寻呼台和寻呼机最大的供应商,也正是摩托罗拉。

天天乐棋牌破产重组后,铱星轻装上阵,一直在坚持运营。毕竟,山穷水尽的地方,大家还是有电话需求的。

第二代铱星系统叫Iridium Next,已经从17年开始重新部署了新一代的66颗卫星,提供大容量的互联网数据业务和电话业务,由马斯克的SpaceX的猎鹰火箭发射,一箭带10颗卫星。

铱星通讯 (IRDM)是纳斯达克上市公司,目前市值30亿美元。铱星劫后重生!京东上就可以卖铱星手机,7600元人民币就可以轻松拥有一个。

中国低轨道通信卫星蓬勃发展

国际上,扬言要做互联网卫星星座还有不少。加拿大TELESAT已经实验成功,这里地广人稀,需求旺盛。亚马逊也野心勃勃宣布了低轨道卫星计划。大家知道吗,沃尔玛也拥有卫星的。

中国也开始奋起直追了。

中国航天科技和航天科工集团分别提出了“鸿雁”和“虹云”低轨卫星通信星座计划,将分别发射300颗和156颗低轨通信卫星组建太空通信网,两个系统计划将于2023年建设完成。

2020年1月16日11时02分,民营公司银河航天成功发射了首颗通信能力达10Gbps的地轨宽带通信卫星-银河航天首发星发射升空,本次执行任务的火箭是快舟一号甲运载火箭。

5G卫星为低轨宽带卫星,是全球首颗Q/V频段的低轨宽带卫星。卫星升空运行后,可提供10Gbps带宽通讯能力,覆盖30万平方公里,相当于大约50个上海市的面积。

不过,单颗低轨道卫星的意义很小,因为在地球上空不断飞过,无法提供连续的通信服务。

卫星互联网于2005年诞生于泰国

卫星互联网并不是从现在非常热闹的低轨道卫星星座(如星链)开始的,其源头是高通量卫星。

泰国前首相他信是从电信领域大发家的,他敏锐地看到了老百姓对通信的迫切需求,于是在1991年11月7日成立了Shinawatra Satellite (目前更名为Thaicom),并获得了30年的卫星运营权。从93年开始,累计运营了八颗命名为 Thaicom的通信卫星,目前还有5颗在轨服务。

图注:IPSTAR官方推特上发布在日本的应用,为基站做回传

2001年,我来到了柬埔寨,参与Shinawatra Satellite在柬埔寨的子公司Camshin的GSM扩容项目。当年,Camshin不少偏远地区的基站都采用了母公司提供的卫星回传手段。

2001年,我和刘伟去了泰国总部,与时任Shinawatra Satellite总裁进行谈判。谈笑间,在商务上砍得我们大汗淋漓,但现场拍板将扩容项目给了我们。

中场休息时,我顺便参观了卫星展厅。里面展示了其所有使用的卫星模型,我还看到了即将发射的Thaicom 4模型,由阿尔卡特宇航出品,不过,这颗星后来成了Thaicom 5。

2005年8月11日最终发射的Thaicom 4(又名IPSTAR)是由美国劳拉公司研制,采用LS-1300S卫星平台,重约6.5吨,设计寿命15年,功率14千瓦,是当时世界上最大的商业通信卫星,大到必须要由一枚法国阿丽亚娜5型火箭才能将它送入轨道。它为包括中国在内的22个国家和地区的用户提供多媒体广播、宽带网接入、视频会议等高轨宽带业务。IPSTAR 卫星的总带宽高达45GB,其中12Gbps覆盖中国全境。

Thaicom的网站上至今还写着IPSTAR的威水史:IPSTAR(Thaicom 4)是新一代的IP卫星,通过IP协议支持通信,它也是世界上第一颗高通量卫星。

基于IP连接最大的好处是可以为用户提供动态带宽容量。按流量算钱,用多少给多少钱。在此之前,是固定的租用卫星带宽,不用的时候也要给钱。这个技术由来已久,加拿大TELESAT于1996年第一次通过卫星采用固定带宽的方式传互联网数据。

2001年,我在柬埔寨代表处工作时,当时办事处是租赁了一个E1(2MBps)的卫星专线连接国际互联网。楼外面,架设了一口两三米米直径的锅(天线)。

卫星的寿命一般是15年,直到今天,这颗伟大的卫星已经接近职业生命的晚年,但依然在轨。经历了亚太的几次救灾工作,包括:2008年5月的汶川救灾,2011年3月的日本地震和海啸等。遗憾的是,它最初设计覆盖的时候,将太多容量设计成服务中国东部和南部的发达区域,而对中国西部偏远区域规划的容量少,在下图中可以看到。

图注:Thaicom网站上,这颗伟大卫星的覆盖图。

高通量卫星大发展,中国奋起直追

卫星互联网业务就此诞生,按流量计费的商业模式蓬勃发展。2007年,我在赞比亚的一个森林营地住了一晚上的军用帐篷,与狮子大象河马鳄鱼为邻。经营营地的小伙子采用EMAIL和MSN来接订单,不打电话。使用的卫星流量很小,用多少流量就算多少钱,就是是基于IP卫星业务。

图注:最大卫星公司之一的INTELSAT关于HTS与常规FSS卫星的比较

2008年后,基于中国的“东方红四号”卫星平台,为国内通信卫星市场(中国卫通)和亚(如老挝、巴基斯坦)、非(如尼日利亚)、拉美(如玻利维亚)、东欧(白俄罗斯)等地区的国际商业客户共研制十多颗同步通信卫星。

中国卫通是国内的卫星运营商。中国卫通以及旗下的鑫诺卫星目前总共有15颗在轨的卫星。部分卫星进口,部分卫星是国产的东方红四号和五号平台。发射用的火箭则都是国产。

2009年,农村舅舅只用了200多元就架设好了锅,就是中星6B,可以看几十个卫视频道,还不用花钱。这颗卫星是法国泰雷兹(Thales)制作的。

2017年开始,中国也有了自己的高通量卫星平台——东方红五号卫星平台!

天天乐棋牌2017年4月12日,中国国首颗高通量通信卫星实践十三号发射成功。投入使用后,正式命名为“中星十六号”卫星。首次在中国高轨长寿命通信卫星上百分之百应用国产化产品应用Ka频段多波束宽带通信载荷,通信总容量达20Gbps,超过中国已研制发射的通信卫星容量总和,被誉为“超级空中路由器”。首次开展中国高轨卫星与地面的双向激光通信技术试验,速率最高达到2.4Gbps。

未来20年就靠她了!

与世界先进水平,我们相差了十多年,这颗星的水平基本相当于2005年发射的IPSTAR。最大的差距,就是集成电路。革命尚未成功,同志尚需努力!

适配卫星通信补上华为“全连接”最后一环

2016年 8月31日-9月2日,由华为举办的华为旗舰大会——华为全联接大会在上海世博会议中心举行。这是华为第一次以此主题开大会。从此,华为每年召开“全连接”大会。

卫星通信是华为全连接历史上最后补充的一个环节。很荣幸,这个工作我有份。

华为在通信设备领域确实是“无边际扩张”,微波和海缆都在本世纪补上了缺口。只有一个例外,就是卫星通信。但不做卫星通信,不意味着不与卫星通信公司合作。本世纪初,华为就为中国卫通提供提供了全国的软交换系统。

2001年柬埔寨,华为的GSM基站连上卫星之后就不工作了。经过研究才发现,卫星有较大的时延,基站和BSC(基站控制器)之间的握手信号不能适应,在预定的时间里收不到握手信号,系统就认为已经断链了。调整了相关的窗口时间设置之后,信令就立马正常了。简单搞定。

在基站上用卫星回传,一个场景是沙漠。

2002年五一假期,我在新疆旅行,看到横穿塔克拉玛干沙漠的公路沿线,有华为的“农村小基站”,采用的就是卫星传输。试着打了几个电话,很清晰。到现在为止,那里依然还是用卫星回传。

一个场景是在大洋里的众多岛屿上。第一个比较大的太平洋岛国项目是2005年在萨摩亚。还有一个场景是非洲大草原。采购部负责卫星资源采购的尼松林告诉我,非洲运营商MTN要求华为基站能够集成卫星回传的资源,并按月付费。

汶川救灾中,卫星+基站起了大作用

2008年5月12日,四川汶川发生特大地震灾害。5月13日,四川武警总队的一支救援队伍携带了北斗一号终端机,成为了第一支进入到灾区的队伍,并通过北斗短报文与外界联系。北斗的总设计师杨长风毕业于湖南南县一中,是我的中学校友。北斗是定位卫星,并不是通信卫星。

当时华为的应急总指挥蔡文杰介绍,运营商和一批华为专家带着设备坐直升飞机,结果因为风太大,第一次未能成功降落。由于噪音太大,不少华为工程师下飞机的时候,已经短时间听不到声音了。

后来还是成功空运了VSAT卫星通信地面站设备与通信基站来构建应急移动通信,华为也送来了一批充满了电的压箱底“长待机”手机。

天天乐棋牌华为的内部IT也用到卫星。07年去赞比亚代表处,看到了卫星大锅,我围着转了好几圈。

2012年,得知在缅甸首都仰光的代表处还在用卫星专线连接,当地的光传输实在发展得太慢了。不过现在也已经“光纤化”了!

华为要求ERP的应用要求反应很快,所以只能经过一跳卫星就到达深圳,基本上都是用的覆盖性能最好的C波段。

2012-2013的两年,我做梦都是物联一切。我推动了与N多卫星公司的合作和解决方案适配。华为的通信设备可以与卫星通信设备以及卫星自身构成联合解决方案,将企业BG所有的设备都与卫星拉通,相关解决方案(包括测试结果)全部在华为官网公示了出来。

合作的公司有两类。一类是集成调制解调器来建立VSAT 卫星地面站。主要有iDirect、Comtech、Gilat等MODEM公司,国内也有专业公司如华讯方舟和航天恒星等。

上图右边的小锅与MODEM一起就是VSAT接收终端,两者一起构成了卫星的地面接收装置。

天天乐棋牌一类是提供卫星链路资源的PCCW、BT、FT、Speedcast、中国三大运营商等,他们不拥有卫星但提供全球的卫星运营服务。也直接与拥有卫星的公司如中国卫通、AMOS、O3b(中轨道)等建立了联系。

iDirect的母公司在新加坡,大客户经理VICTOR YEUNG(杨康尧)专门来深圳和我们搞了一个合作发布会,我们去坂田巷子里的打字店一起商讨着打印了彩色的文档。华为主页上还有这样一张珍贵的合影:华为企业业务Marketing与解决方案部总裁张顺茂与iDirect Asia总裁Tom Cheong,举行高层会谈,签署合作MOU,奠定了双方合作战略。

前排签字人是Tom Cheong和张顺茂,后排正中的领带男是作者戴辉。

诺基亚贝尔实验室参观全球第一颗实用的通信卫星

通信上的技术进步,上溯源泉,经常和贝尔实验室都有关。

1962年7月10日,贝尔实验室与美国国家航空航天局(NASA)合作,成功发射世界上第一颗有源通信卫星“电星一号”(Telstar I),开启了现代通信时代。

诺基亚贝尔实验室展厅屋顶悬挂了这颗星的备份星。贝尔实验室于1954年发明的太阳能电池为该卫星提供了供电。

人类首次通过太空传输了第一帧电视画面跨越大西洋实现电视信号直播,实现了第一次越洋电话呼叫,并进行了第一次数据通信传输和第一次电传图像传输。不过,这是非同步卫星,所以当卫星绕到地面那一边的时候,就收不到信号了。

2019年初我去诺基亚贝尔实验室参观。前台女士热情地指着展厅的屋顶:那是一颗真的卫星(备份星),你们别忘了照相啊!

卫星在展厅屋顶上,挂得很高。我们都是脚踏实地低头拉车的人,确实走过路过容易错过。

图注:作者戴辉在诺基亚贝尔实验室

1963年发射的休斯公司制造的Syncom 2,是世界上第一颗地球同步通信卫星。同步卫星相比地面是静止的,因此可以持续24小时实现通信业务。霍华德休斯是个航空和航天的疯子,是第一代的钢铁侠。小李子主演的美国电影《飞行家》讲述了飞行家霍华德·休斯的故事。“多面”小李子唯一一次出演执着的技术狂人。霍华德·休斯同学后继有人,就是第二代钢铁侠马斯克同学。

天天乐棋牌中国第一颗静止轨道同步通信卫星——“东方红二号”通信卫星携带着4个C频段转发器,在1984年4月8日发射成功。

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