5月12日，快舟一號甲運載火箭將“行雲二號”01/02星兩顆衛星送入預定軌道，意味著作為中國航天科工天基物聯網星座的首發星——“行雲二號”正式展開在軌技術驗証和應用測試。“行雲工程”作為我國首個宣布自主投資建設的天基物聯網星座，計劃分α、β、γ三個階段，在2023年前后建成由80顆低軌通信衛星組成的天基物聯網星座，以期解決目前地面物聯網業務因蜂窩通信網絡覆蓋率嚴重不足而導致的“通信盲區”難題。

　　近日，國家發改委明確“新基建”范圍，衛星互聯網也首次被納入，同5G、物聯網、工業互聯網一起並列為通信網絡基礎設施。

　　而在大洋的彼岸，美國的SpaceX公司已發射了400余顆“星鏈”低軌通信衛星，這個號稱將向全世界提供衛星互聯網服務的低軌星座項目，同樣受到廣泛關注。

　　什麼是衛星互聯網？它和5G有何關系？能用普通手機搜到“太空WiFi”嗎？就衛星互聯網的種種疑問，南方日報記者採訪了多位通信專家。

　　●南方日報駐京記者 王詩堃 實習生 郭柏

　　◆焦點1◆

　　衛星互聯網

　　適用偏遠地區

　　根據軌道高度，高度500千米至2000千米的低地球軌道（LEO）衛星，因傳輸延遲更短、路徑損耗更小，因而受到廣泛關注。上世紀90年代建立的“銥星計劃”，是歷史上首個低軌通信衛星星座——它的業務是語音通信而非現在的互聯網。不過，隨著地面通信系統快速發展，在通信質量、資費價格等方面全面佔優，“銥星”最終黯然收場。

　　更成熟、應用更廣的通信衛星是高軌衛星。南京大學電子科學與工程學院副教授周海波介紹，軌道越高，覆蓋越廣。他舉例說，部署在地球同步軌道的衛星，基本上3顆就可以做到全球覆蓋。

　　據悉，我國的“天通一號”高軌衛星通信系統已經實現了覆蓋我國領土，並已向民眾開放服務。

　　隨著衛星發射技術、通信技術等發展，低軌衛星星座重新成為熱點。主要業務也不同於“銥星”的語音，而是以互聯網服務為主。“高軌道通信衛星時延大概在500毫秒以上，低軌衛星時延能夠在15毫秒左右，一些通信指標跟我們的3G、4G已經接近了。”周海波說。

　　而SpaceX的“星鏈”是其中最為“野心勃勃”：按照SpaceX最初的說法，其將發射1.2萬顆衛星組成“星鏈”，后又增加到4.2萬顆。

　　不過，在城市等人口密集區，光纖和無線蜂窩網絡始終是更經濟更高速的選擇。正如馬斯克所言，他並非要搶傳統通信公司的生意，由於衛星通信容量有限，星鏈網絡隻適用於人口密度低的地區。

　　西安電子科技大學通信工程學院教授田斌介紹，雖然衛星通信一般來說成本比地面網絡高得多，但它最大好處在於覆蓋廣，不受地表狀況的約束。低軌衛星構成的星座，可以覆蓋地球幾乎任意角落，包括沙漠、海洋、高山甚至航空場景中。

　　北京郵電大學信息與通信工程學院副教授王珂也認為，低軌衛星通信的首要作用是“填補空洞”。目前全球欠發達地區仍有30億用戶由於缺少通信手段而無法接入互聯網，低軌衛星的首要應用場景就是完成全球化的語音業務和互聯網接入。

　　“隨著通信技術發展，全人類實現上網和互聯是必然要實現的客觀實際。”王珂說，“衛星通信作為人類已知科學技術中，唯一在可承擔的成本下完成這一目標的手段，引起了全球通信界的關注。”

　　◆焦點2◆

　　無法取代5G，但可以互補融合

　　5G有哪些優勢？田斌表示，5G具有高速度、低功耗、低時延、支持萬物互聯的特點，“盡管低軌通信衛星也能趨向於這些技術指標，但需非常多的衛星、超大星座來實現，往往還是比5G的指標差一些。這是由用戶和衛星的距離決定的。”

　　“雖然技術指標和地面網絡有量級的差距，但衛星星座可以跟地面網絡形成很好的互補。”周海波說。

　　田斌舉了一個例子：預先在飛機、高鐵、輪船等交通工具上安裝具有星座接入能力的終端系統，當有地面網絡時，優先接入地面網絡﹔當無地面網絡時，終端接入低軌衛星通信網，這樣就能保証移動終端用戶“永遠在線”。

　　另外，在地面網絡欠發達地區，也存在地面基站和衛星互聯網融合的可能。王珂介紹，通信界有一個折中的方案是，在欠發達地區可以建立孤立的基站，所謂“孤立”指基站並不通過光纖連接，而是採用衛星中繼代替光纖，實現當地地面網絡的覆蓋。

　　在標准層面，全球的衛星通信廠商正努力將衛星通信並入到地面5G通信標准中。王珂介紹，3GPP標准組織已經成立了非地面網絡（NTN）的分支方向，來解決衛星進入地面通信系統的問題。在國際電聯（ITU）關於6G的文件中，也將衛星和地面通信網絡的融合作為6G網絡的一個重要特征。

　　田斌認為，低軌衛星通信可以是6G的有機組成部分。“6G是空、天、海、地全方位覆蓋的網絡技術，將融合陸地無線移動通信、高中低軌衛星移動通信以及短距離直接通信等技術，融合通信與計算、導航、感知、智能等技術，通過智能化移動性管理控制。”

　　低軌衛星通信也同“萬物互聯”的物聯網理念相當切合。王珂表示，衛星物聯網是目前全球商用衛星星座的熱點發展領域。衛星的廣域覆蓋特點，使其可對超大范圍內的大量設備提供通信鏈路，這就為大型的物聯網應用提供了基礎。“例如，可以通過衛星對全國的主干供電網絡、配電網絡等能源網絡完成信息的收集，實現資源的優化配置。”

　　◆焦點3◆

　　太空WiFi無法直接使用

　　關於衛星互聯網經常有一種誤解：通過手機可以像搜WiFi一樣搜到低軌通信衛星，然后聯網。

　　這種誤解或許來自於SpaceX有意無意的宣傳：馬斯克在推特上曾做過“廣告”，稱“星鏈”的WiFi用戶名是 Tintin A和Tintin B，密碼為“martians”（火星人）。顯然，並沒有人能用手機搜到這個“太空WiFi”，但謠言卻不脛而走。

　　公開資料顯示，“星鏈”使用的是Ku和Ka頻段，未來還將拓展至V頻段——它們都不是普通手機的工作頻段。因此，需要使用一個“天線”轉換信號。

　　事實上，后來馬斯克也曾辟謠說，要想用普通手機接收衛星信號，還需要一個披薩餅盒大小帶有天線的接收器，用來接收衛星信號，再連接手機。其他低軌星座的接收器也大同小異。

　　王珂介紹，目前國際上也有普通手機終端直接連接衛星的商業項目，但尚不成熟，還需進一步論証。

　　◆焦點4◆

　　會影響天文觀測嗎？

　　並非所有人都喜歡低軌衛星星座，意見最大的要屬天文學家。中科院國家天文台苟利軍研究員等人曾以《虛假星光帶來天文學的大災難》為題，撰文批評“星鏈”，指出其給全球天文觀測帶來了更大的難題。

　　苟利軍等人認為，“星鏈”衛星大部分時間亮度在5等左右，雖然肉眼幾乎不可見，但不管是對於星空拍攝者而言，還是對於專業的天文觀測（主要觀測目標為10—20星等的暗星）研究人員而言，這些衛星依然實在是太亮了。因為“星鏈”衛星的數量實在太多，所以導致愛好者和專業的天文觀測都因為這些星鏈衛星入鏡而產生了大量廢片。

　　他們還指出，不僅是可見光波段，即使是在射電波段，“星鏈”衛星依舊會造成嚴重的觀測干擾。為了避免“星鏈”衛星所帶來的不良影響，地面上的射電望遠鏡必須避開衛星過境的時間段來進行觀測。“如果星鏈衛星全部進入近地軌道，或許我們將不得不放棄一些波段的觀測，無疑這對於射電天文學來說是一種損失。”

　　怎樣解決這一矛盾？田斌認為，低軌通信衛星可以避開天文觀測特定的頻段﹔如在相鄰的頻段通信，可以採用濾波等技術減少對天文觀測的影響。

　　王珂則建議，天文站的選址需要考慮衛星星座的設計，反之亦然﹔還可以發展天外觀測站，如哈勃望遠鏡系統。

　　●名詞解釋●

　　根據軌道高度，衛星可以分為高度500千米至2000千米的低地球軌道（LEO）衛星，高度2000千米至36000千米的中地球軌道（MEO）衛星和高度約36000千米的對地靜止軌道（GEO）衛星。

　　與中高軌道衛星相比，低軌衛星傳輸延遲更短、路徑損耗更小，因而受到廣泛關注。

分享讓更多人看到