星鏈要突襲華為? 衛星網際網路再不搞就來不及了

星鏈要突襲華為? 衛星網際網路再不搞就來不及了

　　10月11日，SpaceX星鏈官方網站搞了個大新聞，那就是他們打算全新推出星鏈直連手機業務（Direct to Cell）。

　　根據SpaceX官網，這種直連無需更改硬體、固件或特殊應用程序，一旦實現后，星鏈提供的衛星直連服務可以適用於所有現有的LTE手機。而根據官方路線圖，SpaceX公司預計在2024年實現簡訊發送，2025年實現語音通話，同年實現上網（Data），並分階段實現IOT（物聯網）。

　　這可是平地一聲雷啊，眾所周知，華為在8月底開售Mate60Pro的時候最大的賣點之一就是可以直接從手機上打電話到地球同步衛星上。而為了這事，中國電信和華為合作，各種開發硬體軟體，甚至衛星也做了適配才搞定。星鏈那麼快就能做到不用改手機就行？

　　這個難度有多大呢？首先就是LTE手機，LTE手機指的是我們很多年前，手機從3G向4G過渡時候的3.9G手機。眾所周知，兼容能力是電子產品設計生產最難的幾個難關之一。馬斯克居然宣稱，只要那種水平以上的老手機，就可以使用星鏈就能實現無縫訪問文本、語音和數據的能力。

　　這毫無疑問是一個巨大的挑戰，甚至匪夷所思。因為現在如果要實現和星鏈直接連接，依舊需要一個外置的智能化的無線通信衛星鍋，而這口鍋從某種意義上來說是一種相對廉價、功率有限的類有源相控陣通信組件。

　　而且，即使每顆星鏈衛星下方都裝備有真正的有源相控陣通信組件來滿足通信需求，現在技術還是不夠搞衛星直連的。我們手機聯網時候的發射功率可能也就0.1W到1W之間，而根據中國電信的披露，Mate60Pro打衛星電話的時候就要大約2W的功率用於通信。

　　雖然星鏈是以低軌衛星通信為主的巨星座，但是上網所需要的數據量也不是打電話能比的，畢竟正常星鏈地面接收器的發射功率也在2.4W左右。

　　也就是說要做到這個，那就必須要把星鏈衛星的對於地面發射數據請求的感知能力再提高一個數量級。然後星鏈才擁有在數以億計的手機等移動終端中，精確找到這個數據請求，然後返回數據的硬體前提。這個能力的難度可想而知有多大。

　　在個人的認知層面中，也許只有未來星鏈進一步升級軟硬體，以及應用參考MIMO的低軌道多星協同通信技術才有可能實現。

　　拋開未來這條技術路線能不能成功不說，隨著華為直連衛星電話和北斗消息的功能成功救了好些人的命之後，華為供應鏈，尤其是手機衛星通信供應商之一，華力創通，成為前段時間整個A股市場最受關注的股票。

　　而在10月7日，工信部發布的《關於創新信息通信行業管理優化營商環境的意見（徵求意見稿）》更是為這個討論增加了一把大火。

　　在這份文件裡面，工信部希望：「統籌推進電信業務向民間資本開放，加大對民營企業參與移動通信轉售等業務和服務創新的支持力度，分步驟、分階段推進衛星網際網路業務准入制度改革，不斷拓寬民營企業參與電信業務經營的渠道和範圍。」

　　這也就意味著國家正在對衛星網際網路開綠燈。這一下就點爆了原本就已經很火的衛星通信和衛星網際網路的概念和討論。

　　那麼為什麼我們現在要上趕著給衛星網際網路開綠燈？這對於我們的未來又意味著什麼呢？別急聽我細細道來。

　　衛星網際網路這個東西也不是啥新鮮概念，早在1993年12月，休斯飛機公司就向美國聯邦通信委員會（FCC）申請發射第一顆Ka波段衛星Spaceway的許可。

　　1995年，FCC發出更多Ka波段衛星應用的號召，吸引了15家公司的申請。其中包括EchoStar、Lockheed Martin、GE-Americom、Motorola和 KaStar Satellite（後來成為WildBlue）。

　　但是早年的探索，多數以失敗告終，而這個潛在的商業市場第一個破局者是馬斯克和他的SpaceX。這段故事對於多數人來說都有所耳聞，在這我們就不多加贅述了。而到了2023年的今天，即便是最強硬的質疑者，也不會對於這個模式的潛力產生質疑了。

　　畢竟2022年的俄烏戰爭中，烏克蘭能夠成功發動幾十萬大軍發動反擊乃至大規模攻勢，其中很重要一部分原因是在通信方面利用了馬斯克的星鏈進行數據支持。這也為其他國家堅定投資類似項目掃清了最後一個論證障礙。

　　有人可能會問了，現在一個星鏈一個月價格挺貴的，我們國家現在搞這個也不會太便宜，而且現在我國5G普及率那麼高，為啥要上趕著入局呢？等幾年再說也不是不可以啊。

　　這個理解也不能說錯，但是就現在來說我們入局不僅僅是因為星鏈的噱頭，而是確確實實地感受到了，如果現在不入局，佔好位置，後面入局留給我們的空間就越來越小了。

　　這是因為根據國際電信聯盟（ITU）的公認規定中，對於衛星的軌道和通信頻率資源，先申報的國家具有優先使用權，只要衛星申請的資源七年不用，那就自動生效自動失效。后申報國家要等先申報的國家資源失效或者協調以後才能用。這事我國當年就有一段傳奇經歷。

　　早在上世紀九十年代的時候，我國希望加入歐洲的伽利略全球衛星定位系統的計劃，到了2003年的時候，歐洲也主動邀請中國加入伽利略全球衛星導航系統的研製。

　　2004年中歐正式簽署技術合作協議，中方承諾投入2.3億歐元的巨額資金。然後轉過年我們就被羞辱了。

　　2005年，伽利略計劃進入了實質性階段后，歐洲方面或主動或被動地開始排擠我們，最終迫使我們在沒有任何實質性回報的基礎上退出了該計劃。我國也是憋了一口氣，接下來就全力支持自研的「北斗」衛星定位系統。然後就有了一出經典的北斗衛星和伽利略衛星搶頻率的戲碼。

　　根據國際電信聯盟規定，分配給用於導航的頻率只有1164-1215MHz，1215-1240MHz，1240-1260MHz，1260-1300MHz，1559-1610MHz共5段。

　　其中先發射上天的美國的GPS已經佔有了以1176MHz、1227MHz、1575MHz為中心的頻段，俄羅斯佔據了以1246MHz、1602MHz為中心的頻段。

　　那給我們和伽利略剩下的衛星導航系統的頻率只有1260-1300MHz頻段，以及其他4個頻段的一部分。

　　而可用的頻率資源是衛星定位系統建立的前提條件，而我們可以看到，北斗和伽利略提供供高精度的定位和導航服務的中心頻率都是1207.14 MHz。

　　這個頻率中國是在2000年4月17日申請的，歐洲是在2000年6月5日申請的。根據規定，如果要啟用這個頻率，各自需要在2007年4月17日和2007年6月5日前使用。這對歐洲人有優勢，因為他們當時更有錢有技術。

　　當時，歐洲在2005年12月28日發射了試驗衛星Giove-a，並在2006年1月12日發出了導航信號。這樣壓力來到了我們這邊，畢竟雖然我們申請得早，但是如果到時候沒有信號發出，那申請得早也沒用，資源也沒了。

　　所以我們就趕在2007年4月13日發射了北斗二號第一顆試驗衛星，最後壓線在4月17日發射了導航信號。這樣我們成功保住了資格，並且依據申請頻率的第二條規定「如果多方申請同一頻率，各方需要協調」和歐盟開始爭奪這個頻率的使用權。

　　最後這事隨著歐盟自身能力下降，中國北斗衛星的發射進度反超伽利略，歐洲最終在2015年與我們達成了和解，雙方共用這一頻率。

　　爭奪頻率這事雖然已經過去了16年，但是類似的事情正在衛星網際網路問題方面上演。因為可以用於衛星網際網路的頻率正在變得越來越少了。

　　初中物理我們學過，無線電頻率和波長相乘與光速相等，所以這倆是互為倒數。

　　一般來說，頻率越高的無線電波段，傳輸數據的理論上限越高，可以用的頻率也越多。

　　比如現在ITU批准的5G網路一共有29個頻段，主要被分為兩個頻譜範圍，其中6GHz以下的頻段共有26個（統稱為sub-6GHz），也是現在我們常用的5G；而毫米波頻段有3個，一般會被視作5.5G的使用頻率。

　　為了避免通信衝突以及處理兼容性問題，5G sub-6G所有26個頻段中，理論上的最大系統帶寬沒有超過100M，而毫米波則可以達到400M。

　　相比於現在的5G，5.5G技術理論上各主要性能峰值都可以提高一個數量級。它將支持下行10Gbps峰值速率、上行1Gbps峰值速率、毫秒級時延、低成本千億物聯，以及感知、高精定位等超越連接的能力。

　　但是對於衛星網際網路來說，能用的頻率選擇範圍就越來越少了。根據國際電信聯盟（ITU）的定義，用於衛星通信的頻段包括：

　　UHF（Ultra High Frequency）波段：頻率範圍為300MHz-3GHz，對應於IEEE的UHF（300MHz-1GHz）、L（1-2GHz）、以及S（2-4GHz）波段。

　　SHF（Super High Frequency）波段：頻率範圍為3-30GHz，對應於IEEE的S（2-4GHz）、C（4-8GHz）、Ku（12-18GHz）、K（18-27GHz）以及Ka（26.5-40GHz）波段。

　　EHF（Extremely High Frequency）波段：頻率範圍為30-300GHz，對應於IEEE的Ka（26.5-40GHz）、V（40-75GHz）等波段。

　　而為了保證信息傳輸速度，我們可以看到星鏈的採用波段現在主要集中在Ku到Ka波段，並打算在之後引入能在E和V波段工作的星鏈二代來提升傳輸能力。

　　具體來說，常見的星鏈使用頻段如下圖：

　　我們可以看到，它的頻率範圍每一個部分差距都不小，那是因為，其他頻段資源，還要給其他東西用呢。

　　比如，ITU決定要將24.25GHz~27.5GHz，37GHz ~43.5GHz，66GHz~71GHz共14.75GHz帶寬的毫米波頻段用於地面的5G毫米波通信。這塊理論上來說，就不能用在民用衛星天地通信上。

　　此外各國對於相關頻率資源都會有一些，其他安排，比如我國的相關安排就可以參考下表。

　　更重要的是，全球的公司、國家們都盯著那剩下的一點資源呢。

　　由星鏈拉開的競爭，各國也快速跟進。中國在2020年9月以「GW」為代號向ITU申報了兩個低軌衛星星座，共計12992顆衛星，分佈在距地面590公里至1145公里的低軌軌道，頻段為37.5GHz—42.5 GHz及47.2GHz—51.4GHz，已經就和星鏈的頻率部分重合了。

　　此外亞馬遜、Oneweb等公司都在推進相關的建設，這樣導致即使是衛星網際網路剛剛起步沒幾年，就已經需要協調頻譜資源了。

　　比如去年 6 月 13 日手握頻譜資源的SpaceX 和 後進者OneWeb 就表示，他們已經達成了一項頻譜協調計劃，該計劃將使他們當前的寬頻星座和第二代寬頻巨型星座能夠共存。而這肯定是需要付出某種形式的代價的。可想而知，未來這種情況會越來越多。

　　此外，除了頻譜資源，更重要的問題是近地軌道資源是更搶手的資源，甚至未來可能成為航天界的不可再生資源。

　　有一種說法是，現在衛星之間的安全距離是50km，而即便是星鏈也要保持5km以上的間距。而且不同衛星的在軌時間完全不同，星鏈的小衛星由於空氣阻力偏大，低軌道的小衛星有些幾個月，最多幾年就要落入大氣層。而我國的第一顆人造衛星東方紅一號，到現在都還在太空飛呢。

　　這就導致太空尤其是近地空間是一個混沌的系統，一旦太空失控的衛星超過一個閾值，可能會導致連鎖反應，引發衛星大規模撞擊併產生大量太空垃圾，摧毀整個近地空間衛星群。這樣就限制了全球能在近地空間部署衛星的數量。

　　有人估算，這個閾值在6萬，還有人給出更高的估計。但是無論怎麼說，光星鏈就計劃用幾年時間，在太空常態化部署4.2萬顆衛星。

　　在整個巨星座完成部署之後，由於燃料耗盡和軌道下降，未來光星鏈就可能會同時有數千乃至上萬到壽衛星在近地空間流浪。這可能直接影響到後續衛星網際網路部署的物理空間。

　　而且現在比十多年前，時間更加緊迫了，因為ITU在WRC2019后對衛星頻譜和軌道的管理規則改為「里程碑節點管理」，這要求申請者在7年內分階段完成全部衛星部署。再不搞起來就真來不及了，現在已經不是能等著看戲的時候了。

　　有人可能會問了，真的需要衛星網際網路嗎？這個問題，其實產業界都有公論，那就是需要。

　　首先從6G的角度來說，衛星網際網路是必須的。沒有國家能夠支持在全國部署6G基站，要提高覆蓋率，那就必須用衛星代替固定基站提供通信供應。

　　這就自然引出一個問題，我們為什麼需要在人跡罕至的地方提供6G或者5G高速服務呢？這個問題確實是個好問題，但是它模糊了一件事，那就是默認6G或者5G現在的基站模式在城鎮都能盈利或者成本更加合算。而這並不是必然的。

　　眾所周知，5G由於它的頻率更高，載信息量更大，穿牆能力、繞行能力都更差。4G基站的覆蓋半徑如果說是數公里級別，那麼大型的厘米波5G基站覆蓋半徑那就只有一兩公里甚至幾百米。毫米波5G大基站那就可能只有200米了。

　　而一般人認知中的基站，大多都是宏基站，但是實際上，現在為了滿足5G的相關需求，已經演化出了各種不同的微小基站了。

　　根據3GPP組織制定的規則，無線基站一共分為四大類，分別為宏基站、微基站、皮基站和飛基站。

　　微基站就是微型化的基站，通常指在樓宇中或密集區安裝的小型基站，微基站的體積，小功率小，但是覆蓋面積小，承載的用戶量比較低。這種基站的可靠性偏低，維護起來比較麻煩。

　　接下來皮基站、飛基站那就更小了，幾乎只能滿足小型區域或者室內小範圍需求。但是現在各個公司，都在組建這種大小基站搭配組合來同時平衡成本和總的帶寬的需求。

　　即使就這樣都還不能滿足5G全國覆蓋的需求，更別說中國的一些人口密集的鄉鎮5G覆蓋率不高，北京地鐵也沒有全面覆蓋5G了。

　　5G都這樣了，那6G怎麼辦呢？衛星網際網路就是一種相對更廉價提高全國乃至全球高速網際網路覆蓋面積的思路。

　　這裡我們就不拿中國這個國家主導通信建設負擔多數建設成本的特例作為標準了。我們以美國這個全球最資本主義的國家為例，用一個比較狂野的演演算法來說明：美國城市面積大約佔美國全國面積的3%，也就是27.6萬平方公里。以每個宏基站可以覆蓋一平方公里計算。

　　參考長城證券2020年研報「海洋衛星建設加速，設備商運營商戰略布局空天一體」，不考慮反覆覆蓋，大量建設基站以滿足熱點地區需要的前提下，他們在2020年估算，如果全部覆蓋美國全國，光纖布局將花費不少於1500 億美元（2017年一報告數據），基站成本將不低於5400億美元，而電價在和中國平價電一致時（0.55元/kwh）為231 億美元。（注意：根據EIA數據，在2023年7月美國商業用電平均電價為13.11美分/kwh，也即大約1元每度。換算過來，大概420億美元一年。）

　　在不考慮更新換代、運營費用、人工，以及2021年開始的通貨膨脹等因素下，覆蓋3%的美國國土，投資固定投資總額不應該低於210億美元，年電費將會不低於231億美元。

　　而同期如果星鏈為全球提供衛星網際網路服務，按照估算，StarLink 發射 4.2 萬顆低軌衛星，製造成本50萬美元/顆、發射成本70萬美元/顆，巨型星座建設全部完成所需花費大約500億美元。地面接收站的成本大概也就500億美元。

　　而且一般認為，星鏈衛星壽命5-7年，而很多基站的運行壽命甚至還不如星鏈。就都按照五年計算，僅僅是覆蓋全部美國城鎮5G的投入，考慮到這幾年的通貨膨脹，將大大高於1300億美元。

　　而這與建設一個星鏈體系的成本可比，甚至全面鋪設基站的成本會更多。而覆蓋的範圍嘛，根本沒得比，星鏈那可是可以為全球提供衛星網際網路服務啊，基站可能只能覆蓋美國所有城市還不夠。

　　當然這絕對是一種狂野計算，但是考慮到未來5.5G、6G推廣，基站覆蓋面積進一步下降。衛星網際網路的成本優勢將毫無疑問更加顯著，因為他們需要更多的基站和更多的光纖。

　　而且即便是從速度的角度來說，使用衛星網際網路都會是更加快速的選擇。

　　光纖網路是一個網狀的網路，這句話可不是廢話，這意味著，你的所有請求，都需要先集中，然後再分發到其他地方。

　　所以才會有了Jump Trading 公司在全球最大期貨交易所芝加哥商品交易所數據中心對面，買了一塊 12 萬平方米的空地。專門架了一個微波通信基站，用於第一時間把交易請求傳到芝加哥商品交易所。這樣讓在納斯達克的交易機器早0.07毫秒得到相關的信息。

　　雖然說這事主要是說明，美國金融機構為了賺錢，有多狠，但是衛星網際網路的優勢很明顯，因為我們之前還聽過這個故事的上一代傳奇，那就是Spread Networks公司斥資大約3億美元鋪設了從芝加哥到紐約的一條專線，以實現更快的高頻交易。

　　而衛星網際網路不一樣，其衛星多在近地軌道高度，而且它的衛星通信，天地用的是相控陣通信技術、在衛星之間採用的是激光通信技術。

　　眾所周知，光在真空裡面的速度是最快的，信號在真空的速度大概會比入地光纜快三分之一到二分之一。

　　這樣，SpaceX 稱其 StarLink 不僅可提供最高達 1Gbit/s 的速度，延遲在 25ms 到 35ms 之間。據模擬分析，「倫敦—紐約」線路採用 starlink 衛星可比地面光纖快了 15 ms（51 ms vs 76 ms），「倫敦—約翰內斯堡（南非）」快了 100 ms（90 ms vs 190 ms）。

　　這恰恰就是5.5G網路和6G網路所必須的。所以搶佔衛星網際網路的高地，不僅是資源驅動的，更是經濟所需求的。未來基於上述延遲的技術條件升級，還有可能帶來全新的工業智能製造模式和智能交通模式，但是這一切也要等未來基礎建設突破之後才能知道。

　　時間不等人，Space X於10月5日完成今年第70次發射，從卡角將22顆V2 Mini新一代超高速光學太空激光網路星鏈衛星送至LEO軌道。實現發射的星鏈衛星總5222顆，在軌運行約4864顆。

　　而且更重要的是Space X在2023年第一季度首次實現了季度盈利，利潤達到了5500萬美元。截至2023年9月，衛星網際網路業務已經擁有200多萬用戶。

　　衛星網際網路的商業模式已經接近跑通，星鏈正在進入一個跑馬圈地的時代，而我們在這方面也不能等太久了。

　　現在我們就有很多場景，迫切的需要這種衛星網際網路投入使用。

　　別的不說，各位是不是離了網路心裡總就是不踏實啊，然後飛機經濟艙一般是沒有WIFI的，即使有WIFI，速度也超級慢，根本不好用。現在有了星鏈不就好了？

　　飛機是這樣，船是不是也是同理呢？大型郵輪、遠洋航行，弄個星鏈也好打發時間啊。

　　還有就是各種出去沙漠自駕游，配上新能源汽車的外放電功能，那簡直爽死啊，去什麼阿拉善之類的地方，那也可以玩個高興了。

　　但是更重要的是軍隊，現在中美軍用5G建設方興未艾，但是這個時候就有個問題了。數據鏈不夠用了，光纖還不好鋪到戰區。

　　我相信網上衝浪的朋友肯定知道一件事，那就是星鏈的發展本身就和美國官方尤其是美國軍方的關係極度深厚。

　　早在2005年，時任美國宇航局局長麥克·格里芬就與馬斯克相識，雙方合作不斷加強。2018年，格里芬升任美國防部副部長，加速以商業低軌衛星為重點的太空軍事能力建設。2020年10月，美國太空軍下屬的太空發展局就授予SpaceX 1.5億美元合同，用於開發軍用版「星鏈」衛星。

　　同期的2019年3月，美空軍授予SpaceX一份2800萬美元合同，對「星鏈」開展軍事服務演示驗證。2020年9月，在美空軍實彈演習中，「星鏈」為美空軍「高級戰鬥管理系統」（即美空軍現階段發展的最重要通信指揮系統，ABMS）提供服務，實現了多種空基和陸基平台進行聯通。

　　同樣在2020年5月，美陸軍與SpaceX測試了「星鏈」為陸軍通信網路提供服務的可行性。在「項目融合-2021」實彈演習中，美陸軍利用「星鏈」衛星將完整殺傷鏈時間縮短至20秒。

　　而在俄烏戰爭中，馬斯克在美國國防部壓力下援助烏克蘭以及向美國國防部要賬的行為，也深刻體現出了美軍在星鏈項目一些方面的高度參與。可以說，即使星鏈項目之前在商業上沒有完全完成閉環，甚至失敗了，這個項目本身也會作為美國國防資產的一部分長期存在。

　　而且美國不光在軍用5G上推進，它還在推進軍用6G計劃，比如美國著名的國防高級研究計劃局DARPA就在推進100G計劃。

　　美軍100G計劃的目標是在基於1000km/h級別的動中通能力的基礎上，實現200km範圍內空對空和100km範圍內空對地100Gb/s速率的數據傳輸。而這個計劃的信息洲際傳輸部分則是交給衛星傳輸解決。

　　這種高速定向通信能力，已經在俄烏戰場上展現出了很高的生存能力，可以說這是在不爆發全面太空反衛星作戰的基礎上的兼顧性能和成本的最優解。而如果爆發反衛星作戰，星鏈模式也可以憑藉其數量多、體積相對更小、以及分散式聯網的優勢，獲得比大型通信衛星更強的生存能力。

　　我們國家作為世界第二強國，衛星網際網路也不是一句空話。早在2021年4月26日，中國衛星網路集團有限公司（簡稱「星網公司」）成立，成為了首家註冊落戶雄安新區的中央企業。

　　新組建的中國衛星網路集團有限公司由國務院國有資產監督管理委員會代表國務院履行出資人職責，也是中國最大的國有衛星網際網路公司。有消息傳說，星網融合了之前航天科工和航天科技分別提出的虹雲和鴻雁低軌衛星通信星座計劃。

　　然後計劃擁有12992顆衛星的「GW」低軌衛星星座也被交給了星網公司。

　　同期在2021年11月26日在上海松江區，"G60星鏈"產業基地啟動，這是一個由上海市松江區聯合長三角九大城市共同打造的全國首個衛星網際網路產業集群，將建設數字化衛星製造工廠、衛星在軌測運控中心、衛星網際網路運營中心。其中，一期衛星工廠的設計產能將達到300顆/年。

　　在今年七月上海市松江區委書記程向民表示，上海松江正在加快開闢新領域新賽道，打造低軌寬頻多媒體衛星「G60星鏈」，實驗衛星完成發射並成功組網，根據計劃，該工程一期將部署1296顆衛星。

　　可以說，雖然我們現在離美國的衛星網際網路還有不小的距離，但是嘛，這幾十年的經驗就是，拼數量我們真不怕誰呢。誰叫我們這幾十年的增長速度都是指數型增長過來的呢？

　　隨著我國相關技術的快速突破，我們中國衛星網際網路完成從0到1的跨越，相關資金投入和配套設施建設完成，中國版的星鏈肯定就會在不遠的將來實現。