5G视角下的卫星互联网

人们已经进入了 5G 时代，虽然所谓的“杀手级应用”还没有出现，但是人们普遍承认，5G 广泛应用并且改变人们的生产生活方式，将是一个不可逆转的潮流。对用户来说，5G 就是自己的手机和基站之间的信息交换。然而人们采用上帝视角来看待 5G 网络，会发现基站和基站之间同样需要一张巨大的网络连接。在中国，这样的网络是靠光纤来实现的。但是在很多不发达国家和地区，并没有光纤网的施工条件和施工能力。因此，这些地方的用户要想进入 5G 时代，难度还是比较大的。

但是，在宽带互联网卫星的支持下，5G 网络的全球布设就有了强大的手段。为了提高通信速度，5G 基站的布设密度要比 4G 高得多。那么能不能把基站直接和卫星连接呢？这当然是一个行得通的方法。不少宽带互联网卫星和星座都把提供 5G 解决方案作为自己的服务方向之一。有许多技术研究机构和行业组织在讨论卫星和 5G 融合的意义与具体方案。欧洲航天局提出的 5G 和卫星的融合方案如图1所示。

欧洲航天局提出的5G和卫星融合方案

卫星在广播服务方面效率很高。当人们点播一部电影的时候，所发送出去的信息无非是电影片名和认证信息，但是所接收到的却是好几个 GB 的影音内容，而且，很可能同时有许多人要求接收同一部电影。这时就可以考虑广播式的服务，用卫星直接把大量内容广播到基站，尽量少占用干线的带宽。

有人提出，可以用卫星直接为某一座写字楼或者一个社区的基站提供服务，把它们接入 5G 网络。这种方式适合于地面上带宽不够、网络速度很慢的地方。人们可以用地面的线路上传带宽需求很小的内容，比如文字和图片；用卫星来下载带宽需求很大的内容，比如网页、视频、音频等。

当然，被提及最多的问题是在没有地面网络的情况下，如何提供 5G服务。“没有地面网络”的情况有两种，一种是这个地方的社会经济发展水平很低，没有资金铺设光纤网和铁塔，以及架设基站。图2就是一种和地面基站通信的机载终端；另一种是这个地方根本就没有人类居住。

为了解决第一种情况下的问题，有些企业正在建设超大型低轨道互联网星座，例如美国的“星链”和英国的“一网”。这些星座的服务对象都是数以亿计的用户。虽然有人担心这些用户的购买力很差，未必能成为宽带互联网星座的消费者。但是也有人认为，只要其中有一小部分人买得起，星座就可以运行起来并且获得利润，而且有些情况下，可以由政府或慈善机构提供资金。

人们经常会遇到第二种情况，最典型的就是从中国飞往美国，人们离开我国空管服务区后，就会进入西伯利亚的荒原上空，然后飞过北冰洋，到美国阿拉斯加，然后又要进入加拿大北部的荒凉地区，靠近美国和加拿大边境的时候，才会有网络服务。所以，长途飞行的人们最苦恼的事情之一就是没有办法上网。虽然很多航空公司已经通过静止轨道卫星开通了客舱上网服务，但目前的网络传输速率和覆盖范围还远远不能满足需要，更不要说达到 5G 标准了，而且静止轨道卫星无法为北冰洋提供服务。所以，从目前来看，低轨道宽带卫星互联网是为北冰洋上空民航飞机提供 5G 服务的唯一手段。

一种和地面基站通信的机载终端

海洋是另外一个不可能建设光纤网和铁塔的区域。考虑到海洋占地球表面积的 71%，这么大的一片区域有没有 5G 服务，决定了人类对地球资源开发、利用和保护的能力是否能够实现飞跃。至于海上的 5G 用户，一类是在海上工作的海员。据统计，世界大宗货物的运输主要都是通过海运实现的。海运的比例占国际贸易总量的三分之二以上，中国进出口总量中超过 90% 都是通过海运实现的。如果没有海运，世界上很多地方的人们就无法得到足够的石油、粮食、煤炭、日用品等物资。为了服务于海运，全球有大量海员在船只上工作。根据中国交通报社发布的消息，当前全球有 165.9 万海员。在大多数时间，海员都生活在与世隔绝的环境里，船只不靠岸就很难和家人联系。虽然现代航船上都有海事卫星电话，但这种卫星通信服务非常昂贵，海员只有在事态紧急时才会打电话。天基宽带互联网，特别是能够充分覆盖海洋的低轨道互联网卫星，能够为海员提供又快又便宜的网络接入，让他们能和陆地上的人们一样，生活在宽带和信息化的世界里，自由地和亲朋好友通过文字、语音、视频沟通，自由地分享海上生活。虽然海员数量占全球总人口的比例非常小，但是他们的工作影响到了全球几十亿人的生活质量。所以，他们的网络接入是非常重要的。

另外一类长时间生活在海上的人群，就是各种石油钻井平台的工作人员。因为石油钻井平台的位置相对固定，所以平台上都会安装 VSAT卫星终端，用来和地球静止轨道卫星通信，石油钻井平台的上网条件比商船上的上网条件要好得多。但是传统地球静止轨道卫星的使用费也很高，石油工人只能享受到窄带网络的服务，想要和家人高清视频就有点奢侈了。有了宽带互联网卫星，带宽的价格降低了很多，石油工人就可以轻松享受宽带生活。

除了人们所熟悉的海洋石油钻井平台、商船、渔船、邮轮和客轮之外，还有远海养殖基地。根据 2020 年 5 月的报道，中国正在设计两艘 10万吨级的大型深海养殖加工船，称为“国信一号”。这种养殖船上，不但有很多船员需要通过 5G 和家人联系、享受娱乐生活，而且需要链接到电子商务网络，采购用品、销售鱼获。

许多建设中的宽带互联网卫星都把焦点放在海运、能源、渔业用户上，致力于为他们提供 5G 标准的服务，如加拿大的 Telsat 星座和开普勒星座。

----摘自《卫星互联网 助力新基建的硬科技 》