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手机直连SpaceX星链,颠覆还是炒作?

网优雇佣军 | 通信路上,一起走! 2022/09/01 23:56

最近行业爆出个大新闻!

8月25日,美国移动运营商T-Mobile和马斯克的SpaceX联合宣布了一个计划—— Coverage Above and Beyond。

新知达人, 手机直连SpaceX星链,颠覆还是炒作?

双方表示,将通过SpaceX的Starlink低轨道卫星与T-Mobile的地面移动网络结合,让手机可以直连卫星,让“手机连接无处不在”,终结地面移动网络的覆盖盲区。

T-Mobile首席执行官Mike Sievert表示,该服务将于2023年底进入测试阶段。

相对于当前手机通过基站连接移动网络的方式,该计划无疑是一次极具开创性的尝试,那此次强强联合会对传统地面移动网络带来颠覆式的影响吗?

覆盖挑战

众所周知,在移动网络中,手机的发射功率远远小于基站,仅为0.2瓦。因受限于手机发射功率,上行覆盖距离有限一直是移动网络的覆盖短板。

在地面移动网络中,手机与基站的距离不过几百、几千米,但starlink运行轨道距离地面约550千米,手机要直连卫星,上行覆盖问题更加突出,如何解决?

这需提升卫星上的天线的接收增益。要提升接收增益,就得把天线的孔径(面积)做大,把天线的波束宽度做小。

马斯克表示,为了实现卫星与手机直连通信,该项目将研发新一代 LEO 卫星——Starlink V2,其相控阵天线组件面积约为25平方米,远大于当前V1型号的天线单元。

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但这会导致卫星对地面的小区覆盖范围减小。假设卫星上的天线的接收增益为29dBi ,半功率波束宽度为7.6度,那么一根天线的小区覆盖半径仅为36公里左右。

这种大孔径、高增益、窄波束的有源天线有利有弊。利的一面是,窄波束可对指定区域实现更精准的覆盖,能更好避免网络干扰。弊的一面是,若要实现卫星对地面的广域覆盖,需部署更多的卫星和天线,导致投资成本较高,运营商需权衡好网络覆盖、投资成本和收益的关系。

并非宽带服务

马斯克表示,Starlink V2将为每个小区提供 2-4Mbps的容量。与今天千兆5G相比,这点容量显然微不足道。

考虑Starlink V2的小区覆盖范围远大于地面基站,假设一个卫星小区可同时服务上千个用户,那么每个用户获得的体验速率最多只有几十K左右。这点网速仅限于短信和传统语音业务,并不能提供高速数据服务。

对此,Mike Sievert表示该项目最初的服务仅限于短信和彩信。并暗示语音和数据业务可能会在未来出现,但没有给出明确的时间表。

为什么仅能提供2-4Mbps的小区容量?因为该计划支持的信道带宽只有几MHz,而如果要支持更宽的信道带宽,比如当前地面4G和5G网络的几十MHz,需进一步增加卫星上的天线的尺寸,进一步减小卫星对地面的小区覆盖范围,进而带来更高的投资成本。

事实上,为了通过卫星直接向地面提供大带宽连接,业界已尝试采用达几百平方米的大型相控阵天线,远远大于Starlink V2的天线尺寸。

频谱资源问题

T-Mobile表示,将拿出一部分1.9GHz频段(PCS频段)来建设该卫星网络。

为什么只是一小部分1.9GHz频段,而不是当前地面4/5G所使用的频段?道理很简单,卫星网络使用的频段肯定不能与地面4G和5G网络的频段相同,否则会产生严重干扰。因此,为避免干扰,运营商需单独为卫星网络划出一部分频段。

但这又带来了新问题,频谱是运营商最宝贵的财富,是花巨资拍得的,运营商需再次权衡这个卫星网络是否值得为之单独划出一段频谱资源。

此外,卫星时速高达27000公里/小时,远远高于地面终端的移动速度,这种超高速移动会带来严重的多普勒频移,影响系统性能。该项目还面临着如何克服卫星高速运行带来的多普勒频偏问题。

总而言之, 从细节分析,此次T-Mobile与Space X的合作项目只是作为地面移动网络的补充,面向一些偏远山区或应急场景提供短信或基本语音服务,对于当前大多数用户正在使用的高速的4G/5G地面移动网络服务,并不会带来颠覆性的影响。

而综合技术挑战、实用性、价值性、监管障碍等方面看,“手机直连卫星”并达到与当前地面移动网络接近的体验,仍然有很长的路要走。

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