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1、关于卫星互联网的最强入门科普最近十年以来，整个社会对卫星通信的关注度不断提升，各种新闻报道层出不穷。究其原因，有两个方面。一，来自市场和用户对卫星通信的旺盛需求；二，卫星通信技术发生演进，让以前不可能的事情，变成了可能。今天这篇文章，我们就详细了解一下，卫星互联网的那些事儿。卫星通信的技术演进上世纪 70-80 年代，卫星通信刚刚诞生的时候，主要用于电视和广播信号转播，还有一些电话、电报和传真需求。那时候，国际互联网(Int erne t)都还没有成型，所以，也没有什么卫星上网的概念。80 年代末 90 年代初，美国摩托罗拉开始搞铱星计划，就是卫星电话为主，业务速率仅有2.4Kbps (铱星一
2、代)。这种速率，根本谈不上什么用户体验，能听清楚对 方说话就不错了。New Network Brings Powerful New CapabilitiesFiFst-Genertion Co n stell atienUpgraded Network Capbi蛊4 K1JJJ5 SQ)Telephony2.4 Kbps(Sa)4.5 K&ps(HQ)SUMI SuretDaia- (SBO)Circuit Dta2.J Kbps 1聊DownNarrowbancfJMessaging Data2.4 Kbps = 22 ； BB Kbpsfrrtfjun? OpertPoff. Upto
3、134 Kbps. IP (Single Data Flow)Srciadbarid IP Datau 1M HbpB IP data 殆舲沪daia. 352 Kbps IP data = 了tM Kbps IP data 140 Kbps IP 曲怛(MuELiple Data Fl-uv.s v,-i ill QdSFi 闻T&rmicalsSupp&rtd HarctwraFrrtt-GeneratiBftNew Tannin a li铱星一代和二代的速率参数对比我们国家卫星通信起步较晚。如前篇文章所说，1984 年，我们才发射了第一颗有实 用价值的通信卫星（东方红2 号）。1986年
4、，我们建成了第一张卫星公用传输网 （主要基于国外购买的设备）。最早的时候，卫星通信所使用的技术，以SCPC （单路单载波）、FDM/FM （频分复用 /频率调制）为主，都是模拟通信技术。随着80 年代国内程控电话业务大爆发，加上90年代初国内开始接触互联网，行业 专家们发现：当时卫星通信采用的模拟技术，没办法适应地面公共通信网络的数字 通信技术升级，落伍了。于是，卫星通信，开始转向了 IDR （中速数据速率）技术。IDR业务是由Intelsat在1980年代中期提供的一种新型数据通信业务。相对于传 统的FDM/FM, IDR是一种数字制式升级，属于TDM/FDMA （时分复用/频分多址）体 制
5、。IDR有1.544、2.048、6.312和8.448Mbps四种信息速率。它与DCME （数字电路倍 增设备）组合使用，可将卫星专线传输能力提高到原来的5倍。例如，8.448Mbps 电路可传600路话音。1993年5月，原邮电部引进加拿大Spar公司的IDR设备，对国内各地的卫星地面 站进行升级和新建。尽管IDR实现了数字信号升级，也提升了带宽，但对于日益增长的用户需求来说， 还是杯水车薪。于是，一种新型技术开始崛起并迅速普及，那就是大名鼎鼎的VSAT。VSAT，全名叫做Very Small Aperture Terminal，甚小孔径终端。请注意，VSAT通 常是指系统，并不仅仅是一个
6、终端。一套完整的VSAT系统，由通信卫星上的转发器、地面大口径主站（中枢站）以及众 多小口径的小站共同构成。幟A主站仲枢站）SQ 小站（用户站）VSAT 的基本架构VSAT 解决的是卫星通信“平民化”的问题。首先是地面站的小型化。所谓的“甚小孔径”，到底有多小？0.3-2.4 米。这就很 轻便了，一个人都能背着到处走。稍微大一点的，也可以车载，开着车到处走。除了轻便之外，VSAT还有组网灵活、成本低、应用多、安装操作简单等特点，非常 有利于卫星通信的普及。1984年，Intelsat首次开设了 VSAT业务。我国很快跟进，1988年，原中国通信广 播卫星公司引进国外通信设备，建成我国第一个VS
7、AT通信网。它包括1个主站和35 个端站，为我国铁道部、能源部、地震局、海洋局、民航局、海关总署、经济信 息中心和农业银行等8个行业部门提供通信服务。后来，我们国家建设无线寻呼网、证券信息广播、村村通户户通工程，都大量采用 了 VSAT。还有很多远洋船用通信、飞机通信、企业和政府专网，也采用了 VSAT。2008年汶川地震之后，电信运营商为了应对自然灾害，引进了大量的V SAT设备， 作为地面光纤网络的备份，以及应急通信的工具。高通量通信卫星进入21世纪后，Internet互联网继续蓬勃发展。无处不在的网络连接需求，刺激了卫星互联网的能力演进。卫星通信星想要发展，就必须像地面蜂窝移动通信网络
8、一样，进行带宽容量升级。很多读者听说过三种轨道：GEO （地球同步轨道）、MEO （中地球轨道）、LEO（低地球轨道）。轨道类别中文地面距离LEOLow Earth Orbit低地球勒道 （近地轨這距地面约200-2000i；里MEOMiddle Earth Orbit中地球飢道距地面约2000-357864里GEOGeosynchronous orbit地球静止轴道 （高地球轨道）距她面3蛉”6公里SSOSun-synchronous Orbit太阳同步轨道距地面小于60D0处甲IGSO1 nckned Geosynchronous Orbit倾斜地球同步轨道距地面翁786公里GTOGeos
9、tationary Transfer Orbit地球同步转移轨道近地点在1000公里以下远地 点35786公里通信卫星主要在前三个轨道以前，发射卫星的成本极高。所以，就希望一颗卫星能覆盖很大的范围。想要覆盖 范围大，就必须把卫星放得更咼，也就是GEO高地球轨道。如下图所示，三颗就能覆盖整个地球:高轨道卫星，虽然覆盖面积大，但距离远，通信就更困难。那个时候，通信技术也不是很成熟，所以，无线信道的带宽比较低，通信速率比较慢。后来，卫星通信技术开始逐渐升级，终于开始出现了新一代通信卫星，那就是 高通量通信卫星(HTS，High Throughput Satellite )。所谓高通量”，是指这种卫星
10、的带宽能力比传统卫星(低通量，1-2Gbps以内)多 了几倍甚至几十倍。它是如何做到的呢？首先，使用了更高的频段。传统卫星普遍使用4-8GHZ的C波段，频率较低且太过拥挤。而高通量通信卫星， 广泛使用Ku波段(12-18GHZ)和Ka波段(27-40GHz )。频率资源丰富，带宽 也就跟着上去了。频段名称频段范围其次，卫星平台的升级。就像我们前篇介绍的东3、东4、东5,卫星平台体积越来越大，负载能力越来越 强，而且升级了供电技术（电推动加化学推动，混合动力），使得电能上可以保证 大带宽所需要的大功耗。第三，转发器数量的增加。这个也是平台负载能力升级带来的好处。信号转发器的数量直线上升，意味着车
11、道 增加，带宽也跟着增加。第四，天线波束技术的升级。天线技术提升，尤其是采用点波束，也可以增强信号能力。这相当于把光“聚焦”， 不覆盖大面积，集中覆盖小面积，有利于速率提升。2005年8月11日发射的泰国Thaicom 4 （又名IPSTAR）通信卫星，号称是世界上第一颗高通量卫星。这颗卫星由美国劳拉公司研制，重约6.5吨，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。Thaicom 4卫星的总带宽高达45Gbps，可为用户提供上行链接速度4Mbps，下行速 度2Mbps的数据服务。我们国家的第一颗高通量卫星，是2017年4月12日发射的
12、中星16（一开始叫实践十三，后来改名中星16）。这颗卫星采用Ka频段多波束宽带通信系统，总容量达 20Gbps。中星162019年，我们发射了中星18号，不过失败了。 2020年7月9日，我们成功发射了“亚太6D”，这是中国首颗Ku频段高通量宽带卫星，通信总容量达到50Gbps，单 波束容量可达1Gbps以上。据悉，我国首颗超百Gbps容量的高通量卫星中星26号，将于2023年初发射。目前，世界最强的高通量卫星，应该是美国Viasat公司的Viasat-3,据说通量达 到Tbps级别，不过发射时间好像一直在延期。低轨通信卫星的崛起除了提升卫星通量之外，行业发现，随着卫星发射成本的逐步下降，我们
13、还有另外一种提升卫星数据传输能力的途径那就是向中轨和低轨发展。道理很简单：轨道低了，虽然覆盖范围小了，但是我们可以用数量来弥补覆盖。就像蜂窝小区一样，用大量的卫星，密集覆盖。对于卫星互联网，行业一般将其发展分为三个阶段。第一个阶段，是80-90年代，以铱星为代表。当时，卫星通信的自我定位存在问题。他们试图用卫星替代基站，步子迈得太大，很快就纷纷破产失败了。2000年以后，是第二个阶段。这次，他们的想法比较务实，就是打算“吃剩饭”。他们把自己定位为地面通信系统的补充，专门为海上、偏远地区等地方的用户，提供网络服务。虽然看上去比较边缘，但实际上蛋糕也很大。其中最具代表性的企业，是03b。2007年
14、，格雷格怀勒(Greg Wyler)创立了 03b Net works卫星公司。他们通过与电信运营商合作，为岛屿或船舶提供宽带卫星通信服务。为了平衡成本和服务体验，03b Networks选择了中轨道（MEO）来部署卫星。他们 运营的卫星星群在赤道上空，距地球约8000公里。这个距离，使得O3b的地面站拥 有更高的传输速率，更低的时延。2009年，O3b获得了 SES （欧洲卫星公司）、谷歌、汇丰银行的投资。2013年，O3b经过多年努力，终于拥有了12颗卫星，正式启动服务。很快，他们就实现了盈利目 标。后来，2016年8月，SES整体收购了 03b。格雷格怀勒并没有停止折腾，早在2012年的
15、时候，他就成立了另外一家英国公 司，名字叫WorldVU Satellite。后来，这家公司的名字改成OneWeb。除了格雷格怀勒之外，另一位大佬也看中了互联互联网的潜力，决定入局，那就 是大家都熟知的当代“钢铁侠”一一埃隆马斯克(Elon Musk )。2014年初，马斯克和格雷格怀勒曾经共同规划过WorldVu的星座计划。结果，几 个月后，他就退出了，决定单干。2015年，他基于自己的太空探索技术公司(SpaceX)，正式提出了星链(Starlink)项目。STARLINK星链项目最初计划发射4425颗卫星，2018年11月增加 7518颗，合计1.2万颗。2019年10月，SpaceX又增加3万颗，总数达4.2万颗。按照马斯克的规划，这些卫星将为全球范围内的客户，提供高速宽带互联网服务。星链的出现，标志着卫星互联网进入了第三个阶段，也就是低轨宽带卫星互联网时代。2020年3月30日，OneWeb申请破产保护。而马斯克的星链这边，目前进展还算顺 利。截至20
