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虹云工程再进一步,天基互联网争夺战正式拉响

从2G时代的追赶者到摩杰5G时代的引领者,中国的地面无线通信技术终于迎来了自己的新纪元。摩杰5G的逆袭,确实能让国人自豪,但还远不能让我们自傲,因为在无线通信领域,摩杰5G只是让我们实现了单项冠军,距离“天——空——地”全能还有很长一段路要走。

摩杰5G趋势无可逆转,早在其推出之前,国际上很多国家和企业就已经将目光转向了天空、海洋、沙漠、森林等覆盖更广、难度更大的通讯领域——天基互联网系统。

什么是天基互联网系统

天基互联网是利用位于地球上空的各类空中平台为地面和空中终端提供宽带互联网服务的新型网络系统。通常情况下,采用高度为200~36000公里的高通量卫星星座向地面提供信号,主要代表有美国的Intelsat、Viasat、HughesNet、欧洲Eutelsat等公司;近年还出现了国际企业通过20~200km的气球、飞艇、无人飞机作为通讯星座的应用模式,如Google的气球、Facebook的太阳能无人机等。

为什么需要天基互联网系统

国际电信联盟2018年报告指出,全球仍有高达39亿人口未能实现接入互联网,其中55%的人口来自中国、印度、印度尼西亚、巴基斯坦、孟加拉国和尼日利亚等人口大国。需要特别说明的是,中国虽然是全球第一的互联网大国,但截至2018年底仍有超过5.6亿人口未接入互联网。

造成这一现状的原因是多方面的,其中网络覆盖面不足是最大的困难。2G、3G、4G、摩杰5G甚至是未来的6G都属于地面无线通信技术,需要通过光纤将各个基站连接起来组成交互网络,但这在野外、飞机、海上等场景难以有效覆盖。

还有就是建设性价比的考量,也会限制互联网的覆盖面。以美国为例,该国人口密度低,基站间平均距离远,铺设光纤投入产出比低,限制了地面通信的覆盖。在中国,则是国家不计成本地将通信网络向农村等边缘地区延伸,才有了全国4G覆盖率达到99.7%的奇观。即便如此,我国在海洋、沙漠、雪原、民航等领域,仍处于互联网的空窗期。

如何高效、低成本地将互联网覆盖向全球的每一个死角?天基互联网系统提供了可能。

天基互联网跟摩杰5G什么关系?

天基互联网跟摩杰5G是两套相互独立的通信系统,摩杰5G本质上是手机基站和手机之间的通信,属于末端通信技术;而基站接入互联主要靠光纤完成,天基互联网要干的事情相当于光纤的工作,只不过由地面转移到太空(天空),设备也由“光端机+光纤”转变为“高通量卫星+频谱资源”主要解决的是远距离、高难度通信问题。

从应用角度来说,两者是互补、融合的关系,天基互联网实现的是对全球的覆盖,海洋、沙漠、雪原、民航等地面无线通信技术难以企及的场景将会成为其着重发展领域,解决互联网覆盖死角的瓶颈;而4G、摩杰5G等无线通信技术仍是以人群聚集区为重点业务场景,充分发挥高带宽、低时延、高速率的优势。

各国竞逐天基互联网

根据卫星的轨道类型划分,天基互联网可分为“低轨卫星星座系统(LEO)”、“中轨卫星星座系统(MEO)”和“高轨卫星星座系统(GEO)”三种类型。

分层的天基互联网(图片来源:DOIT)

早在2G时代,摩托罗拉就推出了全球第一个天基通信网络——铱星计划,但最终因相对地面移动通信方案,其因成本高昂、推进缓慢而退出大众市场。

近十年来,卫星通信与地面通信逐渐由资源争夺走向融合发展的阶段。目前,LEO、MEO、GEO均有国际企业在布局,如美国卫讯、全球第二大卫星运营商SES、Oneweb、“卫星产业搅局者”SpaceX等,其中LEO市场发展最为热闹。

为跟上全球天基互联网的发展步伐,我国提出了“2020年通信卫星将在轨20余颗,2025年通信卫星将实现在轨25颗左右,满足全球覆盖需求”的规划。目前中国固定通信卫星可满足“一带一路”沿线国家和地区覆盖;面向全球提供宽带卫星固定通信和移动通信服务的高通量卫星计划也在有序部署当中;在LEO方面,虹云工程已完成首颗卫星发射。

虹云工程最新进度

“虹云工程”脱胎于中国航天科工的“福星计划”,由中国航天科工集团有限公司第二研究院总设计建造,是我国航天科工五大商业航天工程之一。项目计划由156颗卫星在距离地面1000公里的轨道上组网运行,构建一个星载宽带全球移动互联网络,实现网络无差别全球覆盖。

根据规划,“虹云工程”由“1+4+156”三步走:

①单星验证;2018年12月22日,虹云工程首星在酒泉卫星发射中心成功发射并进入预定轨道,成功实现了网页浏览、微信发送、视频聊天、高清视频点播等典型互联网业务;

②4星体验:“十三·五”末,发射4颗业务试验星,组建一个小星座,让用户进行初步业务体验。2019年11月19日,据航天科工二院空间工程公司总经理邹广宝透露,“虹云工程”将于明年发射4颗业务试验星,通过组网完成区域覆盖,并投入示范应用。

③156颗卫星组网运行:“十四·五”末,实现全部156颗卫星组网运行,完成业务星座构建。建成后,“虹云工程”集通信、导航和遥感一体化、全球覆盖、系统自主可控等优势于一身,实现极低的通信延时、极高的频率复用率、真正的全球覆盖应用,满足中国及国际互联网欠发达地区、规模化用户单元同时共享宽带接入互联网的需求。

天基互联网将进入高速发展期

SpaceX曾提出星座数达7518颗的LEO计划,Oneweb也发布了下一阶段1972颗卫星的发展计划;相对于这两家,我国156颗的LEO计划属于理性的发展进程,且已经在有序进行中。

可以预见,未来10年内天基互联网将进入人类历史上的高速发展期,以弥补摩杰5G等地面通信技术无法企及的无人区,“虹云工程”则将以满足飞机、轮船、无人机、无人驾驶、野外场区、作业团队以及一些偏远地区的村庄、岛屿等的网络覆盖需求为首要任务, “让全球无缝覆盖WiFi”,实现真正的“天——空——地”一体化联网应用。

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