2006年,以蘋果手機的誕生為標誌,人類進入了移動網際網路時代。現在,人們購買商品、出行打車、餐館排隊、購買機票乃至醫院掛號都可以通過手機行動網路來解決。很難想像,現代人離開移動網際網路將怎樣生活。然而,移動網際網路從誕生到現在全面滲透人類生活僅僅只用了十年的時間。
令人感慨的是,儘管衛星通信系統早在上世紀60年代就已誕生,然而,目前絕大多數人們的生活與衛星通信系統構建的衛星網絡並無關聯。其實,在光纖網絡以及移動網際網路出現之前的很長一段時間,遠距離的寬帶數據通信,主要是依靠衛星通信系統來完成的,在上世紀90年代初期,網際網路剛剛進入中國的時候,中國連接世界其他區域的網絡只能依靠衛星組網。
衛星通信再現發展空間
雖然,現代城市擁有完善的通信網絡,我們的手機可以隨時高速接入網際網路,但是,當今世界還有非常多的區域無法有效的接入寬帶網際網路:
絕大多數飛機、遠洋貨輪還無法連接網絡,沙漠、高山、偏遠地區由於經濟性的原因,地面運營商網絡覆蓋欠佳,使地球上依然有30億以上的人口無法輕易的接入網際網路。
衛星通信系統經過了半個多世紀的發展,已經從最初的模擬低帶寬通信發展到了高通量數字通信。現在同步軌道上的通信衛星最主要的用途是廣播電視覆蓋,也有一些同步軌道衛星資源被用於專網服務以及網際網路接入服務。但是,由於目前衛星通信領域很少出現類似地面運營商體量的超大型公司,衛星公司及運營商的規模相對地面運營商來說都非常小,資金規模與客戶數量也相對較小。由於無法產生足夠的規模效應,對於用戶來說,高昂的使用資費一直都是衛星通信大規模應用的主要障礙。
近年來,非常多的Ka頻段的HTS衛星陸續提供高速網際網路接入服務,在北美、歐洲等地區,由於地廣人稀的原因,許多的家庭採用了這種方式進行上網。
採用點波束覆蓋的HTS衛星能夠提供傳統衛星數百倍的通信容量,這使得衛星通信的成本大大降低,也促使人們對衛星通信這個相對傳統的方式進行重新思考。
低軌星座寬帶衛星通信迎來風口
目前,全世界將近500顆通信衛星當中,絕大多數是同步衛星。大名鼎鼎的O3b系統則採用的是中軌道衛星。在低軌星座衛星系統中,最出名的就是銥星系統了。
與此同時,美國SpaceX公司與OneWeb公司也在布局未來的低軌星座。兩個公司在近幾年不斷發布消息,數千顆衛星將在未來10年內發射升空,為全球提供網際網路服務。若這些計劃變成現實,將是人類通信方式的又一次重大革命。帶寬將更加廉價,接入方式也將更加方便,並最終實現人們「互聯無處不在」的夢想。
未來十年,低軌星座寬帶衛星通信系統將與地面移動通信系統協同發展,共同構建天地一體的寬帶通信網絡。資金實力雄厚的地面運營商業會關注到這一市場。低軌衛星的使用就如同將地面基站架設在了1000千米左右的高空,覆蓋範圍大大增加,數千顆衛星組成的星座覆蓋全球各個角落,也使全球無覆蓋盲區的運營成為可能。
我們可以大膽設想,很多人口稀少地區,運營商將不再採用鐵塔+大型基站設備進行覆蓋,而是直接採用架設在屋頂上的轉發天線來實現對房屋以及周邊地區的信號覆蓋,這將使得硬體投入成本大大降低。另外,由於低軌衛星的時延非常小,遠低於同步衛星的時延,這就使許多需要大帶寬低延時的應用得以開展,比如VR購物、視頻通話等應用。
VR購物場景
對於移動載體來說,低軌星座通信衛星系統將給這些應用場景帶來巨大的改變,過去我們乘坐飛機時,無法輕易連接網際網路,即便是目前已經有飛機能夠提供上網服務,帶寬也無法得到保證,在未來,我們能夠在飛機上得到和家中一樣的上網體驗。
低軌星座寬帶衛星通信系統的發展,也必將帶動超小型相控陣通信天線技術的發展。在各類移動載體以及固定用途的通信系統中,低成本、小型化、超低輪廓將是此類天線產品共同的特點。據美國北方天空研究公司(NSR)的《平板衛星天線報告(第二版)》的預測,到2026年,全球平板相控陣衛星通信天線設備銷售額將達到91億美元。
可以預見,在未來幾年,各發達國家必然在空間段以及頻率資源上展開激烈爭奪,以獲得低軌星座寬帶衛星通信系統發展的良好條件。
中國的航天、電子相關部門目前已經開始了這方面的工作,爭取在此領域能夠實現自主系統的廣泛應用。國內很多企業也在積極參與相應的研發論證工作。
人類正在大規模的開發太空資源,服務於全球日益增長的帶寬需求。我們有理由期待,天地一體融合的通信網絡將給人類社會的進步帶來前所未有的助推力。