手機(jī)直連SpaceX星鏈，顛覆還是炒作？

最近行業(yè)爆出個(gè)大新聞！

8月25日，美國(guó)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商T-Mobile和馬斯克的SpaceX聯(lián)合宣布了一個(gè)計(jì)劃—— Coverage Above and Beyond。

雙方表示，將通過(guò)SpaceX的Starlink低軌道衛(wèi)星與T-Mobile的地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，讓手機(jī)可以直連衛(wèi)星，讓“手機(jī)連接無(wú)處不在”，終結(jié)地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)。

T-Mobile首席執(zhí)行官M(fèi)ike Sievert表示，該服務(wù)將于2023年底進(jìn)入測(cè)試階段。

相對(duì)于當(dāng)前手機(jī)通過(guò)基站連接移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的方式，該計(jì)劃無(wú)疑是一次極具開(kāi)創(chuàng)性的嘗試，那此次強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合會(huì)對(duì)傳統(tǒng)地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)顛覆式的影響嗎？

覆蓋挑戰(zhàn)

眾所周知，在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，手機(jī)的發(fā)射功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基站，僅為0.2瓦。因受限于手機(jī)發(fā)射功率，上行覆蓋距離有限一直是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋短板。

在地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，手機(jī)與基站的距離不過(guò)幾百、幾千米，但starlink運(yùn)行軌道距離地面約550千米，手機(jī)要直連衛(wèi)星，上行覆蓋問(wèn)題更加突出，如何解決？

這需提升衛(wèi)星上的天線的接收增益。要提升接收增益，就得把天線的孔徑（面積）做大，把天線的波束寬度做小。

馬斯克表示，為了實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與手機(jī)直連通信，該項(xiàng)目將研發(fā)新一代 LEO 衛(wèi)星——Starlink V2，其相控陣天線組件面積約為25平方米，遠(yuǎn)大于當(dāng)前V1型號(hào)的天線單元。

但這會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星對(duì)地面的小區(qū)覆蓋范圍減小。假設(shè)衛(wèi)星上的天線的接收增益為29dBi ，半功率波束寬度為7.6度，那么一根天線的小區(qū)覆蓋半徑僅為36公里左右。

這種大孔徑、高增益、窄波束的有源天線有利有弊。利的一面是，窄波束可對(duì)指定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)更精準(zhǔn)的覆蓋，能更好避免網(wǎng)絡(luò)干擾。弊的一面是，若要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星對(duì)地面的廣域覆蓋，需部署更多的衛(wèi)星和天線，導(dǎo)致投資成本較高，運(yùn)營(yíng)商需權(quán)衡好網(wǎng)絡(luò)覆蓋、投資成本和收益的關(guān)系。

并非寬帶服務(wù)

馬斯克表示，Starlink V2將為每個(gè)小區(qū)提供 2-4Mbps的容量。與今天千兆5G相比，這點(diǎn)容量顯然微不足道。

考慮Starlink V2的小區(qū)覆蓋范圍遠(yuǎn)大于地面基站，假設(shè)一個(gè)衛(wèi)星小區(qū)可同時(shí)服務(wù)上千個(gè)用戶，那么每個(gè)用戶獲得的體驗(yàn)速率最多只有幾十K左右。這點(diǎn)網(wǎng)速僅限于短信和傳統(tǒng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)，并不能提供高速數(shù)據(jù)服務(wù)。

對(duì)此，Mike Sievert表示該項(xiàng)目最初的服務(wù)僅限于短信和彩信。并暗示語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可能會(huì)在未來(lái)出現(xiàn)，但沒(méi)有給出明確的時(shí)間表。

為什么僅能提供2-4Mbps的小區(qū)容量？因?yàn)樵撚?jì)劃支持的信道帶寬只有幾MHz，而如果要支持更寬的信道帶寬，比如當(dāng)前地面4G和5G網(wǎng)絡(luò)的幾十MHz，需進(jìn)一步增加衛(wèi)星上的天線的尺寸，進(jìn)一步減小衛(wèi)星對(duì)地面的小區(qū)覆蓋范圍，進(jìn)而帶來(lái)更高的投資成本。

事實(shí)上，為了通過(guò)衛(wèi)星直接向地面提供大帶寬連接，業(yè)界已嘗試采用達(dá)幾百平方米的大型相控陣天線，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Starlink V2的天線尺寸。

頻譜資源問(wèn)題

T-Mobile表示，將拿出一部分1.9GHz頻段（PCS頻段）來(lái)建設(shè)該衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。

為什么只是一小部分1.9GHz頻段，而不是當(dāng)前地面4/5G所使用的頻段？道理很簡(jiǎn)單，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)使用的頻段肯定不能與地面4G和5G網(wǎng)絡(luò)的頻段相同，否則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。因此，為避免干擾，運(yùn)營(yíng)商需單獨(dú)為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)劃出一部分頻段。

但這又帶來(lái)了新問(wèn)題，頻譜是運(yùn)營(yíng)商最寶貴的財(cái)富，是花巨資拍得的，運(yùn)營(yíng)商需再次權(quán)衡這個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是否值得為之單獨(dú)劃出一段頻譜資源。

此外，衛(wèi)星時(shí)速高達(dá)27000公里/小時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地面終端的移動(dòng)速度，這種超高速移動(dòng)會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的多普勒頻移，影響系統(tǒng)性能。該項(xiàng)目還面臨著如何克服衛(wèi)星高速運(yùn)行帶來(lái)的多普勒頻偏問(wèn)題。

總而言之， 從細(xì)節(jié)分析，此次T-Mobile與Space X的合作項(xiàng)目只是作為地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，面向一些偏遠(yuǎn)山區(qū)或應(yīng)急場(chǎng)景提供短信或基本語(yǔ)音服務(wù)，對(duì)于當(dāng)前大多數(shù)用戶正在使用的高速的4G/5G地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并不會(huì)帶來(lái)顛覆性的影響。

而綜合技術(shù)挑戰(zhàn)、實(shí)用性、價(jià)值性、監(jiān)管障礙等方面看，“手機(jī)直連衛(wèi)星”并達(dá)到與當(dāng)前地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接近的體驗(yàn)，仍然有很長(zhǎng)的路要走。