Starlink星鏈計(jì)劃能與5G抗衡？看一下馬斯克吹過的牛逼

• 一、Starlink星鏈計(jì)劃是什么？

  
  

• 1. 目標(biāo)：4.2 萬顆衛(wèi)星

  
  

• 2. 性能測試

  
  

• 二、5G 通信性能

  
  

• 1. 通信速度

  
  

• 2. 通信時延

  
  

• 3. 速度快的主要原因

  
  

• 4. 系統(tǒng)容量

  
  

• 三、Starlink 與 5G 的對比

  
  

• 1. 覆蓋范圍

  
  

• 2. 通信速度

  
  

• 四、Starlink 的優(yōu)勢

  
  

• 1. 偏遠(yuǎn)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

  
  

• 2. 軍事目的

  
  

一、Starlink星鏈計(jì)劃是什么？

今年的 3.15 晚會，很多人都覺得缺少了特斯拉的一席之地，最近馬斯克忙的很，又是在中國辟謠沒有監(jiān)控車主，又是在推特上跟網(wǎng)友“干架”，這么成功的商人，精力還這么充沛，真的讓我們佩服！

今天我們來了解一下馬斯克的另一個宏偉藍(lán)圖：Starlink(星鏈)項(xiàng)目，聽起來就異常的高大上。

星鏈（Starlink）是太空服務(wù)公司 SpaceX 計(jì)劃推出的一項(xiàng)通過近地軌道衛(wèi)星群，提供覆蓋全球的高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。這是馬斯克在 2015 年宣布推出的一項(xiàng)太空高速互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，通過在地球近地軌道部署 42000 顆衛(wèi)星，為地球上的每一個人提供高速互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

這個計(jì)劃到底是否靠譜？是否可以與 5G 來抗衡？通過這篇文章，你可以了解下面這些知識：

1. 馬斯克的星鏈(Starlink)是什么？想做什么？
2. 5G 通信技術(shù)，為什么這么厲害？
3. Starlink項(xiàng)目為什么無法與 5G 抗衡？
4. Starlink 的優(yōu)勢是什么？

1. 衛(wèi)星發(fā)射情況

在天氣晴朗的夜晚，如果你在天空中看到排成一條直線的星星，千萬不要詫異，那不是天有異象，極有可能就是星鏈項(xiàng)目中的衛(wèi)星群。

自從 2019年5月，SpaceX 發(fā)射第一批衛(wèi)星(60顆)以來，到 2021.3月14日，第 22 批(60 顆)星鏈衛(wèi)星搭乘獵鷹 9 號火箭從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射升空，SpaceX 一共發(fā)射了 1325 顆星鏈衛(wèi)星。

據(jù)說：第一批的 60 顆衛(wèi)星中，已經(jīng)有 39 顆偏離軌道了，也就是相當(dāng)于報(bào)廢了。有報(bào)道稱：在設(shè)計(jì)壽命只過了這樣小的一部分之后，就出現(xiàn)如此高的實(shí)際報(bào)廢率，意味著星鏈衛(wèi)星在整個任務(wù)期內(nèi)的報(bào)廢率“樂觀地說，也將會高達(dá)令人吃驚的22%”。

從 SpaceX 透露的長遠(yuǎn)計(jì)劃來看，一共要向近地軌道發(fā)射 42000 顆衛(wèi)星。其中 1.2 萬顆已獲批準(zhǔn)，3 萬顆已提交申請。

地球低軌的軌道、頻率資源是有限的，就像大學(xué)校園的自習(xí)室一樣，國際衛(wèi)星界遵循“先占先得”的理念，但因?yàn)樾擎溣?jì)劃衛(wèi)星數(shù)量龐大，跟以前的地球靜止軌道衛(wèi)星概念不同，星鏈對于低軌的占據(jù)幾乎是“先占永得”。

在2019年與法國的一顆衛(wèi)星相遇，但SpaceX為了保住自己的軌道資源，采取了“不避讓”原則，最終逼得法國的衛(wèi)星主動避讓。不知道是不是馬斯克太有錢了，還是研究透了“膽小鬼博弈”里的規(guī)則。

在 1.2 萬顆衛(wèi)星中，星鏈計(jì)劃分成三個階段：

第一階段：發(fā)射 1600 顆衛(wèi)星，為美國北部和加拿大的客戶提供服務(wù)，所以后面也會提到 Beta 測試階段，只為這些地區(qū)提供服務(wù)；
第二階段：發(fā)射 2825 顆衛(wèi)星，完成全球組網(wǎng)；
第三階段：發(fā)射 7518 顆衛(wèi)星組成星座，為全球提供天基互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)；

這 1.2 萬顆衛(wèi)星必須要在 2027 年發(fā)射完成。

2. 性能測試

SpaceX 的官員曾經(jīng)表達(dá)過下圖中的觀點(diǎn)（星鏈項(xiàng)目服務(wù)于全球 4 億人口）。

2020年11月，星鏈的 Beta 公測開始，費(fèi)用是 99 美元外加 499 美元的接收設(shè)備（鍋蓋形狀的接收天線 WiFi路由器），就是下面這個樣子:

實(shí)物圖如下：

目前已經(jīng)發(fā)射的衛(wèi)星，部署在美國和加拿大，因此也只向這些地區(qū)的用戶提供測試服務(wù)。截至 202年2月5日，SpaceX 公司宣稱，目前大概有超過 1 萬名測試者在使用星鏈提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

這里有幾個測試數(shù)據(jù)：

1. 美國網(wǎng)絡(luò)測速統(tǒng)計(jì)公司 Ookla 的數(shù)據(jù)，最新 Beta 測試網(wǎng)絡(luò)上傳速度達(dá)到 23 Mbps，下載速度達(dá)到 160Mbps。
2. 外媒 wccfetch 2021年1月17日消息，SpaceX 公司的 Starlink 星鏈網(wǎng)絡(luò)近日在地面測試中達(dá)到了 190Mbps 的網(wǎng)速，這個測試結(jié)果是由居住在美國蒙大拿州的 Beta 版測試用戶得到的。
3. 一名用戶的測試結(jié)果：Starlink 星鏈網(wǎng)絡(luò)平均速度接近 80Mbps，上傳速度 14Mbps，通俗講，相當(dāng)于國內(nèi)的150M光纖寬帶水平，速度還可以，但最突出的是時間延遲（38ms）。

可以看到，每個測試結(jié)果略有不同，這主要與測試地點(diǎn)有關(guān)系。比如其中的最高測試速度是上行 190 Mbps，因?yàn)槊纱竽弥菔?SpaceX 最早建立地球接收站以及數(shù)據(jù)中繼中心的地區(qū)之一。

對于這個結(jié)果，美國人其實(shí)是非常開心、非常期待的，因?yàn)檫@個結(jié)果與美國最大的傳統(tǒng)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營商 Viasat 一比較，就得出了顯著的優(yōu)勢：

Viasat 的 Unlimited Silver 25 套餐，月費(fèi) $100，標(biāo)稱帶寬只有 25 Mbps，而且還有60GB的數(shù)據(jù)封頂；而根據(jù)第三方統(tǒng)計(jì)，該公司標(biāo)稱帶寬 100 Mbps的套餐（月費(fèi)$200），實(shí)際用戶測試的平均結(jié)果，只有 33 Mbps。

但是，我們先想象一下，假設(shè)你就是馬斯克，為了得到更多的融資，現(xiàn)在需要秀一下肌肉，把星鏈的初步成果向世界展示，你會不會集中所有的資源來為測試者服務(wù)，來得到一份漂亮的成績單？

也就是說，我們基本上可以認(rèn)為上面的測試結(jié)果是在非常理想的條件下得到的。我們再假設(shè)一下目前的 1325 顆衛(wèi)星，都為參與測試的 1 萬個人服務(wù)，平均就是每顆衛(wèi)星服務(wù) 7 個人。這樣計(jì)算肯定不嚴(yán)謹(jǐn)，但是目前的測試結(jié)果基本上就是在這個量級上得到的。

二、5G 通信性能

5G 的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接，下面就把這幾方面拆開來分析一下。

1. 通信速度

先放一張從 1G 到 4G 的通信速度對比圖表：

在一項(xiàng) 15 個國家和地區(qū)中，追蹤調(diào)查的 5G 速度的調(diào)查中顯示，5G 網(wǎng)絡(luò)平均下載速度最快的是沙特，平均下載速度為 377.2 Mbps，是 4G 網(wǎng)絡(luò) 30.1 Mbps 的 12.5 倍。

平均下載速度僅次于沙特的是韓國，其 5G 網(wǎng)絡(luò)在追蹤調(diào)查期間的平均下載速度為 336.1 Mbps，是 4G 網(wǎng)絡(luò) 60.5Mbps 平均下載速度的 5.6 倍。

我國的實(shí)測情況：5G的下行速率平均 538.5Mbps，較 4G 下行速率普遍快 10 倍以上，雖然比理論上的峰值還有很大的差距，但是這個速度跟星鏈相比，是不是壓倒性的優(yōu)勢??！

2.通信時延

先說一個概念：4G 通信的時延是 20 ms，5G 的時延是 1ms。感受一下這里的差距，很強(qiáng)悍！

什么是通信時延?

上圖是手機(jī)和基站之間，上行(手機(jī)主動發(fā)起)通信時的交互流程，圖中的每一個紅色方塊，用來表示處理時間，這些處理時間累加起來，就是上行通信的時延，下行通信(基站主動發(fā)起)同樣如此。

對于 4G 來說，上行時延 12.5ms，下行時延 7.5ms，一共是 20ms。

看一下下面這張圖，是馬斯克在一次發(fā)言中所說的：

根據(jù)圖中的預(yù)期目標(biāo)，星鏈的所有衛(wèi)星部署完畢后，最最理想的時延是低于 10 ms，這也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 5G 的時延！

3. 速度快的主要原因

(1) 頻譜更寬

5G的頻譜分為兩段:

FR1（Frequency Range 1）: 低于 6GHz, 帶寬是 100 M。
FR2（Frequency Range 2）: 高于 6GHz，毫米波，帶寬最多是 400M。

直接看數(shù)字好像沒有感覺，但是一對比感覺就出來了：4G 的帶寬是 20M。

帶寬就像高速公路，數(shù)據(jù)就像在高速公路上跑的汽車。5G 這條高速公路，就相當(dāng)于在 4G 的基礎(chǔ)上，又增添了好多倍的寬度。

(2) Massive MIMO(大規(guī)模天線技術(shù))

MIMO 的全稱是：Multiple Input Multiple Output，意為多入多出，主要靠在空中同時傳輸多路不同的數(shù)據(jù)來成倍地提升網(wǎng)速，下行 MIMO 取決于基站的發(fā)射天線數(shù)和手機(jī)的接收天線數(shù)。

電磁波的顯著特點(diǎn)：頻率越高，波長越短，越趨近于直線傳播（繞射和穿墻能力越差）。頻率越高，在傳播介質(zhì)中的衰減也越大。

在中學(xué)物理課本上，學(xué)過這樣一個公式：速度 = 波長 * 頻率。頻率越高，波長越短，信號就越容易被擋住。

比如激光筆，波長大概是 635nm 左右，射出的就是一條直線，用手擋住就穿不過去了。再比如衛(wèi)星通信和 GPS 導(dǎo)航（波長1cm左右），如果有遮擋物，就沒有信號了。

對于 5G 來說，頻率更高，波長更短，繞射和穿透能力就更差了，因此需要部署更多的基站。另一方面，波長變短了，于是天線也就跟著變短了！

天線數(shù)量

有過生活閱歷的朋友一定都記得，在之前的功能機(jī)時代，每一臺手機(jī)上都長著一根天線，現(xiàn)在的手機(jī)天線都被隱藏在內(nèi)部了。

既然天線變短了，那么就意味著在手機(jī)內(nèi)部有更多的空間放置更多的天線了！

在 5G 時代，天線不是按照“根”來計(jì)算的，而是按照“陣列”來計(jì)算。所以，我們在一些信號塔上，可以看到一個小基站身上，看到好多根天線。

空間復(fù)用

傳統(tǒng)的 MIMO 稱之為2D-MIMO，信號在做覆蓋時，只能在水平方向移動，垂直方向是不動的，信號類似一個平面發(fā)射出去，而 Massive MIMO，是信號水平維度空間基礎(chǔ)上引入垂直維度的空域進(jìn)行利用，信號的輻射狀是個電磁波束。

簡而言之，就是通過在不同傳播路徑或空間路徑上發(fā)送相同數(shù)據(jù)來提高系統(tǒng)的可靠性，不僅能通過空中信道的多樣化來提升性能，還可以同時傳輸多個消息，并在傳輸過程中各行其道，互不干擾。

波束成形

在基站上布設(shè)天線陣列，通過對射頻信號相位的控制，它能將無線信號聚集到特定方向，而不是擴(kuò)散到廣域中。這樣就使得相互作用后的電磁波的波瓣變得非常狹窄，并指向它所提供服務(wù)的手機(jī)，而且能跟據(jù)手機(jī)的移動而轉(zhuǎn)變方向。

就像手電筒與激光筆之間的區(qū)別，前者可以照亮整個屋子里的人，后者則可以持續(xù)指向或追蹤單個用戶。

4. 系統(tǒng)容量

每一個基站的覆蓋范圍、服務(wù)能力都是有一定限制的：

從覆蓋的范圍上來計(jì)算，5G 基站的數(shù)量應(yīng)該是 4G 基站的 100 倍，才能達(dá)到 4G 基站的覆蓋范圍。

據(jù)估算，在城市中心區(qū)域大概每 200 米到 300 米就需建 1 個5G基站，郊區(qū)大概每 500 米到 1 公里左右需建 1 個5G基站，農(nóng)村則需要每 1.5 公里到 2.5 公里建一個 5G 基站。

因?yàn)?5G 信號的穿透力大幅減弱，未來在人群分布密集的寫字樓、居住區(qū)、商業(yè)區(qū)等區(qū)域，還需要建設(shè)更密集的 5G 室內(nèi)基站。

5G 基站分為 2 種：微基站和宏基站?？疵志椭溃⒒竞苄?造價低)，宏基站很大(造價高)！據(jù)工信部介紹，我國已經(jīng)建設(shè)完成了大約 71.8 萬個 5G 基站，預(yù)計(jì) 2030 年將會達(dá)到 1500 萬個。

據(jù)預(yù)測，5G 宏基站數(shù)量約為 4G 基站數(shù)量的 2 倍以上，小基站數(shù)量約為 4G 宏基站數(shù)量的 2倍到3倍。

這么龐大的數(shù)量，對于設(shè)備商來說，真的是一個巨大的機(jī)會！另一方面，同樣的基站，5G 的功耗大小是 4G 的 3-4 倍左右，這對運(yùn)營商來說也是一個巨大的成本。

這里有一個小知識普及一下：有些人認(rèn)為基站這么多，其輻射是否對人體產(chǎn)生更大的影響？這一點(diǎn)可以放心，和傳統(tǒng)認(rèn)知恰好相反，事實(shí)上基站數(shù)量越多，輻射反而越小！你想象一下，冬天一群人在房子里取暖，是一個大功率取暖器好，還是幾個小功率取暖器好？

從網(wǎng)上找了下面 2 張圖：

所以，關(guān)于輻射這一點(diǎn)是不用擔(dān)心的！

三、Starlink 與 5G 的對比

1. 覆蓋范圍

一個基站的容量有有限制的，一個 4G 基站從技術(shù)上通常是可以支持最大連接 1200 個用戶，但是如果接入的用戶多，速度和穩(wěn)定性肯定會下降。

我們就來做個最粗暴的對比，中國有 450 萬個左右的 4G 基站，連接的移動用戶數(shù)按 10 億計(jì)算，一個基站平均連接用戶 222 個左右。

那么星鏈系統(tǒng)呢？按照 SpaceX 所說的 1 億用戶、4.2 萬個衛(wèi)星計(jì)算，相當(dāng)于一顆衛(wèi)星連接 2381 個鍋蓋（終端），這個數(shù)字已經(jīng)是中國 4G 基站的設(shè)計(jì)最大連接標(biāo)準(zhǔn)的 2 倍。況且衛(wèi)星離地面至少四五百公里、衛(wèi)星既要連接鍋蓋（終端）還要接入地面的骨干通信網(wǎng)絡(luò)，這個承載根本就是不現(xiàn)實(shí)的。

初步估算，4.2 萬顆衛(wèi)星，頂多可能支撐到 1000 萬級別的用戶，而且在這個數(shù)量的級別，通信速度可能會下降很多，更不可能與我們的 4G 相比，更別說 5G 了。

2. 通信速度

從上面的測試數(shù)據(jù)中已經(jīng)看出，無論是下行、上行速度，還是通信時延，Starlink 與 5G 都不在一個層次上。

而且 Startlink 還需要背著一個鍋?zhàn)邅碜呷ィ习?、旅游、做地鐵怎么辦？讓你在大街上背著這個鍋上網(wǎng)，給你錢估計(jì)都不會愿意。

四、Starlink 的優(yōu)勢

1. 局部地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

如果 Starlink 的所有 4.2 萬顆衛(wèi)星部署完畢，平均服務(wù)于全球范圍，顯然是不太現(xiàn)實(shí)的。

對于一些地廣人稀、人跡罕至的局部地區(qū)，固網(wǎng)鋪設(shè)成本很高，營運(yùn)商沒有激勵，導(dǎo)致寬頻很貴。在這些地方，可靠的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)仍然是一種奢侈品。

因此，衛(wèi)星網(wǎng)路就成為了一種替代方案。比如在美國的中西部，很多商戶，比如旅館提供的 Wi-Fi，以及餐館超市的 POS 機(jī)，背后其實(shí)都是衛(wèi)星網(wǎng)路。

1. 4G、5G 網(wǎng)絡(luò)不能覆蓋到的偏遠(yuǎn)地區(qū)、荒漠、大洋；
2. 美國、加拿大那些人口密度低的農(nóng)場；
3. 亞非拉那些比較小的、網(wǎng)絡(luò)不完善的國家；
4. 偏遠(yuǎn)山區(qū)；

在這些地方推廣衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，比推廣 5G 更劃算，因?yàn)槿丝诿芏鹊停?G 設(shè)備覆蓋一平方公里可能只有 10 個用戶使用。相對于5G來說，星鏈由于采用衛(wèi)星傳輸?shù)姆绞?，因此信號覆蓋將不會受到地形、地貌和所在區(qū)域的限制。

2. 軍事服務(wù)

美國陸軍于 2020年5月，與 SpaceX 簽署了 CRADA 這樣一份合同研發(fā)協(xié)議，將用星鏈來幫他們進(jìn)行軍事通訊。在馬斯克鼓勵全球都使用 Starlink 同時，又率先和軍方建立聯(lián)系，難免讓全世界多個心眼。

如果使用他的星鏈，沒人能保證如果戰(zhàn)爭爆發(fā)，美方會不會切斷對手的通訊？畢竟這是有過先例的。

在1996大演習(xí)中，我國在進(jìn)行導(dǎo)彈試射時，出現(xiàn)了兩顆導(dǎo)彈試射后失去信號的情況，我國導(dǎo)彈之所以會失去控制，這是因?yàn)槊绹矫鎸⑽覀冄萘?xí)地區(qū)的衛(wèi)星定位信號關(guān)閉了。

后來，在一次導(dǎo)彈試射中，我國正進(jìn)行一次東風(fēng)21C的打靶試驗(yàn)，美國再次將 GPS 制導(dǎo)信號切斷，美軍以為中國依然會發(fā)射失敗，于是暗自竊喜。讓人意外的事情發(fā)生了，被切斷信號的東風(fēng)21C，并沒有出現(xiàn)無法精確定位的情況，其依舊準(zhǔn)確的命中了目標(biāo)，因?yàn)橐呀?jīng)用上了北斗！

因此，如果對于星鏈所提供的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)依賴太深，會不會在關(guān)鍵時刻也會成為刀俎上的魚肉？

不過，我倒覺得星鏈項(xiàng)目中的這么多顆衛(wèi)星(4.2 萬顆)，在關(guān)鍵時刻是不是可以充當(dāng)人肉炸彈的功能？

比如在軍事戰(zhàn)爭中，直接向?qū)Ψ降膶?dǎo)彈、衛(wèi)星等撞過去，畢竟數(shù)量多啊，損失掉 1 萬顆，還剩下 3.2 萬顆，誰敢跟我比？！

3. 未來遠(yuǎn)景

最后，請大家再欣賞一下 2 張效果圖，不知道在多年之后的地球上空，是否真的會出現(xiàn)這樣奇幻的景象？似乎又回到了小時候，躺在院子里的小床上，仰望著點(diǎn)點(diǎn)星空！