投稿|互联网的最后一公里，只有卫星才能实现投稿|卫星|移动互联网

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文 | 观察未来科技

当前，5G地面通信网络正在如火如荼地建设中，与此同时，以天地一体化为特点的6G网络研究也已经启动——在人类非居住区，如海洋、山区、沙漠和边远地区，限于经济等因素，地面信息网络的覆盖很难延伸。在我国，尽管国家付出了巨大的努力，地面移动通信网络的覆盖率仍小于国土面积的40% 。
然而，卫星通信网的高覆盖能力，却能够解决这一全球通信问题，并显示出广阔的应用场景。人们可以用卫星把地面互联网拓展到海上、空中、太空，并将信息传送至深空；可以用通信星座组网的方式实现全球无缝覆盖的互联网接入；还可以通过快速提升卫星容量，支持宽带互联网接入，为天基宽带互联网星座的建设和应用提供最根本的驱动力。
卫星互联网正当时自从1957年苏联发射Sputnik -1卫星以来，迄今为止，人类已经将上千颗卫星发射至了太空，用于通信、导航、天气预报、地球观测、科学和军事服务等。
卫星的应用范围也牵涉每个人的生活，无论是远程通信、出行导航，还是收看世界新闻和天气预报，都离不开卫星。卫星还被用作陆地、空中或海上的导航辅助设备；被用于遥感，如发现隐藏的矿物资源，以及天文研究和气层探索。基于预期的应用，卫星又可大致分为通信卫星、导航卫星、天气预报卫星、地球观测卫星和军用卫星等。
当然，与卫星在其他领域的应用相比，卫星在电信领域的应用表现最为突出，不论是电视广播、国际电话，还是数据通信服务，都需要通信卫星在点对点、点对多点、多点交互服务中充当中继站的作用。
【投稿|互联网的最后一公里，只有卫星才能实现】使用卫星进行通信的概念可以追溯到1945年，当时，20世纪著名的英国科幻作家Arthur Charles Clarke在《世界无线电》杂志发表的著名论文《地球外的中继》中提出利用通信卫星实现全球通信的科学设想，指出利用3颗同步轨道卫星即可实现全球通信，卫星通信的概念也因此诞生。
1954年，美国海军成功实现了利用月球、无源气球卫星等进行跨大洋的中继通信，证实了通信卫星和卫星通信的实用价值。
1957年，苏联发射了第一颗人造卫星“斯普特尼克”（Sputnic），开启了人造卫星进行有源通信的历史，同时，苏联发射卫星这一标志性事件震惊了美国，史称“斯普特尼克时刻” 。
1958年12月，美国航空航天局（NASA）将世界上第一颗试验通信卫星“斯科尔”（Score）发射到椭圆轨道上，利用星载录音磁带实现了异步电话、电报通信，正式拉开了卫星通信的序幕。
不过，卫星通信真正成为现实，还是在1962年的Telestar-1卫星的发射。1962年7月，美国电话电报公司（AT&T）发射了“电星1号”（Telestar-1）低轨道卫星，实现了横跨大西洋两岸的电话和电视服务，这也是通过卫星通信建立了的美国和欧洲之间的第一个洲际链接。
1962年12月，AT&T又发射了“中继1号”（Relay）卫星，进入1270～8300km的椭圆轨道，在美国、欧洲、南美洲之间进行了洲际电话、电视、传真的传输实验，并对卫星的通信频率、姿态控制、遥测跟踪、通信方式等进行了实验。
在过去的60年里，自从Telestar-1发射以来，通信卫星技术就开始以一种飞跃性的进展向前发展。通信卫星的技术和应用在过去五十多年里已经增长了许多倍。作为比较，在1963年发射的Syncom 2卫星的发射质量为68kg，持续运行三年并且具有几瓦的发射放大功率。而如今的卫星，已经适用于全球区域和点波束区域应用。从模拟卫星通信、数字卫星通信，到卫星移动通信、窄带卫星星座、高通量卫星通信和宽带卫星星座等，人们正在朝着卫星时代狂奔而去。
互联网的最后一公里这几天，卫星通信方便，被讨论最多的，就是华为和苹果之间的卫星通信争夺。一方面，今年苹果秋季发布会邀请函为“太空”主题，让不少业内人士猜测，苹果 iPhone 14 系列将会支持传言已久的“卫星通信”功能。而知名苹果分析师郭明錤也公布了他对于苹果卫星通信功能的最新研究，他认为iPhone 支持卫星通信已是必然，但该功能是否会在 iPhone 14 中落地，仍不能完全确定。
另一方面，相对于苹果对卫星通信功能的遮遮掩掩，另一巨头华为则大方得多，华为终端业务 CEO、智能汽车解决方案 BU CEO 余承东在一段宣传视频中，就明确提及华为 Mate50 将发布一项“向上捅破天”的技术，另外有华为内部人士向媒体证实，华为 Mate50 的确将支持卫星通信功能。
而卫星通信之所以会让科技大厂们为之争夺，则在于其背后所藏着的卫星互联网的力量。随着互联网和移动互联网的发展，卫星通信开始进入卫星互联网时代。而所谓卫星互联网，就是指人么直接通过卫星来访问互联网。人们只要通过计算机卫星调制解调器、卫星天线和卫星配合便可接入互联网。
互联网上的信息在数据中心进行一系列处理后，进入卫星地面站，由地面主站发往卫星。远端的用户，无论是集体用户还是个体用户，都可以通过卫星信道获取需要的信息。另外，卫星也可以将用户所需的内容推送到用户的硬盘上，这一切也可以通过卫星互联网的运营商来实现。
卫星接入不受地域限制，真正实现了互联网的无缝接入。要知道，国内的5G技术发展已经非常快速，5G基站基本覆盖各大城市及乡镇县城地区，4G基站的覆盖面则更广。但即便如此，4G/5G网络都只能覆盖全球20%左右的范围，更大的区域如海洋、沙漠、森林等都是“信息荒原”，一旦踏足这些区域，手机信号再强也会丧失打电话、发短信的能力。
实际上，从全球信息化建设来看，主干网得到了足够重视和大规模投入，带宽有了极大提高，可以说网络的主干已经为承载各种宽带业务做好了准备。但“最后一公里”——从骨干网到网络用户端之间的接入，由于不同的情况，而发展相对滞后，带宽较低，已成为互联网的“瓶颈” 。当前，“最后一公里”问题正得到越来越多人的重视，而只有解决好“最后一公里”问题，互联网才有可能达到“高速、互动、个性化”的最终目标。
目前全球的互联网数据主要通过地下或水下光缆传输，光缆铺设成本高，覆盖范围小是限制互联网发展的主要原因，因此，要真正实现5G的万物互联愿景，还需要借助可以真正实现全球覆盖的卫星互联网。卫星通信覆盖范围大、通信距离远的特点，使其在大区域、稀路由、无缝隙移动通信方面有其他通信方式无法比拟的优势。
一方面，卫星通信可以实现用户在任何时间、任何地点高速地从互联网获取信息，并能对环境和物体进行信息监测和数据采集，满足物联网发展需求。另一方面，卫星通信是地面通信网的有益补充。将通信卫星网络与地面网络相互融合，形成天地一体化信息网络，可以实现全球通信无缝覆盖，弥补现有地面互联网网络的覆盖盲点，满足偏远、分散地区以及空中、海上用户的联网需求。
争夺通信卫星入场券可以说，卫星互联网对于多媒体通信、信息服务和互联网本身都具有极其重要的意义。卫星互联网既是互联网的延伸和补充，又是互联网的强化系统，它的出现加快了通信多媒体化、个性化服务的进程。
并且，作为一种新的网络系统和信息服务，卫星互联网具有VSAT、ISP音视频广播等多种属性，它横跨了电信、互联网和广播电视三大行业，是促进三网融合的重要力量。卫星互联网不仅将有望成为5G乃至6G时代实现全球卫星通信网络覆盖的重要解决方案，还有望成为航天、通信、互联网产业融合发展的重要趋势和战略制高点。
对于世界各国和科技巨头们纷纷抢占卫星通信市场来说，卫星通信展现出极具潜力的未来是一方面，另一方面，则在于卫星通信稀缺的轨道资源。空间轨道资源和频谱资源具有稀缺性，已然成为一种重要战略资源。低轨卫星频率集中于C频段（4-8GHz）、Ku频段（12-18GHz）和Ka频段（26.5-40GHz），其中Ka频段速率更高，主要用于高通量卫星。
而Ka频段雨衰现象较为严重，以至于各国开始向更高频段的Q、V进行开发，卫星通信从低频段向高频段发展已成为大趋势。目前TU对于卫星频段轨道规划遵循“先登先占”原则，在频段轨道有限但组网卫星数量庞大的情形下，频率与轨道成为稀缺战略资源。
在频道与轨道成为稀缺战略资源的背景下，各国将卫星互联网建设上升为国家战略，推动卫星互联网组网计划。美国政府于2016年提出了宣布投资5000万美元的创新基金，用于推动小卫星发展。俄罗斯发布向国内偏远地区、远离陆地的岛屿提供卫星互联网覆盖的计划。1997-2019年间，全球共发射低轨通信卫星343颗，其中美国发射数量遥遥领先共计230颗，占全球数量的67.05%，俄罗斯、中国、阿根廷、加拿大、英国紧随其后。
马斯克的星链计划称得上是目前世界上最宏伟的卫星互联网计划。星链计划是由美国SpaceX公司提出的低轨道卫星互联网星座系统。该系统由不同高度的卫星星座和若干地面站组成，系统建成后，将由4.2万颗低轨卫星组成的星座为全球卫星覆盖区域提供高速的互联网接入服务。截止2021年年底，SpaceX 已经发射了1944颗星链卫星。
SpaceX星链计划之外，还有多方参与2021年卫星组网浪潮中。2021年，英国通信公司OneWeb公司通过8次发射将284颗OneWeb卫星送入太空，其在轨总数已达到394颗；亚马逊的Kuiper计划发射3236颗近地轨道卫星，投资超100亿美元，但目前一颗卫星还未发射；美国黑色天空公司BlackSky卫星发射5次，共有7颗发射入轨、2颗入轨失败；美国初创公司行星实验室（Planet Labs）建设和运营的集群式对地观测星座仅利用1次拼单任务发射Flock-4s卫星。
说到底，全球互联网市场仍存在庞大的空白区域，而卫星互联网就是连接这些“信息孤岛”的最佳选择。太空之大，也容纳着人们古旧的梦想，卫星互联网开启的大航天时代，将是比大航海时代更加波澜壮阔的伟大时代。而就目前来说，卫星通信之争，也是轨道资源之争，人类的未来必然是从地面互联走向天地共建，现在，才刚开始一张入场券的抢夺。