star-link

冰蚁

昨天 @肖恩 提到了马斯克的 star-link 项目。我顺手把他的申请书搜出来看了一下。且不管他是不是忽悠，先做个简单介绍。
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$ `1 G/ q9 _$ L4 }6 b6 ^马斯克的这个项目要建两层卫星网络。

一层在近地轨道(LEO --- low earth orbit)。这层的轨道范围从1110公里到1325公里。这个网络共计要有卫星4425颗，分83个轨道面，部署在5个轨道高度上。其中，1150公里高度有32个轨道面，轨道倾角53度。每个轨道有50颗星。共计1600颗星。这是第一阶段要部署的。现在宣传里要在2020年最先部署完的800颗星是属于这个轨道高度的。其中先发100颗，使用32个轨道面中的4个来实现 beta service。然后完成剩下的700颗星部署，填满32个轨道面，每个轨道面有25颗星。spacex 号称能开始提供覆盖美国和全世界在南北纬60度区间的宽带服务。这个轨道高度一共要部署1600颗星。那剩下的800颗星基本就用来增加系统通信容量以及做备份星，增强系统鲁棒性。
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除去第一阶段的32个轨道面，还剩下的51个轨道面。它们分布在另外四个不同的轨道高度上。分别是1110公里，1130公里，1275公里，1325 公里。1110公里有32个轨道面，轨道倾角53.8度，每个轨道面有50颗星。1130公里有8个轨道面，轨道倾角74度，每个轨道面有50颗星。1275公里有5个轨道面，轨道倾角81度，每个轨道面有75颗星。1325公里有6个轨道面，轨道倾角70度，每个轨道面有75颗星。这四个轨道高度上就共计2825颗星。这些星发完就能实现全球覆盖，并给系统进一步提供容量和鲁棒余裕。
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- d0 c& z# D1 b( P另一层分布在更低轨道 （VLEO --- very low earth orbit) 上。这层的轨道高度约340公里左右。具体地说，分成三个轨道高度以及相应的轨道倾角。2547颗星在345.6公里，倾角53度的轨道上。2478颗星在340.8公里，倾角48度的轨道上。2493颗星在335.9公里，倾角42度的轨道上。VLEO层的每颗卫星都有一个独立的轨道面。

6 u: @- G3 v( f: J" @' _LEO和VLEO轨道上的卫星所使用的频段是不同的。LEO卫星使用 K 波段(Ka 和 Ku）以及 V 波段。VLEO 卫星只使用 V 波段。这些频率用于星间通信以及和地面的通信与控制。地面部分主要分三类，终端用户，网关卫星地面站，卫星跟踪以及控制地面站。spacex 说美国建几百个网关站就可以了。网关站和卫星跟踪控制站使用Ka波段和V波段信号。终端用户使用Ku和V波段信号。

V波段的频率远高于Ku波段，是spacex最终能提供宽带服务的主力。因此spacex在V波段申请了5GHz的带宽分别给上下行链路。下行频段是37.5-42.5GHz，上行47.2-52.4GHz（其中跳过了50.2-50.4GHz）。Ku波段申请的带宽就窄得多。下行10.7-12.7GHz，2GHz的带宽。上行14-14.5GHz，只有0.5GHz带宽。
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以上是spacex 的 star-link 系统的一个简介。昨晚做了点研究。卫星互联网在美国不算个新鲜东西，现在已经有公司提供商业服务，比如Viasat， HughesNet。这些公司租用地球同步通信卫星，号称可以有20多Mbps的速率。但因为数据要在地球和36000公里的同步轨道间跑个来回，延迟很严重。系统使用K波段，带宽也有限。这个催生了spacex的 star-link 计划以及其它一些公司的类似计划。比如oneweb。这个公司也号称要发600多颗星到1200公里的轨道上去，频率也已经被批准了，还宣称已经募集了5亿刀。但马斯克的计划带有其鲜明的特征，那就是比其它公司的类似计划激进好几个量级。他现在已经发了两颗原型卫星上去，且看他如何圈钱烧钱吧。  
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pcb

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5 q& n& W& l# d做下算术题
/ v& r, W: o$ I- L  f( K“另一层分布在更低轨道 （VLEO --- very low earth orbit) 上。这层的轨道高度约340公里左右。具体地说，分成三个轨道高度以及相应的轨道倾角。2547颗星在345.6公里，倾角53度的轨道上。2478颗星在340.8公里，倾角48度的轨道上。2493颗星在335.9公里，倾角42度的轨道上。VLEO层的每颗卫星都有一个独立的轨道面。”
3 s( r( G' [- h) [& R
2547+2478+2493 = 约 7500 颗卫星在VLEO层

6 h7 h: B6 I. D6 I. `地球表面积 510 million sq.km

9 y3 n  N6 a6 H6 r! m% m- V不考虑overlap，每颗卫星要覆盖 约 80,000 sq.km
  w5 |6 a% |# T2 F: {7 K
北京市面积 16,000 sq.km，按上面的计算分不到一颗卫星
北京市人口2172.9万， 假设1%的用户，每个用户能分到多大的带宽？
: C# c- P: ^% C8 K7 L. f7 K. a; t
$ z5 F4 T1 b* l$ q3 B7 r（5+2） = 7 G， 除以 20万
) f1 ?5 N" B# ], Z. l
35k
' E9 m' C1 X; s6 O

code_abc

pcb 发表于 2018-2-27 00:25
做下算术题
“另一层分布在更低轨道 （VLEO --- very low earth orbit) 上。这层的轨道高度约340公里左右。 ...

6 p! D) j% b- \7 d) X4 S( h8 a你这个计算有问题，就算卫星是平均分布的。每一时刻在地面的一个点上都能看到约200颗卫星（340Km的极低轨道）。

冰蚁

pcb 发表于 2018-2-26 11:25
* R$ B/ o9 c3 Z3 f4 z做下算术题
& X- W" A1 Z  ?, H“另一层分布在更低轨道 （VLEO --- very low earth orbit) 上。这层的轨道高度约340公里左右。 ...

% m7 q7 f) j( f! X不能这么算。你的计算隐含的前提是所有用户在同时使用。就和晨司机在肖恩帖子里问的问题一样，球赛完了，大家散场出来都拿手机出来，结果电话都打不通。
# h  l. p# M0 u. l
- o- ^$ D$ k+ T' m7 w* _不过城市里的单独用户估计也不会选这个系统。尤其以后5G，上网方便得很，没竞争力。一定要在城市用，可能一些企业用用，尤其需要越洋的，可以抢点海底光缆的生意。

pcb

冰蚁 发表于 2018-2-27 01:04
- o5 O7 q* {$ J" K2 i6 \& D不能这么算。你的计算隐含的前提是所有用户在同时使用。就和晨司机在肖恩帖子里问的问题一样，球赛完了， ...

8 J( @- c/ L- l: @, K# L+ Y" Aso, 这个是抢目前海事卫星电话的市场的？

晨枫

也就是说，不是手机直接通卫星，而是通过众多的微型地面站？这只是把现在基站之间的光纤用卫星链路取代？对于偏远和移动用户，自己建自己的卫星基站？

冰蚁

晨枫 发表于 2018-2-26 13:46
4 P6 r( v2 u: D4 O# \1 M也就是说，不是手机直接通卫星，而是通过众多的微型地面站？这只是把现在基站之间的光纤用卫星链路取代？对 ...

手机没法接，功率不够，而且频率和现在的通信系统也大不同。
& j: E4 c+ _& Q
据报道是要用一个类似ipad，laptop那么大的一个盒子作为用户和卫星之间的接口。

晨枫

冰蚁 发表于 2018-2-26 12:57
手机没法接，功率不够，而且频率和现在的通信系统也大不同。

据报道是要用一个类似ipad，laptop那么大的 ...

6 ]- {" h3 I3 N; g# e% Iintended customer base是什么呢？如何与现有4G、5G竞争呢？

北京阿新

晨枫 发表于 2018-2-27 03:30
( v2 @% x+ d1 w9 Y8 t  Gintended customer base是什么呢？如何与现有4G、5G竞争呢？

相当于一个个人便携的移动热点Hotspot~

晨枫

北京阿新 发表于 2018-2-26 13:43
相当于一个个人便携的移动热点Hotspot~

2 |  ]& H5 [' [- M4 O  a% p7 e) u; V那使用模式与手机有本质不同了。市场还是有，但市场需求的计算要完全不同考虑了。

雷达

有点意思。
“终端用户使用Ku和V波段信号” 。 如果使用V波段毫米波，带宽足够，然后加上卫星数量够多，理论上“阻塞”的问题不大。
VLEO轨道在340公里，当年铱星是700多公里，终端的发射功率应该也可以。
感觉麻烦的是毫米波通信的雨雪衰减和天线指向问题，也许人家有什么黑科技？

# C! o* O7 H5 v) u/ ~9 p( P我倒是更看好基于 kymeta 车载相控阵天线的卫星车联网的前景，似乎要更靠谱一些。

冰蚁

雷达 发表于 2018-2-26 17:26
有点意思。
“终端用户使用Ku和V波段信号” 。 如果使用V波段毫米波，带宽足够，然后加上卫星数量够多，理 ...

5 O. j( X" |, b1 x+ ^! c, P天线上没啥黑科技吧。不过用到了类似 td scdma 里的 smart antenna 的概念，也就是一个电调相控阵天线来调节指向。雨雪衰减没得救。物理定律大概是破不了的。

雷达

冰蚁 发表于 2018-2-27 07:00
天线上没啥黑科技吧。不过用到了类似 td scdma 里的 smart antenna 的概念，也就是一个电调相控阵天线来 ...

查了一下，你说得对， smart antenna 没问题。
4 e/ u2 _/ K7 }' a0 Z隔行如隔山啊。

tangotango

pcb 发表于 2018-2-27 00:25
3 \& h: t; X$ b) K  a# E* l6 \做下算术题
1 y& i1 @* |; f! I$ F' P“另一层分布在更低轨道 （VLEO --- very low earth orbit) 上。这层的轨道高度约340公里左右。 ...

$ O! {' E& z4 @* H2 y6 I大城市根本不是VLEO的目标市场，卫星不可能跟城市的地面蜂窝网和光纤宽带竞争。不发达的、偏远地区需要卫星宽带接入，但是经济回报支撑不了这么多卫星的网络。但是全球所有的客机航班（每天10万架次级别）很需要宽带数据接入，有不间断数据通信不光服务乘客， 而且提供不间断定位，避免再次发生马航被劫持而根本找不到飞机的悲剧。类似地还有对所有的海轮提供宽带接入。对中国以外的各国高铁、普通列车，VLEO接入也比蜂窝网经济，而蜂窝网与高铁通信的多普勒效应对VLEO可以忽略不计。高速公路上的汽车接入。对这些交通工具而言，VLEO地面终端的体积、天线尺寸、成本不是问题。还有外包美军所需的大量宽带数据服务。以上这些近期可以服务几千万的用户，经济规模足够维持卫星网络了，当然总的通信容量还是比全球的4G、光纤网小得多，但这本来就是一个细分市场而非主流市场。至于说给广大不发达地区用户送温暖（宽带），只是附带的效果，吹吹情怀而已，属于硅谷公司的典型套路，不能用来做真实的财务计划的。
9 `" y) T0 {* g  N才是VLEO

陈王奋起挥黄钺

下行还好，卫星功率做到几百瓦没有什么问题，上行要一个小盒子产生几百瓦，考虑到发射效率30%左右，恐怕要准备3千瓦的大盒子

四处张望

陈王奋起挥黄钺 发表于 2018-2-27 11:50
  E5 j1 x( [0 A' p1 P下行还好，卫星功率做到几百瓦没有什么问题，上行要一个小盒子产生几百瓦，考虑到发射效率30%左右，恐怕要 ...

% ]2 X! H! A3 P/ Y: O常见的客户访问，上行流量都是小一个数量级的

陈王奋起挥黄钺

四处张望 发表于 2018-2-27 17:01
常见的客户访问，上行流量都是小一个数量级的

现在的3G WCDMA，4GLTE，双向带宽相等，说明上下行差距不如以前那么大了，比如上传照片，上传视频。还有迅雷这种模式，把上行当成空余带宽资源。这一点可以看主流的光通讯，GPON速率分以下几档：
0.15552Gbps上行 1.24416Gbps下行
0.62208Gbps上行 1.24416Gbps下行
& o  I9 ~& R( r% p$ L1.24416Gbps上行 1.24416Gbps下行
: O( i+ E/ l1 K- F: q# {; ^0.15552Gbps上行 2.48832Gbps下行
0.62208Gbps上行 2.48832Gbps下行
1.24416Gbps上行 2.48832Gbps下行
" e. F5 j% P! e/ @2.48832Gbps上行 2.48832Gbps下行

其中1.24416Gbps上行 2.48832Gbps下行 是目前可支持的主要速率。
- O* W) }4 j4 @$ o: H. D. O
& K" ]# I. G2 n$ Z8 @

四处张望

陈王奋起挥黄钺 发表于 2018-2-27 17:12
现在的3G WCDMA，4GLTE，双向带宽相等，说明上下行差距不如以前那么大了，比如上传照片，上传视频。还有 ...

: e4 j+ L: H/ w0 `( w+ |1 [我说的是需求，不是技术

陈王奋起挥黄钺

四处张望 发表于 2018-2-27 17:29
我说的是需求，不是技术

5 z" ~5 C( [- }+ e( _0 S9 w提供服务的不是傻子，因为有需求才把上行速率和下行速率的比值从1：10提高到1：2

冰蚁

0 m& s3 J/ Y0 w2 B5 V/ q* D  H

陈王奋起挥黄钺 发表于 2018-2-26 22:50
下行还好，卫星功率做到几百瓦没有什么问题，上行要一个小盒子产生几百瓦，考虑到发射效率30%左右，恐怕要 ...

  _6 e6 V2 Y$ t: J+ y
发射效率咋可能只有30%。按你的算法，现在的海事卫星电话都不用玩了。这种电话的手持机用锂电池，整机含电池重量300多克。通话时间可以有好几个小时，待机可以100多小时。马斯克提的那笔记本电脑大小的接收器，按他说法里面是一个小型相控阵（多根天线），耗电可能会比海事卫星电话的一根全向天线多一些，但也不会夸张到几千瓦这种。而且相控阵的天线增益比全向天线高得多。地面和卫星上都用相控阵，整个链路的增益值一下子会加不少。