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。
* H7 l4 j- E# `2 M) o1 ?
马斯克的这个项目要建两层卫星网络。

" \* z: \6 I/ r8 L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。

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。

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。

: ^$ T* F1 Y. s# wLEO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。
. g9 o: i. A. S( V) t
! I! V, @2 r0 I/ |6 h; o# S8 f% PV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。
7 x8 q9 N2 |* k* s2 m, ~- V, j: s
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。  
- Q4 g" S: u1 i6 @) X
) J) w5 Z0 {- v: L* R* J
3 S* e4 L' v( |, d
. ]& x3 X* H- p- e: |" L; o8 }; I; G

pcb

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。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。”
" ~9 d! L, m% g+ z
6 a* _6 f6 |3 D- T: M3 J" J$ Z: T1 r4 _2547+2478+2493 = 约 7500 颗卫星在VLEO层

- j, h0 A. ?: Z. w地球表面积 510 million sq.km

1 R6 l! x' l9 p/ S  q不考虑overlap，每颗卫星要覆盖 约 80,000 sq.km

3 l9 ?8 ]- I6 C  m7 E/ m9 W9 V北京市面积 16,000 sq.km，按上面的计算分不到一颗卫星
. M, [1 G" |% J0 Y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？

5 u: q, x& @" P4 C（5+2） = 7 G， 除以 20万

1 X  a. n4 W* s2 D0 q$ x35k

code_abc

pcb 发表于 2018-2-27 00:25
- ~& [2 K, z6 H, f0 X, ~% i做下算术题
0 j- @2 l9 W) N& r& @+ 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。 ...

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
做下算术题
! Y( ~- s: |4 j“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。 ...

1 a$ l5 O* G0 i4 j. n0 g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。

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
  C8 R+ C3 {7 L9 u  A) m4 y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， ...

so, 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
: k* d" k/ N' n4 [; M3 ?- q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 ...

4 B7 u& h8 e4 G) E1 G
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。
: }+ S; |% `  F& ~* a* k8 \! f5 a+ f
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 ...

intended 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
- K2 I# h! b; L4 w3 E% v! G' Bintended customer base是什么呢？如何与现有4G、5G竞争呢？

! p0 ^# c; v% s" s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
: _8 x* f3 A+ Z- ~9 b6 m# G相当于一个个人便携的移动热点Hotspot~

) i- @, c5 y4 `( Y2 ~6 D
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。
; W  r+ ~% c4 T9 n7 f# W: T# a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？
5 Z" p: w" U4 [' m. v" j$ L7 d
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。


0 T, k% u5 A1 W: X2 R# P

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 ...

( d# x+ r+ y! h& Q1 W, d  j
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
0 t, G4 _# _) z4 Q. {) o7 k& }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 ...

  L& V+ z  l$ I  e3 P查了一下，你说得对， smart antenna 没问题。
( E' e" c4 q5 |9 c" m隔行如隔山啊。

tangotango

pcb 发表于 2018-2-27 00:25
+ J7 t8 m5 d) H做下算术题
7 u5 W. ~  N3 ^' p8 [/ @% \( W“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。 ...

( q: [4 x# z, b# e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。
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
% z, {2 Z+ y/ O3 N1 P' j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 ...

. P, E* P' K8 K1 R% r% c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
5 f6 o2 j+ t7 L3 z0.62208Gbps上行 1.24416Gbps下行
1 j9 e) h8 [+ c( k# x& N1.24416Gbps上行 1.24416Gbps下行
0.15552Gbps上行 2.48832Gbps下行
5 s+ C% r  x; b+ n; G0.62208Gbps上行 2.48832Gbps下行
/ J" R, ^$ g* C9 R6 x1.24416Gbps上行 2.48832Gbps下行
2.48832Gbps上行 2.48832Gbps下行

, s9 B9 X2 M0 t5 B- ?$ e& \其中1.24416Gbps上行 2.48832Gbps下行 是目前可支持的主要速率。
! |. ^5 ^# {' Y5 {7 k) N

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 ...

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

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

# E1 j! ^$ @6 o  V0 o; I) _1 }1 g

陈王奋起挥黄钺 发表于 2018-2-26 22:50
$ h; R$ f% K# e5 {6 v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 ...

8 W8 b9 h" s9 ?* T" ?& 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。