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需求方面,随着行业应用和人类活动范围的拓展,卫星通信全球覆盖和空间覆盖的优势开始显现。到今天为止,地面移动通信系统覆盖的人口已经超过70%,但是受制于技术经济因素,只覆盖了20%的陆地面积,按地球表面积计算大概只有6%。随着行业发展,航空、远洋、渔业、石油、环境监测、户外越野活动,还有国家战略和军事通信等,在广域和空间覆盖方面的需求十分强劲。

陈山枝认为,手机直连卫星意味着卫星通信将在从行业应用市场进入消费者市场。“但是,Starlink能够取代甚至颠覆5G的说法也是十分荒谬的。”陈山枝指出,卫星通信有很多局限性。首先是区域的无效覆盖,三个高轨同步卫星就可以覆盖全球,成百上千个低轨卫星相对地面是高速运动的,只能均匀覆盖,而很多区域无效的,因为实际上并没有用户;第二,卫星信号无法覆盖室内及有立交桥和山体树林遮挡的室外;第三,卫星终端的小型化和天线间的矛盾,特别是人们已习惯于普通手机的内置天线(用户无感),而目前的商用卫星手机还是外置天线;第四,卫星通信频谱效率远低于蜂窝移动通信,StarLink的下行频谱效率是2.27bit/s/Hz,只达到3G水平,而5G的下行链路平均频谱效率是10 bit/s/Hz以上。最后也是最重要的,因为涉及卫星制造、卫星发射、地面设备、卫星运营及服务等诸多环节,每颗通信卫星的建设和运维成本十倍甚至数百倍于地面基站,所以通信资费一定会高于5G地面蜂窝通信。

卫星通信系统跟地面蜂窝移动通信系统相比,主要技术差异和挑战表现在:1)卫星信道和地面信道的传播特性不同,卫星通信传播距离远,信号传播路径损耗大,且传输时延大,带来链路预算、时序关系和传输方案的挑战;2)卫星高速移动,引发时间同步跟踪性能、频率同步跟踪(多普勒效应)、移动性管理(频繁波束切换和星间切换)、调制解调性能等挑战。如手机到地面基站只有几百米到公里级,5G能支持500km/h终端移动速度;而低轨卫星离地面手机约300到1500km,卫星相对地面移动速度约7.7到7.1km/s,超过25000km/h。

至于AST公司宣称的“把目前每部智能手机变成一部卫星电话,在世界任何地方都可以宽带上网”。陈山枝认为,AST试图将现有存量4G或5G普通手机不作改动直连接入卫星,由于没有针对上述技术挑战做任何系统优化,存量手机没有足够的定时和频率补偿能力,所有问题的解决都需要在卫星上实现上,存在复杂度高、成本高、系统容量有限、低轨卫星的轨道高度也受限等缺点。另外,4G和5G手机的内置天线发射功率有限,典型值200mW,因此AST需要约64平方米超大规模相控阵天线,通过阵列天线增益去补偿普通手机远距离接入卫星的链路损耗,但超大规模相控阵天线造成了重量、体积、功耗、成本等方面的挑战与问题。

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