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日志

星链的物理局限

热度 2已有 670 次阅读2022-8-19 08:22 |个人分类:科普|系统分类:科技

看到一篇文章,把马斯克的星链说成了通讯技术的未来,这是一种不切实际的夸大。星链并不能给人口集中区域普遍地提供高速互联网服务。下面是简单的计算。

地球表面积5亿平方公里,发射1万颗星链卫星,平均每颗卫星覆盖面积为5万平方公里。5万平方公里是台湾省面积的1.5倍。每颗卫星的数据传输总带宽容量为 20Gbps,这只能给一千人同时提供 20Mbps (4G 最高速度约 100Mbps)的数据传输。而台湾省有两千多万人,因此要成为人口密集区的互联网服务带宽还差1万倍的量级。马斯克称将在下一代星际飞船 Starship 成功后,会发射下一代的 Starlink 卫星,重量会增加若干倍,带宽估计会增加10倍,但这对于人口密集区域还是远远不够,差上百甚至上千倍。

卫星无线电通信不像电缆或者光纤。卫星无线通讯是共享一个空间,信号是互相叠加干扰的。一根光缆可以有很多根光纤,相邻光纤之间互不干扰,且单根光纤本身容量大。以2021年华为公布的一款光纤为例(http://t.cn/A6Sbu8IP),总容量为 56Tbs, 这一根光缆的容量相当于 2千8百颗STARLINK 卫星的总容量。

为什么不能将卫星无线电波束变得更窄更定向,增加波束并使之互不干扰呢?大的卫星可以装多个发射天线,各自对准更小的区域。但这有个衍射极限。目前使用卫星通信高频率的无线电波长为 1厘米(更短的毫米波在空气中衰减急剧),设卫星上天线直径1米,则经过500km 传输后,信号延展宽度至少为 5km,面积数十平方公里。目前的STARLINK卫星有16个下行波束。这还只是考虑下行数据传输。

下行数据传输还可以通过增大天线尺寸来减小波束宽度以及一个波束服务的区域面积,上行就基本没办法了。如果考虑上行(从地面到卫星),因为终端天线小(直径约0.5米的相控阵天线),其波束就更宽了,传到500km卫星高度,波束宽度达到10公里,因此上行容量被一个星载天线的容量所局限。上行容量的局限所有卫星互联网的最大弱点,也是星链更难解决的问题。而上行容量最终也限制了下行容量,这是因为STARLINK传输的数据的起点与终点都是在地面,而且是点对点的,下行的数据最终来自上行的数据。

目前星链为了维持用户体验品质,实际上根据区域限制了用户数量。

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#星链##互联网#

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回复 8288 2022-9-4 12:38
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