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      卫星Wi-Fi 覆盖全球是个什么鬼?有可能实现吗?

      發(fā)帖:牛人 | 2016/8/27 16:34:53 | 第 1

      卫星Wi-Fi 覆盖全球是个什么鬼?有可能实现吗?
           近日,有媒體報道谷歌推進全球免費無線網(wǎng)絡(luò)(Wifi)覆蓋計劃,“已將6顆衛(wèi)星送上太空,今年也會陸續(xù)有60枚類似的衛(wèi)星升空……向全球提供無死角的網(wǎng)路覆蓋向全球提供無盲區(qū)、無死角的免費無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù),任何人不管身處高山、大漠、極地還是海洋,只要手持一部價值不過數(shù)十美元的中繼轉(zhuǎn)發(fā)器,即可上網(wǎng)。”
          
           該消息發(fā)布后,有人評論,“墻要倒了”、“三大運營商要完”,更有人聲稱,“這是件大好事,虛擬世界就是要絕對自由”。然而實際上,該新聞很有可能是假新聞,而且谷歌所謂的全球免費無線網(wǎng)絡(luò)(Wifi)覆蓋計劃的實際效果恐怕很難達到其宣稱的水平。
          
          
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           很可能是"假"新聞
          
           “搭載6顆Google衛(wèi)星的火箭于美國西部時間3月27日4點30分升空,谷歌計劃將在今年發(fā)射60顆衛(wèi)星”,這個消息也僅僅出現(xiàn)在中文媒體,歐美媒體鮮有此事的相關(guān)報道。因此,筆者推測,所謂“谷歌發(fā)射6衛(wèi)星,推進全球免費無線網(wǎng)絡(luò)(Wifi)覆蓋計劃”很有可能是假新聞。但是全球免費無線網(wǎng)絡(luò)(Wifi)覆蓋計劃確有其事。
          
           2014年,據(jù)《華爾街日報》報道,谷歌計劃花費超過10億美元來部署數(shù)百個近地軌道衛(wèi)星,為全球偏遠地區(qū)的居民提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。該衛(wèi)星WIFI項目負責(zé)人是格雷格·維勒——雷格·維勒是O3b Networks公司創(chuàng)始人,O3b Networks公司是一家全球衛(wèi)星服務(wù)提供商,以租用衛(wèi)星的方式,為新興市場的電信運營商、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商、企業(yè)及政府客戶運營新一代衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。在2014年O3b Networks公司曾就計劃以12顆在中地球軌道的衛(wèi)星提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù),并計劃于2018年向太空發(fā)射648顆衛(wèi)星,以提供更快速、范圍更廣的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。
          
           可以說,谷歌衛(wèi)星通信方面是缺乏技術(shù)積累的,要推進全球免費無線網(wǎng)絡(luò)(Wifi)覆蓋計劃,恐怕很大程度上要仰仗雷格·維勒等專業(yè)人才。不過,谷歌和雷格·維勒相處的并不好,雷格·維勒在上任數(shù)月后就離職,而全球免費無線網(wǎng)絡(luò)(Wifi)覆蓋計劃進度也異常緩慢,不排除該計劃已經(jīng)處于僵尸狀態(tài)。
          
          
           什么是香農(nóng)定理
          
           筆者認為,即便谷歌將全球免費無線網(wǎng)絡(luò)(Wifi)覆蓋計劃做成,也很難達到當(dāng)年宣稱的水平,原因在于香農(nóng)定理。
             1924年,奈奎斯特針對無噪聲的理想信道,提出了奈奎斯特定理,并指出當(dāng)所有其他條件相同時,信道帶寬加倍則數(shù)據(jù)傳輸速率也加倍。但實際上無噪聲的情況是不存在的,因此奈奎斯特定理只能用來計算理論值。
             1948年,香農(nóng)針對存在噪聲的情況,基于奈奎斯特的技術(shù)成果,明確了在有隨機噪聲干擾的情況計算信道最大數(shù)據(jù)傳輸速率。
             香農(nóng)定理用數(shù)學(xué)公式來表示則是:
             C=W*log2*(1+S/N)
             其中C是可得到的傳輸速度(空口速率),W是帶寬(一般信道都有一個最高的信號頻率和最低的信號頻率,只有在這兩個頻率之間的信號才能通過這個信道,這兩個頻率的差值就叫做這個信道的帶寬。比如最高頻率是900Mhz,最低頻率是880Mhz,那么帶寬就是20Mhz),S是平均信號功率,N是平均噪聲功率,S/N也就是信噪比。
          
           也就是說信息傳輸速度與帶寬和信噪比成正比,但是由于帶寬非常寶貴,資源有限,且功率不可能無限大,因此信息傳輸速度會有一個上限。
          
           恰恰是香農(nóng)定理的客觀存在,導(dǎo)致谷歌的衛(wèi)星WIFI不可能具有普適性,只能小范圍使用;現(xiàn)有的手機也無法接入衛(wèi)星WIFI。
             
          
           普通手機無法接入衛(wèi)星WIFI
          
           谷歌全球免費無線網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是把WIFI熱點裝到近軌衛(wèi)星和無人機上,并用180顆衛(wèi)星完成全球覆蓋。
             但是WIFI技術(shù)源于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù),本來就是基于近距離通信場景設(shè)計的,在實際使用中,如果距離足夠近,在有限功率的情況下能夠取得比較好的信噪比(發(fā)射功率不變前提下,距離近可以降低信號衰減)。但是如果在功率有限的情況下,且距離較遠,比如海平面和近軌人造衛(wèi)星的距離,那么,信噪比就會很糟糕,而根據(jù)香農(nóng)定理,就不可能實現(xiàn)可靠的傳輸,而這也是為什么WIFI覆蓋范圍非常有限的根源。
          
           無法做到普適性服務(wù)
             根據(jù)香農(nóng)定理,若要提高傳輸速度,要么提升頻譜帶寬(公式中的W),要么提升信噪比(公式中的S/N)。但是頻譜資源是非常寶貴,且非常有限的,加上功率不可能無限制增強,必然導(dǎo)致信噪比也是受限制的。
             因此,根據(jù)香農(nóng)定理,無線傳輸速度也會有一個上限,而有限的資源面臨龐大的用戶,自然會導(dǎo)致WIFI信號用的人一多就卡,甚至?xí)霈F(xiàn)無法接入的情況——在機場、賓館、大禮堂等公共場所,經(jīng)常遭遇公共WIFI始終難以接入,或雖然接入,但堪稱龜速的情況。同樣的情況也會出現(xiàn)在蜂窩通信中,而這也是無線通信不適合大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)母驹颉?br>    
           只適用于地廣人稀的場景
             從實踐上看,現(xiàn)有的衛(wèi)星通信根本不可能像LTE那樣滿足廣大人民群眾的通信需求。
             以摩托羅拉當(dāng)年悲劇的銥星計劃、Outernet和歐洲商用衛(wèi)星通信為例。
             銥星移動通信系統(tǒng)采用66顆功率為1200瓦衛(wèi)星,等于是將地面蜂窩移動電話系統(tǒng)搬到衛(wèi)星上。受之前提到過的客觀條件的限制,當(dāng)初的銥星移動通信系統(tǒng)最多只能滿足50萬用戶的語音通信(僅僅是語音通話)。但在實際操作中,實際用戶遠遠達不到這個數(shù)字,用戶少就意味著收益低,加上巨大的研發(fā)費用和系統(tǒng)建設(shè)費用(銥星系統(tǒng)耗資達50多億美元,每年光系統(tǒng)的維護費就要幾億美元),使銥星背上了沉重的債務(wù)負擔(dān),最終不得不申請破產(chǎn),由美國軍方當(dāng)了接盤俠。
             無人機提供WIFI熱點不現(xiàn)實
             除全球免費無線網(wǎng)絡(luò)(Wifi)覆蓋計劃外,谷歌還有Skybender項目,旨在用太陽能無人機做WIFI熱點提供服務(wù),不過這個項目同樣不現(xiàn)實。
             在2014年,谷歌收購了當(dāng)時還只有20名員工的泰坦航空航天公司致力于開發(fā)無人機,谷歌宣稱除使用衛(wèi)星外,還會采用無人機提供WIFI熱點。同時,泰坦航空航天公司表示,“正致力于研發(fā)一種蜻蜓形狀的無人機,新機型兩翼將采用太陽能面板充電,型號命名為Solara 50,機翼約164英尺,比普通波音767稍大……該無人機以太陽能為動力,能在海拔20千米的飛行高度持續(xù)飛行5年之久,可通過專業(yè)通信設(shè)備實現(xiàn)每秒1千兆字節(jié)的速度,將為偏遠地區(qū)普及寬帶連接提供解決方案,并使得網(wǎng)速遠超多數(shù)發(fā)達國家的現(xiàn)行寬帶速度……預(yù)計在2015年將這一計劃首次付諸商業(yè)運作。”
             雖然泰坦航天航空公司言之鑿鑿,但實際上,若要走到其宣傳的性能水平,要克服諸多問題
             正是因此,像谷歌等一批公司,雖然會頻繁炒作高科技概率,也確實會投入真金白銀做研發(fā),但科研成果轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)品和盈利能力的水平非常低——660億美元的利潤收入中有90%為廣告收入,和Intel、微軟等真正腳踏實地、注重實業(yè)搞科研的科技公司形成鮮明對比。
             其實,谷歌腦洞大開的科研項目還有很多,雖然不乏像阿爾法狗這樣取得階段性進展的項目,但最后不了了之的項目也多,國人完全沒必要對谷歌宣稱的每一項所謂“會改變未來人類生活方式的黑科技”太當(dāng)一回事,更沒有必要聽風(fēng)就是雨,對洋技術(shù)頂禮膜拜,為一些未經(jīng)證實的消息“歡欣不已”。
             
             不過人類的發(fā)明創(chuàng)新很多也出于各種偶然的嘗試,即便全球免費無線網(wǎng)絡(luò)(Wifi)覆蓋計劃最終流產(chǎn),或建成后也只能在地廣人稀的地區(qū)使用,以及小范圍內(nèi)使用,其敢于探索的勇氣確實值得肯定。
          
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      2 | 發(fā)帖:牛人 | 時間:2016/8/27 17:20:03
      卫星发射WiFi信号,大家免费上网,为什么不行?!
           
           事实是:
           据了解,该网络提供的内容并不完整,只是提供新闻与教育内容。用户能用手机接收信号,却没办法把数据发射给卫星。这与日常生活中的Wi-Fi差很远。Wi-Fi是双向的,不仅可以下载,还能上传。说白了,卫星发射WiFi信号“外联网”跟以前的卫星电视、广播差不多,唯一区别是,后者传输的是图像与声音,而卫星WiFi信号外联网是传输文字、图片等多媒体内容。
          
          
           为什么不行?!
          
           除了上文提到的“香农定理”外。还有其他无法回避的问题:
          
           1、接收卫星WiFi数据
           看过卫星电视的都知道,它总需要配一个“锅”作为接收器。为何?卫星离地面太远,要把信号传到遥远的地面,需要很大的功率。卫星没有这么大功率,所以需要一个‘锅’来放大信号。同样的原理,目前通用手机的天线集成在手机电板上-很小,要接收信号是有难度的,能接收到也是很弱、或断续的。我们能背着一口‘锅’到处跑吗?
          
           2、上传数据到卫星
           同样的原理,用户若要把信号发送到卫星,也需要很大的发射功率。目前通用的手机满足不了要求。退一步讲,即便手机的电路功率达到了,现在的电池也不足以支撑。如果上网一个小时,电池需要双肩包背着,你用吗?
          
           3、上述2这样大功率的发射,电磁辐射也相对大,健康也是问题。
          
           4、频谱资源限制
           频谱也注定卫星WiFi外联网基本只能单向传输。何为频谱?信号从A发送到B,中间需要一个频道,就像道路一样,资源很有限。
           卫星只给手机传信号时,用户无需回馈信号,卫星想怎么发是卫星集中控制的,这个可以。若用户还需回馈信号时,问题就来了,每一个用户都需占用一个上传轨道,当所有频道都被人占了时候,网络就会崩溃。比如北京上空有1颗卫星,但是这里有2000多万人请求连接网络,网络立马就崩溃了,所有北京的人都蹭不到信号了。
          
           5、如果个人设备通过中继站和卫星通信
           这是个解决办法,但是如此一来卫星就只是现有网络的一个补充,没什么特殊的优势,这种卫星存在的意义就不大了。也就不是“卫星WiFi”而是中继站WiFi、信号塔WiFi。我们认为这个计划是要让所有的个人设备直接和卫星通信上网,才是其核心。
          
           6、距离与延时
           一般网络应用,除了对通信速率有要求外,还对延迟有要求,特别是一些快节奏的网游。这就要求卫星轨道不能太高,来回距离太远,延时大。低轨卫星公转周期小,所以需要很多卫星组成星座才能满足需要(比如铱星和GPS)。然后还需要搭配高难度的星间中继。综上,我们努力去做,还是能实现这个系统的。不过这个系统花费太大,不怎么合算,成本还不如铺设现有的光缆网。况且S波段在通过大气层的时候衰减很严重,本来就不是好的星地通信波段。可如果换用更好的Ku、Ka波段,Wi-Fi设备又不能直接使用。地面上放弃便宜成熟的2.4GHz设备,换用Ku、Ka波段设备又是不小的一笔投资。
          
           虽然在民用上没什么优势,在一些特殊情况下,这种直接由卫星提供的数据服务还是很有用的。当年的铱星计划也为军事、航海、探险、科考提供了很大帮助。只不过价格太贵,很少有人、机构能够承受。免费的卫星Wi-Fi?恐怕不现实吧。
          
           对于网络通信,一定要求是双向的,不然完全没有“用户想要的业务”。单向广告可能比较合适。但是,上行WiFi终端能发到卫星去?不可能,超出WiFi的协议要求了。
          
           不遵守协议?那就不叫WiFi了,必须买特定的终端,就变成铱星了。
          
           为什么还用WiFi来炒?是啊,就是炒啊。
          
       
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