【NTN 卫星通信】关于卫星通信的一次访谈

news2024/9/22 13:18:39

1 概述

  通过CSDN的途径,有个咨询公司找到我,说是有投资公司看到我的博客,希望做一次访谈,我回答了10个问题,现在发到博客上;很多观点都是自己根据经验拍的,并没有严格的计算,有兴趣的看看就好,有些问题还挺有趣的。

2 访谈问题以及回复

1、对于一个信号发生设备,如通信基站,其理论最大信道容量(网速,bit/s)和其通信频率(Hz)、功率(W)的数学关系是什么,能否用公式表示。

答复:这个问题可以直接由香农公式回答和频率没有直接关系,是和带宽有关系,直接参考香农公式即可。

2、如果通信频率越高,网速就越快,那为什么不持续利用高频段的信号?如在地面直接用Ka\ku\V\W等,而不是现在的sub 6G。使用高频段的限制是什么。
答复:首先,并不是频率越高,网速就越快;频率越高,实际上衰减越厉害,不利于无线通信;只是高频,可使用的频段较多,空闲的频谱资源多而已,高频主要是由于一些器件上的限制,以及传播性能上的限制。

3、对于一个通信基站,发出去的信号的最大信道容量是固定的(如xx Gbit/s),那么如果有n部手机连接了这台基站,每台手机的速率能达到多少;连接的手机数和每台手机的网速是什么数学关系,能否用公式表示并说明。
答复:对于一个地面基给,只能够说最大理论峰值是固定的;n部手机连接了这台基站,每部手机的网速与它所处的位置相关;与基站的调度策略以及业务类型都相关,我现解并无统一公式。

4、为保证每台手机用户有良好的上网体验,例如100MB/s以上,通常一个地面站最多能覆盖多少用户?
答复:不能一概而论;基站的能力差异很大,一个基站可能包含很多个小区,假设是一个普道的LT小区,20M带宽多例,单个用户要达到100m,也就一个小区只能1-2个用户,5G的带宽更大,要达到这种水平也支持不了几个用户。不考频谱聚合的情况下。

5、对于卫星通信,例如starlink V2.0mini,其最大信道容量是多少(Gbit/s)?其一个波束能覆盖多大的地面面积?那么对于该面积内的n个用户,每个用户的网速能达到多少?

答复:
对于starliuk v20mini,我现解1个波本覆盖范围应该还是往25km左右,可能相对之前的版本会小一些,因为根据公开的资料显示,V2.0mini增强了天线设计,增加了波束数目;波束数目的增加意味着波束的覆盖范围可能会小一些,波束增益会更大一些;但是我手上目前没有具体数据。
最大信道容量问题:还是取决于使用的频率带宽;如果将2GHZ的带宽全用起来,理论上传递容量 2G x 5.Xx(64QAM )x16(波束):约为160Gbps;n个用户,不见得都能运行到64QAM,不见得都能使同这2 G HZ带宽;不过还是可以大致估算.(160Gbps/n)·a;再乘以系数a即可,我认为a=0.1就非常不错了。

6、如果把所有的地面通信都换成卫星通信,即卫星通信的用户有数亿级别(同时考虑到例如北京、上海、纽约这样的人口密度)需要多少颗卫星才能使用户达到良好的上网体验(例如100M B/s以上)?(假如很难考虑到这样的极端情况,能否距离说明达到某种用户级别需要多少颗卫星?)

答复:假设北京、上海、纽约都为2000万人;一个卫星最大按照160Gbps x 0.1计算 ;假设需要N颗卫星,1 6 G * N = 2 0 0 0 万 * 1 0 0 M ;可以推算N = 12.5万;但是,我们是否每个人,每时每刻都需要保持100Mbps呢;地面站也不需要做到这样,如果这样考虑,N的值可以大大减少。

7、为什么starlink必须建设地面信关站?地面信关站起到了什么样的功能?是否信关站向用户手机发射信号?如果未来都采用卫星的激光互联,是不是就不需要信关站了?
答复:地面信关站建立主要是为了将数据接入到地面的传输网络,信关站可以认为是主要起回传功能。信关站不直接给手机发射信号。如果采用激光互连,只是可以减少信关站,信关给总是需要的。

8、starlink卫星直连手机(即不需要地面接收天线终端)的原理是什么?相比于上一代需要地面接收终端的方案有哪些技术上的变化?是否存在难度?手机网速会有什么不同?
答复:starlink直接手机原理和接地而了冬端的类似,我理解没有太多原理上的差异;主要是终端天线能力,尺寸等得到提升,不依赖地面终端接收卫星信号转Wifi。

9、卫星通信对于地面通信的又是到底有哪些?Starlink的愿景里面,通信还需要依靠地面网络吗,是不是全部用卫星就可以搞定。
答复:
卫星通信的优势在于覆盖范围户,地面通信系统,依赖有线部署回传等,对于一些区域,是无法实现的,在海洋,沙漠,偏远地区,地面网络要去建基站,供电,传输等代价非常高,几乎无以实现;而卫星则没有这种限制。而且卫星通信频谱多。Starlink应该没有说要全面替代地面网络吧;这么说吧,应该至少20年内不太可能,未来更可能卫星和地面网络融合发展。

10、设想,从0开始建设通信网络(即不存在现有的地面网络),全部采用卫星通信网络能否解决人类的通信需求?为什么?从成本角度考虑,卫星通信网络vs地面通信网络,哪个更便宜,能否简单试算?
答复:
这个问题有点意思;首先需要定义清楚什么是人类的通信需求。语音?100MbPs的速率?还是AR、VR?还是无论何时,何地,何种情况下的信息传递?我认为答案当是否定的,没有哪项技术感说它完全满足了人类的需求。比如极致时延的一些业务,卫是通信应该就是有瓶领的。从成本的角度,目前来看,偏远地区的覆盖肯定是卫是通结更偏宜;对于大城市,地面网络更便宜。试算都只是基于现有的成本,以当前的数据来计算,得出的结果当然是城市地面网络偏宜,偏远地区、海岛、海洋等卫星偏宜。我认为无特别意义。但是要用发展的观点看,未来卫星频谱假设是地面的100~1000倍;卫星发射成本到单星5万美元、芯片发展到单小区处理10万回户;有可能大城市使用卫是通信的成本也会大大降低。当然这只是设想…

3 参考文献

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