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QiShunwang

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SpaceX星链技术取代不了5G,但会让打仗变成打游戏

2021/5/14 21:40:05   来源:

最近和通信教研室的老师讨论5G物联网,聊着聊着就聊到马斯克的星链。这个东西,一些老师说会跳过5G直接进入6G,我觉得是比较牵强的。但是,和我儿子聊天时,中学生的奇思妙想倒是很有意思,写下来权当消遣。引用网络的图1
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1 星链不会取代5G

1.1 星链简介

星链本质上是一种中低轨卫星移动通信系统。之乎了一下2,似乎是分为了很高的同步轨道的,中轨道、低轨道的。目前可不止Starlink一家,具体可以参考 https://zhuanlan.zhihu.com/p/77792616 这里直接照搬之乎的图片。

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但是历史上的各类牌子的卫星手机,和这个星链相比,最直观的感受就是小巫见大巫。

  • 首先数量上没法比,2015 年,SpaceX 向美国联邦通信委员会提交“星链” (Starlink)计划,计划 部署 12000 颗卫星,其中第一阶段发射 4425 颗 轨道高度 1100~1300km 的中轨道卫星,第二阶段 发射 7518 颗高度不超过 346km 的低轨道卫星, 预计2025 年最终完成 12000 颗 卫星的部署2
  • 其次,速率上太厉害了。由于采用Ku+Ka,频段高,号称可以提供至少 1Gbps 的 宽带服务和最高可达 23Gbps 的超高速宽带网络, 能提供类似光纤的网络速度,且覆盖面积大大提升。 此外,整套系统具有很大的弹性,可以针对特定的 地区,动态地集中信号到需要的地方,从而提供高 质量的网络服务2

1.2 星链取代不了地面5G

但是,这个东西与地面5G相比,还是存在显著的区别。这个文章说的很清楚了,我就不再班门弄斧,以免被别的老师笑话。文章大致是说,星链与5G存在区别,我觉得可以总结为3点。

  • 取代5G的成本问题。地面宽带网络发达地区,4G信号基本能覆盖各个角落,而且正在升级为5G网络。从费用上看,马斯克宣布“星链”用户每月租金为80美元。这不便宜,远高于大多数中国人每月的移动通信支出。因此,人们在这些地区没有必要接入“星链”网络3
  • 使用的便携性问题。从使用便捷性上看,卫星网络远不如地基网络,需要通过卫星天线锅接收信号,其天线须对着天空。“星链”终端机,其接收天线直径为0.48米,虽然体积不大,但要随身携带还是很不方便。“星链”用户如果想随时随地上网,估计要头上顶着一口“锅”,这显然是不现实的3
  • 速率没有显著优势。从网络速度和性能上看,“星链”为每台终端机提供的网速最快为1吉比特/秒,与5G速度差不多,延迟时间则比5G长14—19毫秒,所以上网体验和应用范围会受到一定限制。“雨衰”也是卫星通信的弱点。下雨时,卫星电波进入雨层后会衰减,对通信产生影响3

除了文章的说法,另一个问题是,Ka+Ku频段虽然有很宽的频带,但是经不起一大堆用户来分。学过通信的知道,无论是时分还是CDMA,用户越多,实际的速率越小。卫星本身的数目和其他传统卫星系统而言很多,和地面基站相比还是太少了。这个系统经不起老百姓一起上。即使经得起,速率绝对不如5G。你想,低轨的卫星至少覆盖几百公里的半径吧,中轨道的几千公里,以我国的人口密度,有个几千万人在线是很正常的。

至于有的老师说可以通过多波束让单颗卫星继续再空间复用,就可以承载很多用户了。我觉得也是不行的。多个波束,必须要求卫星上确实有多口天线(喇叭),而不是相控阵模拟出来的逻辑喇叭。星链的逻辑喇叭目的是提高通信质量,把手电筒的光斑凝聚成很窄的光点,但是代价是要轮巡多个位置,总的容量还是1个喇叭的容量。

2 星链会让打仗变成打游戏

不知道大家知不知道一个电影来着,叫做《安德的游戏》。其中的剧情,有一段是主角少年不知道所谓的终极测试,却是真正的战争,当他们赢得了最终的胜利后,却被告知这不是游戏。
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我儿子特喜欢看科幻片,以前买个玩具无人机,都要把蹿天猴绑在无人机上出去放着玩。记得有一次他问我有没有可能用4G信号让飞机飞得更远,我认为是可以的。只要把wifi遥控模块改为4G LTE的模块,而后做一些APP的工作即可。昨天和他说道我与老师的争论,以及马斯克的星链,他张口就来“那以后打仗直接躺在家里,在坦克上绑上摄像头,机械手就可以了。”

这个想法真的很棒。虽然是初中生的突发奇想,但从科学角度严肃的思考,SpaceX的星链,真的特别适合打仗。光是丁老师这个非军迷,都可以罗列几个:

2.1 规模足够用于干仗

这个东西,应该可以支持几万个飞机、坦克、机器人同时在线传视频、声音。也就是哪怕不从头设计专门的无人武器,只要把飞行员的位置放一个摄像头,再把各种操作杆上连上简单的机械臂,就能飞。至于飞机仪表,可以变为数据传输回地面的屏幕,或者直接让操作员通过高清摄像头用眼看。所以,可以躲在地下,直接遥控机器人作战。未来战争的步兵可能就像《超级玩家》里的这个镜头。
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当然,真正的机器人步兵不能进山洞,那样就没有信号了。但结合简单的AI,或许可以搞一个带人类监督的简单终结者出来。在山洞里,靠AI打仗。

2.2 星链很难被摧毁

如果要发导弹干掉几十颗卫星,应该可以完成。但是面对几万颗卫星,这就太难了。导弹没打几颗,发射架就暴露了,会被机器人飞机炸了。星链好邪恶哦!引用文献2的图,一开始我还以为是电镜下的病毒呢。
星链
除非在地面上配备几百个激光武器,同时哗啦啦干掉头顶上的所有飞过的卫星,才能清理干净,让机器人歇菜。

2.3 星链+相机=3D实时成像系统

以前的遥感卫星,最多十几颗,不能持续照射一个地方太久。如果马斯克的卫星上,每颗都偷偷安装了多光谱的小相机,那同一时刻,会有N个卫星照射同一区域。学过计算机图形学的同学都知道,从不同角度的N个相机,可以构造一个区域的全息影像。几百颗卫星从全方位照射着一个倒霉蛋,借助高速数据共享、并行计算技术,完全可以利用这些卫星上的低成本计算机、高清摄像头,完成三维重建。到时候在战场上的倒霉蛋真的无处可藏。
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2.4 GPS可以靠边站了

星链从规模上,绝对秒杀GPS。不需要很多改造,因为这麽多卫星之间的星际传输本身要求很高的时间精度。我觉得只要把每个卫星的时间搞准了,而后用UDP直接把卫星坐标、时间广播下来,直接带入方程就可以了。而且卫星数目越多,精度越高。
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3 后记

我觉得未来的无人军团肯定和现在的飞机坦克不一样。

  • 大气层内的武器:UNIX哲学的邪恶应用,一个东西只干好一个事情。拿无人机来说,一个无人机上又安装雷达、又安装导弹,又笨又重。在通过星链可以群体高带宽通信的情况下,为什么不是一群无人机,一些无人机只负责发射雷达信号,一些无人机只负责接收信号并锁定敌人,一些无人机只负责攻击。这样,天空上可能有几百架小飞机,生存能力会很强,成本也不会很高。

  • 实现群体计算。每个小个体都比较便宜,但是用高速网络连起来,一起计算,实现很多复杂的雷达处理、图像重建的任务。结合软件定义的计算逻辑,只要把程序传到各个小节点,直接完成以前需要地面计算机完成的任务。也许小无人机上的简单雷达,就可以实现原本地面很贵的雷达实现的功能。

  • 士兵:坐在地下室,吃着火锅唱着歌,在全3D的VR下,直接操作各种武器开打。

最后,我希望不要打仗,否则房子就不值钱了。


  1. https://new.qq.com/omn/20200329/20200329A0BPZU00.html ↩︎

  2. https://zhuanlan.zhihu.com/p/77792616 ↩︎ ↩︎ ↩︎

  3. https://new.qq.com/omn/20200727/20200727A0UYBQ00.html ↩︎ ↩︎ ↩︎