移动蜂窝通信从 1G 向 5G 演进，并可以提供宽带互联网接入？
卫星互联网在国内也搭上了政策的顺风车，加上马斯克的天才形象和 starlink 计划给人颠覆性的感觉，使其成为社会上备受关注的一个领域。有自媒体为了吸引眼球，甚至打出“starlink 将颠覆 5g”的观点。不可否认，starlink 带来了很多创新的做法，但颠覆 5g 还只是一个臆想。
继上周载人发射成功后，6 月 3 日，spacex 的猎鹰 9 号火箭将 60 颗卫星成功带入地球轨道，这是 spacex 发射的第八批星链（starlink）卫星。截止目前，马斯克的 starlink 在轨运行的卫星总数已达到 482 颗。当然，按照马斯克的计划，整个 starlink 需要发射 4.2 万颗近地轨道卫星，目前仅进行不足 2%的进度。
今年 4 月，国家发改委明确了“新基建”的内涵和外延，卫星互联网也纳入了新基建的范围。在上月结束的“两会”上，小米公司创始人雷军作为全国人大代表，提出了《关于推动卫星互联网行业发展的建议》。
卫星互联网在国内也搭上了政策的顺风车，加上马斯克的天才形象和 starlink 计划给人颠覆性的感觉，使其成为社会上备受关注的一个领域。有自媒体为了吸引眼球，甚至打出“starlink 将颠覆 5g”的观点。不可否认，starlink 带来了很多创新的做法，但颠覆 5g 还只是一个臆想。
卫星互联网已经“今非昔比”，有其广阔天地
提起卫星互联网，大家第一印象就是 20 多年前摩托罗拉推出的宏大“铱星计划”和其暗淡收场的故事。然后就是近年来多个卫星互联网公司前赴后继的现象，尤其是进入 2020 年，全球最大的卫星服务商 intelsat 和明星卫星互联网公司 oneweb 相继因巨额债务申请破产，然而依然不能阻挡人们在卫星互联网方面探索的热情，starlink 就是其中最为积极的探索者之一。当然，随着时间推移，卫星互联网已经“今非昔比”，多个方面发生了实质性的改变，给予这些创新者更好的条件。
（1）卫星互联网“基建”的成本大大降低：经过十多年技术迭代，商业卫星的研发费用大大减低，而发射成本也显著降低，这方面 starlink 具有明显的优势，比如 spacex 实现了可回收火箭技术，可以实现一箭多星发射。近日，媒体报道 spacex 采用了很多工业级器件替代宇航级器件，从而大大降低相应成本。成本的大幅下降，给卫星互联网创新提供了基础条件。
（2）卫星互联网性能大大提升：正如移动蜂窝通信从 1g 向 5g 演进类似，卫星星座也开始了升级换代，其性能大大提升，从而扩大其服务范围。比如，以前仅能提供短报文服务，现在能够提供宽带互联网接入、提供空中 wifi 接入、提供物联网接入等。
（3）卫星互联网应用场景更加丰富：伴随着移动互联网和物联网的发展，各行各业数字化转型需求越来越明显，形成大量的应用场景，尤其是物联网的需求，很多行业产生无处不在、随时随地接入的需求。这种情况下，很多地面通信无法满足的场所，卫星通信的作用就凸显出来，同时也扩大了卫星通信运营商和服务商的商业范畴，带来新的商业模式。
因此，基于以上进展，卫星互联网已不再是 20 年前高成本、低收益的领域，而是形成了广阔的市场空间。当然，卫星互联网尤其特殊的功能和场景，不能将其和 5g 的功能和场景混为一谈。
然而，starlink 替代 5g 依然是一个“白日梦”
包括 starlink 在内的卫星互联网已经在为全球大量用户提供服务，包括很多行业用户的应急通信、物联网等应用和少量个人用户偏远地区的通信服务。从多个角度仔细分析卫星互联网和它们的应用，明显可以看出一些自媒体宣扬的“starlink 颠覆 5g”并没有事实依据。
（1）从技术角度看基础设施部署
此前，卫星互联网话题专访过中国信科副总经理陈山枝，陈山枝明确指出：
“所有通信系统容量上限都受制于香农公式：c=wlog2（1+s/n），与采用的频率带宽及通信信道的信噪比有关。由于卫星与地面终端的通信距离、所受的噪声和干扰都大于地面蜂窝移动通信系统，结果是卫星通信的频谱效率远低于同期的蜂窝移动通信系统，这是科学，不是马斯克的商业奇才能够颠覆的。”
根据陈山枝的测算，目前 starlink 低轨卫星平均频谱效率约在 2.5bit/s/hz，只达到 3g 水平；而目前 5g 是平均频谱效率 10 bit/s/hz 以上，约 4 倍以上。若 starlink 要颠覆 5g，实现与 5g 相当的系统容量，至少要提供相当于 5g 基站数量的卫星。
根据工信部的数据，截止 2019 年底，国内 4g 基站已超过 500 万。未来 5g 要实现 4g 的覆盖，其基站数量可能是 4g 的 2 倍以上，即有可能超过 1000 万。以此计算，starlink 要颠覆 5g，至少需要发射 1000 万颗卫星，而马斯克计划的 4.2 万颗卫星是远远不够的。
马斯克 4.2 万颗卫星已经让世人非常震撼了，发射 1000 万颗以上的卫星，不论是从成本上，还是从低轨容量上看，这似乎是一个不可能的任务。
（2）用户和成本收益角度看服务范围
首先是卫星互联网服务群体
从 starlink 的官网可以看到，其愿景是“为那些接入不可靠、昂贵或无法接入的区域提供高速宽带接入”。所以，从这一愿景中我们就能明显看出其服务的目标对象只是少数用户，而不是像 5g 那样面向所有行业和所有个人、家庭。
“接入不可靠、昂贵或无法接入的区域”范围也非常广阔，毕竟包括 5g 在内的移动通信主要覆盖的还是人口密集的区域，而这些区域占据全球陆地的面积 20%左右，还有广阔的森林、沙漠、高山、滩涂以及更为广阔的海洋都没有有效的通信手段，这些就是卫星互联网的用武之地，为应急通信、森林防火、船只航行、环境监控、电力巡检等行业应用形成较好的基础设施，甚至包括一些偏远地区 5g 接入网的回传。
其次是卫星互联网的收益来源
根据 starlink 计划披露的信息，一些媒体测算过其背后的商业利益，如果一切按照 spacex 计划，starlink 到 2025 年的用户将超过 4000 万，当年收入会达到 300 亿美元。也就是说，平均每一用户年均收入是 750 美元，约合人民币超过 5200 元，这还是 2025 年的户均费用。这个数字是什么概念呢？
与蜂窝通信相比，以中国移动公开的数据为例，2019 年中国移动 4g 用户 arpu 值为 56.4 元，则每用户年均收入为 677 元，而 5g 的 arpu 值仅比 4g 高 6.5%，到 2025 年 5g 每用户年均收入与目前不会有太大差距。以 5g 单用户年均 600 多元与 starlink 单用户年均 5200 元成本相比，starlink 能够颠覆 5g 吗？
从这个角度看，starlink 的用户并不会和 5g 普通用户有太多重合，而更多是一些支付能力较强的用户。根据自媒体“量子位”的报道，starlink 计划获得美国军方的订单，可以看得出 starlink 未来所服务的并非普通移动通信用户。
那些鼓吹“starlink 颠覆 5g”群体，你们愿意为每年 750 美元的通信费买单吗？
卫星互联网与 5g 的争夺焦点：频谱资源
马斯克一向针对 5g 很少发表看法，然而今年 2 月，马斯克曾发布推特，抱怨 5g 在频谱获取上非常贪婪，可以看出背后是对频谱资源在卫星和蜂窝网络之间分配的不满，也从一个侧面反映了其 starlink 进展并非一帆风顺。
卫星互联网与蜂窝网络一个典型的区别在于，卫星基础设施建成后，可以为全球提供服务，而蜂窝网络只是在本地提供服务。理论上来说，蜂窝网络只要符合本地频谱划分和管理制度即可，而卫星互联网必须符合全球统一的频谱划分规则。因此，频谱资源对于卫星互联网更为珍贵。
大部分卫星采用的是 ku、ka、v 等波段，即 12ghz-75ghz 频段，也有一部分使用 c 波段，即 4ghz-8ghz。然而，随着蜂窝通信的快速发展，尤其是 5g 的商用，蜂窝通信与卫星通信频谱之争也愈演愈烈。
举例来说，上文提到的全球最大的卫星服务商 intelsat 申请破产，一个插曲是在 5g 浪潮席卷全球的趋势下，美国联邦通讯委员会发布了加速清除 c 段波频谱的指令，以支持美国 5g 无线基础设施的建设。按照规则，intelsat 公司作为使用 c 段波频谱的公司之一，需要在限定期限内交出 c 段波频谱，才能获得拍卖带来的 48 亿美元补偿金。但想要获得这些补偿金，则需要 intelsat 在规定的时间内筹集 10 亿美金，对 c 段波频谱中的客户进行迁移。而美国运营商在毫米波频段部署 5g 网络，也在多个方面与卫星通信产生一些冲突。
去年 12 月，spacex 曾卷入了一场对于 12ghz 频段的争夺。运营商希望联邦通讯委员会发布新规，允许其在 12ghz 频段建设 5g 网络。而 spacex 对此提出反对，认为对于 12ghz 的重新分配，将对 spacex 服务的客户造成很大影响。
这也许是马斯克发推特抱怨 5g 在频谱获取上贪婪的原因。然而，在现实中，似乎 5g 与卫星通信在频谱争夺中，5g 的群体占据有上风，卫星互联网的创新者们还需要更多努力，争取频谱资源，毕竟频谱也是卫星通信的资源瓶颈。从这里来看，starlink 颠覆 5g 也是一件不可能的任务。
总结一下，卫星互联网与 5g 明显不是替代、颠覆的关系，它们有各自的特点和应用场景、应用群体。目前，国家将卫星互联网列入新基建之中，可以看出卫星互联网在经济社会中的地位越来越高，与 5g 等其他新基建的领域一起，构筑我国数字经济的基石。
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因此，基于以上进展，卫星互联网已不再是 20 年前高成本、低收益的领域，而是形成了广阔的市场空间。当然，卫星互联网尤其特殊的功能和场景，不能将其和 5g 的功能和场景混为一谈。
然而，starlink 替代 5g 依然是一个“白日梦”
包括 starlink 在内的卫星互联网已经在为全球大量用户提供服务，包括很多行业用户的应急通信、物联网等应用和少量个人用户偏远地区的通信服务。从多个角度仔细分析卫星互联网和它们的应用，明显可以看出一些自媒体宣扬的“starlink 颠覆 5g”并没有事实依据。
（1）从技术角度看基础设施部署
此前，卫星互联网话题专访过中国信科副总经理陈山枝，陈山枝明确指出：
“所有通信系统容量上限都受制于香农公式：c=wlog2（1+s/n），与采用的频率带宽及通信信道的信噪比有关。由于卫星与地面终端的通信距离、所受的噪声和干扰都大于地面蜂窝移动通信系统，结果是卫星通信的频谱效率远低于同期的蜂窝移动通信系统，这是科学，不是马斯克的商业奇才能够颠覆的。”
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根据工信部的数据，截止 2019 年底，国内 4g 基站已超过 500 万。未来 5g 要实现 4g 的覆盖，其基站数量可能是 4g 的 2 倍以上，即有可能超过 1000 万。以此计算，starlink 要颠覆 5g，至少需要发射 1000 万颗卫星，而马斯克计划的 4.2 万颗卫星是远远不够的。
马斯克 4.2 万颗卫星已经让世人非常震撼了，发射 1000 万颗以上的卫星，不论是从成本上，还是从低轨容量上看，这似乎是一个不可能的任务。
（2）用户和成本收益角度看服务范围
首先是卫星互联网服务群体
从 starlink 的官网可以看到，其愿景是“为那些接入不可靠、昂贵或无法接入的区域提供高速宽带接入”。所以，从这一愿景中我们就能明显看出其服务的目标对象只是少数用户，而不是像 5g 那样面向所有行业和所有个人、家庭。
“接入不可靠、昂贵或无法接入的区域”范围也非常广阔，毕竟包括 5g 在内的移动通信主要覆盖的还是人口密集的区域，而这些区域占据全球陆地的面积 20%左右，还有广阔的森林、沙漠、高山、滩涂以及更为广阔的海洋都没有有效的通信手段，这些就是卫星互联网的用武之地，为应急通信、森林防火、船只航行、环境监控、电力巡检等行业应用形成较好的基础设施，甚至包括一些偏远地区 5g 接入网的回传。
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