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卫星Wi-Fi 覆盖全球是个什么鬼？有可能实现吗？

發帖：牛人 | 2016/8/27 16:34:53 | 第 1 樓

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絡（Wifi）覆蓋計劃，“已將6顆衛星送上太空，今年也會陸續有60枚類似的衛星升空……向全球提供無死角的網路覆蓋向全球提供無盲區、無死角的免費無線網絡服務，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十美元的中繼轉發器，即可上網。”

     該消息發布后，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絡（Wifi）覆蓋計劃的實際效果恐怕很難達到其宣稱的水平。

     很可能是"假"新聞

     “搭載6顆Google衛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射60顆衛星”，這個消息也僅僅出現在中文媒體，歐美媒體鮮有此事的相關報道。因此，筆者推測，所謂“谷歌發射6衛星，推進全球免費無線網絡（Wifi）覆蓋計劃”很有可能是假新聞。但是全球免費無線網絡（Wifi）覆蓋計劃確有其事。

     2014年，據《華爾街日報》報道，谷歌計劃花費超過10億美元來部署數百個近地軌道衛星，為全球偏遠地區的居民提供互聯網接入服務。該衛星WIFI項目負責人是格雷格·維勒——雷格·維勒是O3b Networks公司創始人，O3b Networks公司是一家全球衛星服務提供商，以租用衛星的方式，為新興市場的電信運營商、互聯網服務提供商、企業及政府客戶運營新一代衛星網絡。在2014年O3b Networks公司曾就計劃以12顆在中地球軌道的衛星提供網絡服務，并計劃于2018年向太空發射648顆衛星，以提供更快速、范圍更廣的互聯網接入服務。

     可以說，谷歌衛星通信方面是缺乏技術積累的，要推進全球免費無線網絡（Wifi）覆蓋計劃，恐怕很大程度上要仰仗雷格·維勒等專業人才。不過，谷歌和雷格·維勒相處的并不好，雷格·維勒在上任數月后就離職，而全球免費無線網絡（Wifi）覆蓋計劃進度也異常緩慢，不排除該計劃已經處于僵尸狀態。


     什么是香農定理

     筆者認為，即便谷歌將全球免費無線網絡（Wifi）覆蓋計劃做成，也很難達到當年宣稱的水平，原因在于香農定理。
     　　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，并指出當所有其他條件相同時，信道帶寬加倍則數據傳輸速率也加倍。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，香農針對存在噪聲的情況，基于奈奎斯特的技術成果，明確了在有隨機噪聲干擾的情況計算信道最大數據傳輸速率。
     　　香農定理用數學公式來表示則是：
     　　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。

     恰恰是香農定理的客觀存在，導致谷歌的衛星WIFI不可能具有普適性，只能小范圍使用；現有的手機也無法接入衛星WIFI。
     　　

     普通手機無法接入衛星WIFI

     谷歌全球免費無線網絡本質上是把WIFI熱點裝到近軌衛星和無人機上，并用180顆衛星完成全球覆蓋。
     　　但是WIFI技術源于計算機網絡技術，本來就是基于近距離通信場景設計的，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星的距離，那么，信噪比就會很糟糕，而根據香農定理，就不可能實現可靠的傳輸，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
     　　根據香農定理，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，必然導致信噪比也是受限制的。
     　　因此，根據香農定理，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，自然會導致WIFI信號用的人一多就卡，甚至會出現無法接入的情況——在機場、賓館、大禮堂等公共場所，經常遭遇公共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在蜂窩通信中，而這也是無線通信不適合大數據量傳輸的根本原因。

     只適用于地廣人稀的場景
     　　從實踐上看，現有的衛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。
     　　以摩托羅拉當年悲劇的銥星計劃、Outernet和歐洲商用衛星通信為例。
     　　銥星移動通信系統采用66顆功率為1200瓦衛星，等于是將地面蜂窩移動電話系統搬到衛星上。受之前提到過的客觀條件的限制，當初的銥星移動通信系統最多只能滿足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字，用戶少就意味著收益低，加上巨大的研發費用和系統建設費用（銥星系統耗資達50多億美元，每年光系統的維護費就要幾億美元），使銥星背上了沉重的債務負擔，最終不得不申請破產，由美國軍方當了接盤俠。
     　　無人機提供WIFI熱點不現實
     　　除全球免費無線網絡（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，不過這個項目同樣不現實。
     　　在2014年，谷歌收購了當時還只有20名員工的泰坦航空航天公司致力于開發無人機，谷歌宣稱除使用衛星外，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飛行5年之久，可通過專業通信設備實現每秒1千兆字節的速度，將為偏遠地區普及寬帶連接提供解決方案，并使得網速遠超多數發達國家的現行寬帶速度……預計在2015年將這一計劃首次付諸商業運作。”
     　　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，但科研成果轉化為實際產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”太當一回事，更沒有必要聽風就是雨，對洋技術頂禮膜拜，為一些未經證實的消息“歡欣不已”。
     　　
     　　不過人類的發明創新很多也出于各種偶然的嘗試，即便全球免費無線網絡（Wifi）覆蓋計劃最終流產，或建成后也只能在地廣人稀的地區使用，以及小范圍內使用，其敢于探索的勇氣確實值得肯定。

第 2 樓 | 發帖：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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