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一、Starlink星链计划是什么？
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二、5G 通信性能
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1. 通信速度
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2. 通信时延
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3. 速度快的主要原因
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4. 系统容量
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三、Starlink 与 5G 的对比
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四、Starlink 的优势
一、Starlink星链计划是什么？
今年的 3.15 晚会，很多人都觉得缺少了
特斯拉的一席之地，最近
马斯克忙的很，又是在中国
辟谣没有监控车主，又是在推特上跟网友“干架”，这么成功的商人，精力还这么充沛，真的让我们佩服！
今天我们来了解一下马斯克的另一个宏伟蓝图：
Starlink(星链)项目，听起来就异常的高大上。
星链（Starlink）是
太空服务公司 SpaceX 计划推出的一项通过近地轨道
卫星群，提供
覆盖全球的高速互联网接入服务。这是马斯克在
2015 年宣布推出的一项太空高速互联网计划，通过在地球近地轨道部署
42000 颗卫星，为地球上的每一个人提供高速互联网服务。
这个计划到底是否
靠谱？是否可以与
5G 来抗衡？通过这篇文章，你可以了解下面这些知识：
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马斯克的星链(Starlink)是什么？想做什么？
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5G 通信技术，为什么这么厉害？
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Starlink项目为什么无法与 5G 抗衡？
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Starlink 的优势是什么？
1. 卫星发射情况
在天气晴朗的夜晚，如果你在天空中看到排成一条
直线的星星，千万不要诧异，那不是天有异象，极有可能就是星链项目中的
卫星群。
自从
2019年5月，SpaceX 发射第一批卫星(60颗)以来，到
2021.3月14日，第 22 批(60 颗)星链卫星搭乘猎鹰 9 号火箭从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，SpaceX 一共发射了
1325 颗星链卫星。
据说：第一批的 60 颗卫星中，已经有 39 颗偏离轨道了，也就是相当于报废了。有报道称：在设计寿命只过了这样小的一部分之后，就出现如此高的实际报废率，意味着星链卫星在整个任务期内的报废率“乐观地说，也将会高达令人吃惊的22%”。
从 SpaceX 透露的长远计划来看，一共要向近地轨道发射
42000 颗卫星。其中 1.2 万颗已获批准，3 万颗已提交申请。
地球低轨的轨道、频率资源是有限的，就像大学校园的自习室一样，国际卫星界遵循
“先占先得”的理念，但因为星链计划卫星数量庞大，跟以前的地球静止轨道卫星概念不同，星链对于低轨的占据几乎是“先占永得”。
在2019年与法国的一颗卫星相遇，但SpaceX为了保住自己的轨道资源，采取了“不避让”原则，最终逼得法国的卫星主动避让。不知道是不是马斯克太有钱了，还是研究透了“胆小鬼博弈”里的规则。
在 1.2 万颗卫星中，星链计划分成
三个阶段：
第一阶段：发射 1600 颗卫星，为美国北部和加拿大的客户提供服务，所以后面也会提到 Beta 测试阶段，只为这些地区提供服务；
第二阶段：发射 2825 颗卫星，完成全球组网；
第三阶段：发射 7518 颗卫星组成星座，为全球提供天基互联网服务；
这 1.2 万颗卫星必须要在
2027 年发射完成。
2. 性能测试
SpaceX 的官员曾经表达过下图中的观点（星链项目服务于全球 4 亿人口）。
2020年11月，星链的
Beta 公测开始，费用是
99 美元外加
499 美元的接收设备（锅盖形状的接收天线 WiFi路由器），就是下面这个样子:
实物图如下：
目前已经发射的卫星，部署在美国和加拿大，因此也只向这些地区的用户提供测试服务。截至 202年2月5日，SpaceX 公司宣称，目前大概有超过
1 万名测试者在使用星链提供的网络服务。
这里有几个测试数据：
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美国网络测速统计公司 Ookla 的数据，最新 Beta 测试网络上传速度达到 23 Mbps，下载速度达到 160Mbps。
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外媒 wccfetch 2021年1月17日消息，SpaceX 公司的 Starlink 星链网络近日在地面测试中达到了 190Mbps 的网速，这个测试结果是由居住在美国蒙大拿州的 Beta 版测试用户得到的。
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一名用户的测试结果：Starlink 星链网络平均速度接近 80Mbps，上传速度 14Mbps，通俗讲，相当于国内的150M光纤宽带水平，速度还可以，但最突出的是时间延迟（38ms）。
可以看到，每个测试结果略有不同，这主要与
测试地点有关系。比如其中的最高测试速度是上行
190 Mbps，因为蒙大拿州是 SpaceX 最早建立
地球接收站以及数据中继中心的地区之一。
对于这个结果，美国人其实是非常开心、非常期待的，因为这个结果与美国最大的传统卫星互联网运营商
Viasat 一比较，就得出了显著的优势：
Viasat 的 Unlimited Silver 25 套餐，月费
$100，标称带宽只有
25 Mbps，而且还有60GB的数据封顶；而根据第三方统计，该公司标称带宽 100 Mbps的套餐（月费$200），实际用户测试的平均结果，只有
33 Mbps。
但是，我们先想象一下，假设你就是马斯克，为了得到更多的
融资，现在需要秀一下肌肉，把星链的初步成果向世界展示，你会不会
集中所有的资源来为测试者服务，来得到一份漂亮的成绩单？
也就是说，我们基本上可以认为上面的测试结果是在
非常理想的条件下得到的。我们再假设一下目前的 1325 颗卫星，都为参与测试的 1 万个人服务，平均就是
每颗卫星服务 7 个人。这样计算肯定不严谨，但是目前的测试结果基本上就是在这个量级上得到的。
二、5G 通信性能
5G 的性能目标是
高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接，下面就把这几方面拆开来分析一下。
1. 通信速度
先放一张从 1G 到 4G 的通信速度对比图表：
在一项 15 个国家和地区中，追踪调查的 5G 速度的调查中显示，5G 网络平均下载速度最快的是沙特，平均下载速度为
377.2 Mbps，是 4G 网络 30.1 Mbps 的
12.5 倍。
平均下载速度仅次于沙特的是韩国，其 5G 网络在追踪调查期间的平均下载速度为
336.1 Mbps，是 4G 网络 60.5Mbps 平均下载速度的
5.6 倍。
我国的实测情况：5G的下行速率平均
538.5Mbps，较 4G 下行速率普遍快
10 倍以上，虽然比理论上的峰值还有很大的差距，但是这个速度跟星链相比，是不是压倒性的优势啊！
2.通信时延
先说一个概念：4G 通信的时延是
20 ms，5G 的时延是
1ms。感受一下这里的差距，很强悍！
什么是
通信时延?
上图是手机和基站之间，
上行(手机主动发起)通信时的交互流程，图中的每一个红色方块，用来表示处理时间，这些处理时间累加起来，就是上行通信的时延，下行通信(基站主动发起)同样如此。
对于 4G 来说，上行时延 12.5ms，下行时延 7.5ms，一共是
20ms。
看一下下面这张图，是马斯克在一次发言中所说的：
根据图中的预期目标，星链的所有卫星部署完毕后，
最最理想的时延是低于 10 ms，这也远远大于 5G 的时延！
3. 速度快的主要原因
(1) 频谱更宽
5G的频谱分为两段:
FR1（Frequency Range 1）: 低于 6GHz, 带宽是 100 M。
FR2（Frequency Range 2）: 高于 6GHz，毫米波，带宽最多是 400M。
直接看数字好像没有感觉，但是一对比感觉就出来了：
4G 的带宽是 20M。
带宽就像高速公路，数据就像在高速公路上跑的汽车。5G 这条高速公路，就相当于在 4G 的基础上，又
增添了好多倍的宽度。
(2) Massive MIMO(大规模天线技术)
MIMO 的全称是：Multiple Input Multiple Output，意为多入多出，主要靠在空中同时传输多路不同的数据来成倍地提升网速，下行 MIMO 取决于基站的发射天线数和手机的接收天线数。
电磁波的显著特点：频率越高，波长越短，越趋近于直线传播（绕射和穿墙能力越差）。频率越高，在传播介质中的衰减也越大。
在中学物理课本上，学过这样一个公式：
速度 = 波长 * 频率。频率越高，波长越短，信号就越容易被挡住。
比如激光笔，波长大概是 635nm 左右，射出的就是一条
直线，用手挡住就穿不过去了。再比如卫星通信和 GPS 导航（波长1cm左右），如果有遮挡物，就没有信号了。
对于 5G 来说，频率更高，波长更短，绕射和穿透能力就更差了，因此需要部署更多的基站。另一方面，波长变短了，于是天线也就跟着变短了！
天线数量
有过生活阅历的朋友一定都记得，在之前的功能机时代，
每一台手机上都长着一根天线，现在的手机天线都被隐藏在内部了。
既然天线变短了，那么就意味着在手机内部有更多的空间
放置更多的天线了！
在 5G 时代，天线不是按照
“根”来计算的，而是按照
“阵列”来计算。所以，我们在一些信号塔上，可以看到一个小基站身上，看到好多根天线。
空间复用
传统的 MIMO 称之为2D-MIMO，信号在做覆盖时，只能在
水平方向移动，垂直方向是不动的，信号类似一个平面发射出去，而 Massive MIMO，是信号水平维度空间基础上引入
垂直维度的空域进行利用，信号的辐射状是个电磁波束。
简而言之，就是通过在不同传播路径或空间路径上发送相同数据来提高系统的
可靠性，不仅能通过空中信道的多样化来提升性能，还可以
同时传输多个消息，并在传输过程中各行其道，互不干扰。
波束成形
在基站上布设
天线阵列，通过对射频信号相位的控制，它能将无线信号
聚集到特定方向，而不是扩散到广域中。这样就使得相互作用后的电磁波的波瓣变得非常狭窄，并指向它所提供服务的手机，而且能跟据手机的移动而转变方向。
就像手电筒与激光笔之间的区别，前者可以照亮整个屋子里的人，后者则可以持续指向或追踪单个用户。
4. 系统容量
每一个基站的覆盖范围、服务能力都是有一定限制的：
从覆盖的范围上来计算，5G 基站的数量应该是 4G 基站的 100 倍，才能达到 4G 基站的覆盖范围。
据估算，在
城市中心区域大概每 200 米到 300 米就需建 1 个5G基站，
郊区大概每 500 米到 1 公里左右需建 1 个5G基站，
农村则需要每 1.5 公里到 2.5 公里建一个 5G 基站。
因为 5G 信号的
穿透力大幅减弱，未来在人群分布密集的写字楼、居住区、商业区等区域，还需要建设
更密集的 5G 室内基站。
5G 基站分为 2 种：
微基站和宏基站。看名字就知道，微基站很小(造价低)，宏基站很大(造价高)！据工信部介绍，我国已经建设完成了大约
71.8 万个 5G 基站，预计
2030 年将会达到
1500 万个。
据预测，5G 宏基站数量约为 4G 基站数量的 2 倍以上，小基站数量约为 4G 宏基站数量的 2倍到3倍。
这么庞大的数量，对于设备商来说，真的是一个巨大的机会！另一方面，同样的基站，5G 的功耗大小是 4G 的 3-4 倍左右，这对运营商来说也是一个巨大的成本。
这里有一个小知识普及一下：有些人认为基站这么多，其
辐射是否对人体产生更大的影响？这一点可以放心，和传统认知恰好相反，事实上基站数量越多，辐射反而越小！你想象一下，冬天一群人在房子里取暖，是一个大功率取暖器好，还是几个小功率取暖器好？
从网上找了下面 2 张图：
所以，关于辐射这一点是不用担心的！
三、Starlink 与 5G 的对比
1. 覆盖范围
一个基站的容量有有限制的，一个 4G 基站从技术上通常是可以支持
最大连接 1200 个用户，但是如果接入的用户多，速度和稳定性肯定会下降。
我们就来做个最粗暴的对比，中国有
450 万个左右的 4G 基站，连接的移动用户数按
10 亿计算，一个基站平均连接用户
222 个左右。
那么星链系统呢？按照 SpaceX 所说的
1 亿用户、4.2 万个卫星计算，相当于一颗卫星连接
2381 个锅盖（终端），这个数字已经是中国 4G 基站的设计最大连接标准的 2 倍。况且卫星离地面至少
四五百公里、卫星既要连接锅盖（终端）还要接入地面的骨干通信网络，这个承载根本就是不现实的。
初步估算，4.2 万颗卫星，顶多可能支撑到
1000 万级别的用户，而且在这个数量的级别，通信速度可能会下降很多，更不可能与我们的 4G 相比，更别说 5G 了。
2. 通信速度
从上面的测试数据中已经看出，无论是
下行、上行速度，还是通信时延，Starlink 与 5G 都不在一个层次上。
而且 Startlink 还需要背着一个锅走来走去，上班、旅游、做地铁怎么办？让你在大街上背着这个锅上网，给你钱估计都不会愿意。
四、Starlink 的优势
1. 局部地区的网络服务
如果 Starlink 的所有 4.2 万颗卫星部署完毕，平均服务于全球范围，显然是不太现实的。
对于一些
地广人稀、人迹罕至的局部地区，固网铺设成本很高，营运商没有激励，导致宽频很贵。在这些地方，可靠的物联网服务仍然是一种奢侈品。
因此，卫星网路就成为了一种替代方案。比如在美国的中西部，很多商户，比如旅馆提供的 Wi-Fi，以及餐馆超市的 POS 机，背后其实都是
卫星网路。
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4G、5G 网络不能覆盖到的偏远地区、荒漠、大洋；
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美国、加拿大那些人口密度低的农场；
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亚非拉那些比较小的、网络不完善的国家；
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偏远山区；
在这些地方推广卫星网络，比推广 5G
更划算，因为人口密度低，5G 设备覆盖一平方公里可能只有
10 个用户使用。相对于5G来说，星链由于采用卫星传输的方式，因此信号覆盖将不会受到地形、地貌和所在区域的限制。
2. 军事服务
美国陆军于 2020年5月，与 SpaceX 签署了 CRADA 这样一份合同研发协议，将用星链来帮他们进行
军事通讯。在
马斯克鼓励全球都使用 Starlink 同时，又率先和军方建立联系，难免让全世界多个心眼。
如果使用他的星链，没人能保证如果
战争爆发，美方会不会切断对手的通讯？毕竟这是
有过先例的。
在1996大演习中，我国在进行导弹试射时，出现了两颗导弹试射后
失去信号的情况，我国导弹之所以会失去控制，这是因为美国方面将我们演习地区的
卫星定位信号关闭了。
后来，在一次导弹试射中，我国正进行一次东风21C的打靶试验，美国
再次将 GPS 制导信号切断，美军以为中国依然会发射失败，于是暗自窃喜。让人意外的事情发生了，被切断信号的东风21C，并没有出现无法精确定位的情况，其依旧准确的命中了目标，因为已经用上了
北斗！
因此，如果对于星链所提供的网络接入服务
依赖太深，会不会在关键时刻也会成为刀俎上的鱼肉？
不过，我倒觉得星链项目中的这么多颗卫星(4.2 万颗)，在关键时刻是不是可以充当
人肉炸弹的功能？
比如在军事战争中，直接
向对方的导弹、卫星等撞过去，毕竟数量多啊，损失掉
1 万颗，还剩下
3.2 万颗，谁敢跟我比？！
3. 未来远景
最后，请大家再欣赏一下 2 张效果图，不知道在多年之后的地球上空，是否真的会出现这样奇幻的景象？似乎又回到了小时候，躺在院子里的小床上，仰望着点点星空！
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