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民營航天公司“銀河航天“宣布已經制造完成首顆 5G 衛星，預計將于年內在甘肅酒泉衛星發射基地發射，發射任務由航天科工快舟系列運載火箭承擔。
該 5G 衛星為低軌寬帶衛星，軌道高度 1200Km，具備廣覆蓋、低時延、高流量、全空間的優勢，是全球首顆 Q/V 頻段的低軌寬帶衛星。衛星升空運行后，可提供 10Gbps 帶寬 5G 通訊能力，覆蓋 30 萬平方公里，相當于大約 50 個上海市的面積。根據“銀河航天“的規劃，整個 5G 衛星形成真正網絡的覆蓋需要 3 年左右的時間，第一批星座目前的設計是 144 顆衛星，然后會升級到 800 多顆衛星，再升級到 2800 多顆衛星。分析師普遍認為，低軌通信衛星已經解決了主要的技術難題，這是 6G 時代開始的標志，盡管目前 5G 移動通信網絡已經開始建設，并提供服務，但 5G 全球網絡的覆蓋面臨著巨大的挑戰，地面基站很難覆沙漠、海洋等所有區域，低軌寬帶通信衛星可以解決全球網絡覆蓋和接入的難題，有望讓全球處于信息貧困的 40 億人暢享網絡世界。
閱讀本文之前，請問自己以下幾個問題：
什么是第一宇宙速度？
通信衛星都是同步衛星么？
通信衛星的高度有多高？
這么遠的距離，為什么衛星的通信頻率還高達幾十 GHz？
注意，上面新聞稿中畫紅色標注部分為考點，但局限在高中物理知識，絕不超綱。
首先，這篇新聞稿中提到的衛星，雖然被稱為“5G 衛星”，但其實跟移動通信領域里的 5G，并無直接關系，衛星通信和蜂窩移動通信，雖然都是基礎電信業務的兩個分支，專業性差別很大，屬于不同的領域。
比如中國衛通，也獲得了基礎電信業務經營許可證，是除了電信、聯通、移動、廣電之外，為數不多的持牌機構。雖然基礎電信業務范圍中涵蓋了固定通信和移動蜂窩通信，但術業有專攻，中國衛通只會在全國范圍內經營衛星通信業務。
至于 6G，也只是處于遙遠的想象之中，目前 5G 尚未大規模商用，對于 6G，更是連具體的概念尚未明確。不過普遍接受的一種說法是，6G 將是一個“天地一體”網絡，“5G+衛星網絡（通導遙）”，即在 5G 蜂窩移動網絡的基礎上，集成衛星網絡來實現全球覆蓋。
從無線通信頻段劃分角度看，“5G 衛星”和 5G 蜂窩移動通信也是有區別的，我們用的 5G，工作頻段在 5GHz 以下，比如，中國電信獲得的 5G 頻段為 3.4-3.5GHz;中國聯通獲得的 5G 頻段為 3.5-3.6Ghz;中國移動獲得的 5G 頻段為 2515-2675Mhz 及 4.8-4.9Ghz。
衛星的通信頻率一般都在 5GHz 以上，C 頻段（4-8GHz），Ku 頻段（12-18GHz），Ka 頻段（27-40GHz）……而此次即將發射的“5G 衛星”，則工作在更高的 Q/V 頻段，這個 Q/V 頻段有多高呢？
30-75GHz。
因此，但從工作頻率看，“5G 衛星”中的 5G，和 5G 蜂窩移動通信中的 5G，并不是一回事。
其實，筆者一直以來對于衛星通信的大眾化應用并不是持樂觀態度。一個原因是，從事風險投資這么多年來，聽多了融資大忽悠天天鼓吹“發射 WiFi 衛星”;另一個原因，是受上世紀 90 年代的“銥星計劃”失敗影響，形成了一個根深蒂固的觀念。
銥星計劃是 1990 年由摩托羅拉提出，計劃發射 77 顆近地衛星，組成衛星通信星群，實現全球無縫通信。由于金屬元素銥有 77 個電子，這項計劃就被稱為了“銥星計劃”。
然而，銥星計劃付諸實施之后，耗資 50 億美元，1998 年投入使用，2000 年就宣告破產，最后以 2500 萬美元的價格出售。
除了以上兩個原因，還有一個重要的偏見，就是按照蜂窩移動通信的原理，很多通信原理常識，似乎跟衛星通信好像有沖突，比如頻率的問題。
我們依據常識，頻率越低，穿透性越強，越容易傳播。
比如我們聽廣播的 CRI 的 FM 91.5MHz，覆蓋范圍可以達到幾百公里，即便我們在小山溝溝里，捧著心愛的德生牌收音機，都可以接收到節目信號，再不濟，把天線拉的長長的，總能斷斷續續收聽節目。
而再高的頻率，比如我們的 2G、3G、4G 移動通信，頻率范圍在 400MHz ~ 3GHz， 覆蓋范圍最多幾十公里，在偏遠一點兒的地方，打通電話就有點兒困難了。
而衛星通信的工資頻率，高達 40GHz！
就算低軌的通信衛星，高度也在幾百公里，上千公里，比如此次的“5G 衛星”，軌道高度為 1200 公里！而對于最常見的同步通信衛星，軌道高度更是高達 35786 公里！這么遠的傳播距離，這么高的工作頻率，似乎與常識不符。
其實，這確實是被傳統的地面移動通信誤導了。
在地球空間領域，有這么一個區域，叫做電離層，大概范圍是從離地面約 50 公里 -1000 公里高度的空間區域。電離層存在相當多的自由電子和離子，會對無線電波形成干擾，發生折射、反射和散射等。只有高頻的微波、毫米波，才能不受干擾地直接穿透電離層。
所以，衛星通信采用高頻無線電波，也是不得已的選擇，即便低頻無線電有更好的穿透性、抗干擾能力，也不適用于衛星通信。
至于高頻無線電波會在傳播過程中發生高損耗，也只能通過其他方式來彌補，比如提高發射功率，將天線由全向改為定向，以提高發射和接受的增益……
反正衛星和地面接收站之間很少有遮攔，一大片空曠的天空，實現定向天線也不是不可能。
而地面移動通信就不行了，就算不考慮山啊、樓宇啊、樹木啊的遮擋，至少地球還是圓的呢！
如果這么來看，移動通信衛星似乎還是可以實現并普及的，為什么“銥星計劃”會破產呢？
注意，我們高中物理中有這么一個常識性的知識點，那就是“通信衛星都是同步衛星”，至少在我上學那會兒，選擇題里有這么一項，是要按照正確答案來選擇的。
按照衛星軌道高度的不同，通信衛星可以分為低軌通信衛星（LEO）、中軌通信衛星（MEO）和高軌地球同步通信衛星（GEO）。LEO 衛星軌道高度 500km~2000km，MEO 衛星軌道高度 2000km~36000km，GEO 衛星軌道高度為 36000km。
所謂同步衛星，運行于赤道上空，高度為 35786 公里，運行一周為 24 小時，因此，從地球表面來看，這顆衛星相對于地球是靜止的，因此也就很容易捕獲衛星信號。一般來說，三顆同步通信衛星，就可以覆蓋地球大部分的面積。
而“銥星計劃”的衛星，則屬于低軌衛星，遠遠低于同步衛星的 36000 公里的高度。
低軌衛星具有地面高度的優勢，但也有一個很重要的劣勢，那就是速度極快！這時，我們需要回憶一下“第一宇宙速度”——7.9km/s，這是近地衛星的最高環繞速度。隨著衛星高度增加，環繞速度也會降低，到了 36000 公里的同步衛星，運行速度降到 3.08km/s。
也就是說，低軌衛星的運行速度在 3.08km/s-7.9km/s 之間。
這么快的速度，就算移動通信也不是這么移動的啊，你在高鐵上，速度也不過 350km/ 小時，打通電話都費勁兒。想象一下，頭頂上有個 5km/s 的衛星從你頭上掠過，也許沒等你掏出手機，信號就消失了……
特別是非同步衛星，位置不固定，要捕獲這顆衛星的信號，都很麻煩。
而要實現無障礙的衛星通信，就必須要發射多顆衛星，實現衛星組網，比如本篇開頭的“銀河航天”，就號稱要升級到 2800 多顆衛星，把地球表面發射的密密麻麻。
在通信過程中，一旦與你手機鏈接的衛星要飛出通信范圍，就可以快速切換到另一顆離你更近的衛星，這樣才能保證不掉線。
但是，如此高頻、高效的處理能力，在 90 年代的“銥星計劃”時期，是很難實現的，這也是“銥星計劃”失敗的主要原因。
隨著通信技術、微電子技術的飛速發展，衛星組網等問題都得到解決，“新銥星計劃”也開始浮出水面。
近年來波音、空客、亞馬遜、Google、Facebook、SpaceX 等高科技企業紛紛投資低軌衛星通信領域，目標是實現全球互聯網覆蓋，未來五年內將有 20000 余顆低軌衛星進入太空。
特別是馬斯克的 SpaceX 火箭成功回收，大大降低了衛星發射成本，為大量的低軌通信衛星上天鋪平了道路。
至于“5G 衛星”的覆蓋范圍，文中提及，“覆蓋 30 萬平方公里，相當于大約 50 個上海市的面積。”但是，這個覆蓋只是理論值，30 萬平方公里的地界上，就算不考慮衛星切換因素，一顆衛星也無法支撐。
特別是考慮到高頻、定向發射的問題，要實現大范圍、高容量的接入覆蓋，還是很困難的。
最合適的解決辦法，就是“衛星組網+地面接收組網”的方式，通過地面接收站和地面中繼的方式，實現無死角的信號接收。
最后談談為什么國外公司這么熱心于低軌通信衛星，其中一個很大原因就是搶奪資源，特別是軌道和頻譜資源，都是不可再生的。
軌道好理解，空間畢竟是有限的，衛星和衛星之間也要保持一定的安全空間。
而頻率資源，太空無國界，一個國家的衛星，其實大部分時間都運行在別的國家上空。由于頻率資源是一種有限的、不可再生的自然資源，頻率資源的獲取不是一個國家能主宰的，各國都必須依據國際電聯制定的規則進行開發利用，頻率軌道的使用必須進行國際協調。
所以，涉及到衛星通信領域的頻譜劃分，別人搶到了，留給你的就會越來越少，剩下的也都是些邊角料。
責任編輯：ct
工商網監
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