【NTN 卫星通信】Starlink，卫星互联网的技术革命（一）

1. 什么是Starlink

  Starlink是由Elon Musk创立的私人太空探索公司SpaceX提供的卫星互联网服务。它旨在为世界上传统互联网服务速度慢或不可用的偏远地区提供价格合理的高速互联网。
为什么Starlink很重要？
  Starlink之所以重要，是因为它有可能为数百万目前服务不足或无法获得传统互联网提供商服务的人提供互联网。这将对弥合数字鸿沟和增加教育、医疗保健和其他基本服务的普及产生重大影响。

2. Starlink网络的设计与体系结构

图1 Elon Musk的Starlink和卫星宽带

2.1 Starlink网络简介

  Starlink网络由低地球轨道的小卫星星座、地面站和用户终端组成。这些卫星旨在与地面站和用户终端通信，以提供互联网服务。

2.2 Starlink网络是如何工作的？

图2 星链...太空互联网

  用户终端与轨道上最近的卫星进行通信，然后将信号转发给其他卫星和地面站，直到它到达目的地。地面站负责管理网络并将其连接到互联网主干。

2.3 星链网络的主要组成部分是什么？

  Starlink网络的主要组成部分包括卫星、地面站、用户终端和互联网骨干网。卫星与地面站和用户终端通信以提供互联网服务，而地面站管理网络并将其连接到互联网骨干网。

3. Starlink卫星的发射和部署

图3 SpaceX发射升级的Starlink卫星-NASASpaceFlight.com

3.1 Starlink卫星是如何发射的？

  Starlink的卫星使用SpaceX的猎鹰9号火箭发射。这些卫星分批发射，每批60颗，部署到近地轨道。

3.2 Starlink卫星的部署流程是什么？

  一旦进入轨道，卫星就使用自己的推进系统到达最终轨道，并定位自己，以便与地面站和用户终端进行最佳通信。

3.3 Starlink卫星的技术细节是什么？

图4 星链概要-ElonX.net

  Starlink的卫星是小型低成本卫星，每颗重约260公斤，配备了强大的天线和先进的计算硬件。它们在Ku波段和Ka波段频率范围内工作，使用寿命为5-7年。

4. 地面站和用户终端

图5 Starlink正在美国建设或开发20多个E波段地面站

4.1 什么是Starlink地面站？

  Starlink地面站是管理网络并为卫星提供互联网连接的设施。它们战略性地位于世界各地，为偏远地区和互联网连接不佳的地区提供覆盖。

4.2 Starlink用户终端如何工作？

  Starlink的用户终端是小型碟形设备，安装在用户的财产上，与轨道上最近的卫星通信以提供互联网服务。它们易于安装和使用，无需专业安装即可进行设置。

4.3 Starlink用户终端的主要特点是什么？

图6 超过250000个SpaceX Starlink终端

  Starlink用户终端的主要特点包括：能够跟踪并与轨道上最近的卫星进行通信，体积小，安装简单，能够为偏远地区的用户提供高速，低延迟的互联网服务。它们还设计为在极端天气条件下工作，并且可以在必要时轻松重新安置。

5. Starlink互联网服务的性能和优势

图7 SpaceX的Starlink性能

5.1 Starlink Internet有哪些优势？

  与传统的互联网服务提供商相比，Starlink互联网服务有几个好处。首先，只要你能清楚地看到天空，它几乎可以在地球上的任何地方访问。这是因为互联网信号是从轨道上的卫星传下来的，不需要地面基础设施。此外，Starlink还提供低延迟的高速互联网，这对在线游戏、视频会议和其他实时应用程序都是有益的。

5.2 什么是Starlink互联网的速度和延迟？

图8 Starlink美国下载速度自去年以来减少了一半

  Starlink声称他们的互联网服务速度可以达到150Mbps，比大多数传统的互联网服务提供商都要快。此外，Starlink的延迟明显低于其他卫星互联网服务，平均约为20至40毫秒，与有线或光纤互联网相当。这种低延迟要归功于轨道上的许多卫星以及这些卫星的低空，这减少了信号必须传播的距离。

5.3 Starlink与其他互联网服务相比如何？

图9 Starlink比光纤更好吗?

  与传统互联网服务提供商相比，Starlink提供更高的速度和更低的延迟。这使得它适合实时应用程序，如游戏和视频会议，这需要快速的互联网速度和低延迟。此外，与需要电缆等物理基础设施的传统互联网提供商不同，Starlink几乎可以在地球上的任何地方访问，这使得它适合传统互联网不可用或不可靠的偏远地区。

6. Starlink网络的挑战与批评

6.1 Starlink面临哪些挑战？

  Starlink面临的最大挑战之一是发射和维护卫星网络的成本。Starlink背后的公司SpaceX估计，部署最初的卫星网络将耗资约100亿美元。此外，轨道上的卫星数量庞大可能导致空间碎片和碰撞，这可能导致进一步的维护成本和环境问题。

6.2 Starlink Network的批评是什么？

  Starlink的批评者对卫星网络对天文研究和观星的影响表示担忧。轨道上的大量卫星及其反射表面可能会干扰地面望远镜，使研究太空中的遥远物体变得困难。此外，人们担心卫星网络对野生动物的影响，例如依靠夜空导航的候鸟。

6.3 如何应对这些挑战和批评？

  SpaceX正在努力解决Starlink面临的挑战，投资于可重复使用的火箭技术，并开发具有成本效益的方式来维护和发射卫星。为了解决对空间碎片和碰撞的担忧，该公司还与其他卫星运营商和监管机构合作，制定负责任的空间运营准则。此外，SpaceX一直在研究卫星设计和材料，以减少它们对天文观测和野生动物的影响。

7. 星链和卫星互联网产业的未来

图10 Starlink可能会扰乱电信行业

7.1 Starlink的未来计划是什么？

  SpaceX计划在未来几年扩大Starlink网络，目标是提供全球覆盖。该公司已经发射了数千颗卫星，并计划在未来发射更多卫星，以改善覆盖范围和性能。此外，SpaceX还计划发射一个名为Starship的新卫星星座，该星座能够将人类运送到太空和其他行星。

7.2 Starlink如何影响卫星互联网行业？

  Starlink通过提供低延迟的高速互联网颠覆了卫星互联网行业，这在以前是传统卫星技术无法实现的。这迫使其他卫星运营商投资新技术，并改善其互联网服务，以保持竞争力。

7.3 Starlink对互联网行业的影响是什么？

  Starlink的低延迟高速互联网有可能彻底改变互联网行业，特别是在农村和偏远地区。凭借其可访问性和性能，Starlink可以为传统互联网服务提供商提供可行的替代方案，这可能会增加竞争并降低消费者的价格。此外，Starlink的扩张可以通过为全球服务不足的社区提供互联网接入来帮助缩小数字鸿沟。总而言之，Starlink卫星互联网有可能彻底改变我们连接互联网的方式。其低延迟、高速互联网服务以及远程访问的能力。

8 竞争分析

  从以上Starlink的应用场景来分析，当前Starlink主要解决偏远地区覆盖问题，并不是密集城区或者说是大城市无法使用Starlink，而是城市或者密集城区基本上都有无线网络覆盖。
  Starlink的适合美国这种国土面积大，人口相对稀疏的国家，尤其是美国西部等区域，无线覆盖不如中国这样全面。
  Starlink尤其适合海岛等场景的覆盖问题解决.
  Starlink是私有协议，也就是说它的卫星通信的标准是自己定义的，包括终端也是自己私有的，与外界无法兼容；是一个封闭的系统。这将面临和商用的无线网络的终端如何融合的问题。个人认为这将是其他厂商的一个机会，否则，整个通信系统未来将是Starlink一家独大。
  3GPP的协议当前R17版本也定义了NTN，基于NR协议，当前还没有商用，3GPP的协议的NTN竞争中处于劣势的位置。
  未来个人认为不会需要太多家卫星通信运营商，Starlink最大的优势在于Space X的卫星发射技术，其他竞争对手要发射卫星，成本和经验要落后很多，也许，竞争的关键决定因素在卫星上，而不在通信技术上。

9 参考文献

https://medium.com/techcrate/starlink-revolutionizing-internet-connectivity-worldwide-with-satellite-technology-390cfdc11f64