智慧通信与海洋，这些干货科技圈的你都知道吗？|

这些年陆地上的互联网非常火，从互联网的普及，到现在的移动互联网，到3G-4G，以及马上要到来的5G，就前两天日本软银正式宣布5G商用。陆地通信和互联网的发展速度真的是太快了。

但是，大家可能很多人都忽略了海洋上的通信，忽略了海洋上的互联网，那里其实真的是一片蓝海。下面就让我们一起来聊聊卫星通信在海洋产业的应用。

其实海洋上对通信的需求量是非常大的，根据统计数据，海洋上有70万条各类船舶和钻井平台，66G的卫星带宽平均分配给每条船，带宽不足100K，只相当于陆地上20年前的水平，那时候陆地上用固定电话来拨号上网，速度是56Kbps。

我用庞大的海洋产业，弱小的通信能力来形容，是毫不夸张的。

船员一上船，一出海就是十个月，过了十个月才能回家休息一下。这十个月与世隔绝。现在在船上虽然有还是卫星电话，但是跟家里打个电话都是很奢侈的，因为很贵，一分钟几十块人民币。

船上空间很封闭，待一周两周不觉得，时间久了身心都会感到压抑。

船上还没有女性，现在欧美的一些船公司开始试行女船员，不过很多年了也没有推广开。人们在陆地上不觉得，在船上如果长期连异性都看不到，心理会有一些问题。

海洋上的自然环境也很恶劣，大风大浪，高温低温，对茫茫大海中的船和人都造成了很大的威胁。前几天还看了个视频监控，水手去甲板查看，结果被大浪卷走了。

除了天灾，现在还有人祸，索马里海盗很猖獗，抓到船就劫持人质，索要赎金。现在防海盗的安保公司生意很好，英国清水公司有5000条船专门做护航。由于通信不畅，我们对海盗的预警、监控、打击的力度都不够，成本也很高。

船员的工作也很危险，很辛苦，经常爬上爬下，摔下来的，掉海里的，撞船的等等各种事故时不时都有发生。

当然，最重要的是不能上微信。微信的广告词说的真好“微信，是一个生活方式”，只要能上微信，距离不是大的问题，无论距离远近，都可以享受到跟陆地类似的生活。当然，这一切的一切，是你得能上网。可惜的是，现在世界上这70万条船，船员能上网的几乎没有，也就是不到1%的船能做到。

茫茫大海上不能上网，注定了是孤独的生活。

• 第一个问题，就是货损货差或者偷油的问题，比如一艘化学品船，它装载的货物是液态的化学品，易挥发，而且存在热胀冷缩。所以货主在收货时，允许有千分之一的误差。船上的人就利用这个机制，监守自盗，把货物拿出一部分去卖，公司也发现不了。其实有了通信手段之后，加装视频监控或液位传感器，完全可以杜绝此类问题。

• 第二个问题，维修昂贵的问题，一艘船每年花在维修商的成本高达几百万元人民币，配件很贵，工时费也很高。其实是因为信息不对称，经过层层代理才找到真正的维修队，层层加价自然就很贵了。像咱们陆地上有了淘宝、京东、滴滴打车，各类产品和服务都非常实惠。

• 第三个问题，是船东与货主或保险公司的各种纠纷，由于责任认定不清楚，双方容易发生争议。责任认定不清楚的主要原因还是通信不畅，缺少各种传感器把证据保存下来并传递到岸上。通信和传感器其实是相互促进的。

• 第四个问题，则是由于海上恶劣的气象条件导致的船期延误甚至生命财产损失。现在由于通信不畅，船上都是靠原始的气象传真来研判天气并作出决策。其实现在陆地上各种气象数据图表已经非常完善了，只要通信条件满足，完全可以直接调取，让船长做准确的决策。

我们看看，现在海洋生态的恶化已经到了非常严重的地步。

• 首先，鱼类的数量大幅度的下降。90%的鱼类被过度捕捞，深圳灭绝式的完全捕捞。比如太平洋蓝鳍金枪鱼的数量已经下降了96%，濒临灭绝。
  

• 其次，自从1970年以来，已经有39%的海洋物种灭绝了。
  

• 最后，还有各种动物栖息地的破坏，比如红树林的砍伐速度超过了森林砍伐速度的3~5倍。世界上50%的珊瑚也已经消失了。还有将近三分之一的海草消失了。可以毫不夸张的说，海洋生态是我们人类面临的严峻问题之一。

一方面我们要建立海洋的监管和治理的机制，另一方面我们也需要低成本大容量的卫星通信手段来满足海上浮标、海洋执法船等相关的通信需求。因为生产力最终决定了生产关系。

• 首先就是要是宽带，要能高速接入互联网，像在家里一样冲浪；

• 其次是要便宜，总体拥有成本（TCO）在可接受的范围，就是买设备和买服务加起来不能太贵。

• 第三就是要实现全球覆盖，盲区要少，甚至没有盲区，整个航区都在卫星波束下面，这样就不会耽误工作和生活。

• 第四就是要实现动中通，因为船一直在海上跑，不能拐了个弯就无法通信了。咱们在陆地上体会不到这个问题，我们使用3G/4G都是全向天线通信，不存在方向的问题。但是海上通信的大趋势是Ku/Ka波段，存在方向性的问题，天线的锅面必须精确的对准卫星，否则无法通信。船又在动，所以就需要天线不断的自动调整自己的姿态，这样才能确保移动中通信，永不掉线。

• 最后一个，实时通信也很重要，要想船上的工作和生活跟陆地上一样，就需要低延迟，不能慢半拍。

这几点，就是整个海洋产业对卫星通信的迫切需求。

早在1945年，英国的物理学克拉克家在《无线电世界》杂志上发表了一篇文章叫《地球外的中继》，提出了利用地球同步轨道上的人造地球卫星作为中继站进行地球上通信的设想。卡拉克除了是一个物理学家，还是一个科幻小说作家。想象力对于科学技术发展也是非常重要的。

到了1957年，苏联发**第一个人造卫星。1960年美国就发**首个通信试验卫星。1962年美国发射的“中继1号”，这颗星在1963年转播了肯尼迪遇刺的新闻。

1963年，美国发**首颗地球同步轨道卫星，1964年 IntelSat成立，也就是国际通信卫星组织，IntelSat直到目前为止还是世界上最大的卫星公司，卫星圈的巨头。只不过2001年的时候IntelSat成为一个私有化的公司。

1965年的时候，美国发**首颗商用的地球同步卫星，实现了欧洲和美国之间的电话通信。从此以后，通信卫星就开始蓬勃发展。

1976年，对于海事卫星通信来说，是个里程碑，这一年连续发**三颗用于海事通信的卫星MariSat F1/F2/F3，后来到1979年各国政府联合成立了Inmarsat，统一对海事卫星进行运营管理。自此以后Inmarsat就成为了海事卫星的巨头。

此后的很多年里面，陆地上是IntelSat一家独大，海洋上是Inmarsat一家独大。

直到1997年，铱星发射，给人耳目一新的感觉，66颗低轨卫星覆盖全球，可惜投资50亿美金，根本无法收回投资，铱星与2000年3月正式宣布破产。同年12月，铱星公司重组，并于2001年重新开始运营。知道目前铱星仍然广泛用于海洋卫星通信，成为Inmarsat的补充，毕竟Inmarsat的地球同步轨道卫星是无法覆盖南北纬70度以上地区的。2007年，铱星宣布启动下一代铱星计划，要对目前的星座进行优化。回头再看，铱星开创了低轨卫星通信的新时代，虽然从商业测算的角度存在缺陷，但是却给人类卫星通信模式带来了巨大的创新。

2000年以前，卫星通信的更新换代非常的缓慢，通常10年以上才有一些技术上的革新，不像陆地上3G/4G/5G，几年一代。

但是2000年以后，尤其是2010年以后，卫星通信大有快速更新换代之势。甚至互联网巨头Google和Facebook也准备进军卫星通信市场。传统的卫星巨头也纷纷推出新技术和新产品。

主要的新技术包括：高通量卫星，这种技术使得单颗卫星的通信带宽**增大。其次是低轨卫星，这种技术虽然诞生于90年代，但是在O3B/OneWeb等公司的优化下，大有全面替代传统卫星通信技术之势，甚至在未来可能会威胁到现有的陆地移动通信市场。其他新技术主要是通过热气球或无人机作为中继，这两种方式不太成熟。下面我们就看看各大巨头在这些新技术上的投入情况。

• Inmarsat主要投入的是高通量卫星，叫Inmarsat GX, Ka波段，4颗星覆盖全球（陆地+海洋）。

• IntelSat同时投资了高通量卫星和低轨卫星，其高通量卫星星座叫IntelSat Epic，Ku波段，两颗星覆盖全球主要的陆地，未覆盖海洋。同时IntelSat也参股OneWeb，准备通过高轨卫星和低轨卫星互为补充的战略来占领市场。

• 卫星巨头SES也是投资了高通量卫星和低轨卫星，其高通量卫星有三颗SES 12/14/15，Ku&Ka波段，陆地+海洋。同时SES参股了O3B，接Google的盘。Google最早持有O3B的股票，后来推出了。

• 传统卫星公司EutelSat和ViaSat也都投资了高通量卫星，但是并未涉足低轨卫星。

• 铱星公司，我们刚才说过了，他们制定了下一代铱星计划，会对现有星座进行优化。但是新的星座仍然是L波段通信，带宽有限。无法有革命性的突破。

• OneWeb公司是低轨卫星技术的集大成者和革新者，准备发射640颗卫星覆盖全球，Ku波段。这个对传统的地球同步轨道卫星通信方式威胁是非常大的。

• O3B公司已经发**20可低轨卫星，组成了实验性的低轨卫星网络。但是其CEO Gerg Wyler离开对其打击很大。Gerg Wyler后来创立了OneWeb

• Google和Facebook分别推出了热气球网络计划和互联网无人机计划，但是这两个项目都在实验阶段，距离商用还遥遥无期。

以上是这些年以及未来10年卫星通信发展的基本走向。

传统的通信卫星都是采用赋形波束，一个波束的覆盖范围长达几千公里，一颗卫星也就2~3个波束。但缺点是一个波束只能使用一个波段，带宽（或者叫通量）上不去。高通量卫星就是为了解决这个问题，它不采用赋形波束，而是采用点波束，每个点波束的覆盖范围只有两三百公里，点波束之间可以使用不同的波段，频谱复用度高。带宽可以做到很大。高通量卫星有这些特征：

• 高通量（Throughput），以MHz来衡量。高通量卫星的通量通常是传统卫星的数倍以上。

• 高效率（Efficiency），以Mbps/MHz来衡量。高通量卫星的多点波束设计类似于陆地上的移动蜂窝网络，会提高每个点波束的效率，但是注意波束边缘会出现滚降。

• 大覆盖（Coverage），高通量卫星的覆盖是通过多个点波束来完成的，但是受制于卫星的功率和有效载荷，点波束的数量也是有限的。可以通过传统波束来弥补点波束覆盖的不足。

• 柔性网络架构（Flexible），高通量卫星的网络架构可以是开放架构，兼容常见的星状网、网状网等，也可以是封闭架构。高频谱复用，高通量卫星通常为Ku或Ka波段，也可以是其他波段，波段的选择考虑因素很多，包括波束大小、覆盖范围、空气状况（雨衰）、地面设备技术等等。

这是他们的发展历程：

• OneWeb一开始由Google和O3b星座创始人Greg Wyler发起参与的大型宽带星座计划；

• 2014年6月，WorldVu公司从破产的SkyBridge公司手中获得有关卫星频谱；

• 2014年8月，Greg Wyler的团队离开了谷歌，开始与SpaceX洽谈共同运营卫星星座的合作；

• 2015年1月，Greg Wyler将WorldVu改名ONEWEB，并宣布获得英国维珍集团和美国高通的投资，SpaceX没有成为该公司的投资人；

• 2015年6月，ONEWEB宣布获得7家公司共5亿美元投资，星座项目正式启动。

每一颗卫星的通信吞吐量为6Gbps, 全星座总吞吐量约为：3.84Tbps，是现有全球在轨同步轨道卫星、中低轨道通信卫星总容量的约4倍。

它们均可以为每一用户终端提供50Mbps的宽带接入服务。

即使按照1:50的带宽复用率计算，整个星座可以支撑约400万个宽带卫星+4G/WiFi基站一体化用户终端，同时服务地球每个角落的2亿人口。

• 2015年完成系统设计；

• 2016年开始卫星和火箭制造；

• 2018年开始发射；

• 2019年，星座投入运营服务；

• 目前已经初步落实在50个国家和地区的商业运营。

每一小卫星重150公斤，可在轨运行5年左右。

小卫星采用相控阵天线，可以灵活地对地面特定区域进行连续覆盖。

小卫星MDA公司负责小卫星天线和载荷的研发和制造。

• 2017年起，欧洲阿里亚娜公司将使用俄罗斯的联盟号火箭进行21次多卫星运载火箭发射；

• 2019年，阿里亚娜公司还可能增加5次联盟号和3次Ariane 6号火箭的发射。