科普:从一个老谣贴谈卫星通讯

题图

​今天又看见了那篇“谷歌发射几百颗卫星提供全球免费Wifi服务”的谣言文章。这文章好像已经连续出来三年了,每年都把发射卫星的时间推迟一年,但仍然被一些很傻很天真,不喜欢中国政府防火墙的文科生到处转发。从技术的角度看,这是一篇很可笑的文章,本来也不值得专门辟谣。但作为一个物理专业出身,又搞过无线通讯的工程师,觉得借机科普一些无线通讯的知识,还是很有意义的。

卫星Wifi很荒谬

看这文章的标题,很多人会以为打开自己的手机上的Wifi接收器,就可以收到卫星信号了。他们忘了Wifi信号大多来自咖啡厅里的AP盒子,在空旷无干扰的地方,Wifi信号的传播极限是250米的样子,而卫星呢,即便是低轨道卫星,也有200多公里的高度。

谷歌可不可以来个霸王硬上弓,从卫星上发射Wifi信号?不说这多半违反国际无线电行业的规范,不说多普勒效应等技术困难,单是把信号传这么远的发射功率就很难解决。

1

卫星是这个样子的,它不能带发电机,所有的能量都从太阳能帆板上来,很珍贵,很难做大功率的发射器。所以,卫星信号的强度也不能穿透屋顶,你在房间里收不到GPS信号,至少要把手机拿到窗口。

这篇谣文虽然用了“谷歌提供全球免费Wifi服务”的标题抓眼球,但里面却说要买一个“价值不过几十美元的中继转发器”。啊,标题党害人,原来不是提供Wifi服务,你需要买一个卫星接收器,转换成Wifi信号。你可以把你的手机收到的3G/4G信号,转换成Wifi信号,让你的计算机上网,这不稀奇。

是的,接受卫星信号需要高灵敏度的专用接受设备,手机是不行的。

我们最后还会看到,这“价值不过几十美元的中继转发器”也是忽悠。

卫星信号很容易干扰

那么,谷歌发射这么多卫星是为了和中国政府作对吗?如果是这样就简单了,卫星信号太弱了,非常容易干扰。一个GPS干扰器可以覆盖300公里的半径,中国政府只要花上谷歌万分之一的成本,就可以让谷歌的系统无用武之地。

当然,卫星有它的优势,无论多偏僻的地方都可以覆盖。在塔克拉玛干沙漠的中心设置干扰站就比较麻烦。谁知道呢,也许有人愿意坐5个小时的飞机,再骑3天的骆驼,到塔克拉玛干去用谷歌搜索?

卫星通讯不适合大众服务

谷歌肯定不会花十亿到数十亿美元做一件毫无用处的事情。那谷歌真的会为6亿中国网民提供免费的卫星通讯服务吗?世界上任何一个公司搞项目,都要计算投资回报。但有些很傻很天真的人偏偏相信谷歌是一个毫不利己专门利人的公司。好吧,我们就假设谷歌是这样一个公司,但最大的问题就在这里。

无线通讯和有线通讯最大的差别是后者给你一条专用的网线,而前者迫使我们分享同一个空间,也就是说,卫星或基站能够提供的流量,如果同时有100个人使用,每个人就只有平均百分之一的流量。

通讯卫星和基站能提供多大的流量,取决于它能占有多大的频率范围。通讯专业有一条著名的香农定理,咱们把它说简单点儿,如果信号强度还好,使用100兆赫兹的频谱,就能提供每秒100兆比特的流量,很难大很多。所以无线通讯的频段是很珍贵的资源,国外的通讯公司要花大价钱在政府那里竞标。国际无线电行业对在什么频段能干什么事情有严格的规定,否则,大家在机场打电话,机场的雷达花屏,那就麻烦了。

我们手机使用的通讯网络怎么解决这个问题?手机的英文名字叫CellPhone,这个系统曾经叫“蜂窝通信”。它使用很多的基站,每个基站只覆盖一个小区域,不太大的人口。中国移动有多达200多万个基站,遍布我们伟大的国土。就这样,在地铁这样人群密集的地方上网,速度还会慢下来。

卫星就不一样了,一颗卫星覆盖数百万平方公里的土地,可能上亿的人口,都要分享这个有限的带宽。当然卫星也可以想办法,把发射/接收天线设计成多瓣的,可以把这个区域分成15块,再多也不太可能了。即便这样,一个小区域仍然要覆盖整个大城市及其郊区。

假如我们头上有100颗卫星,有没有帮助?没什么大用,卫星太多了,它们之间的信号只会互相干扰。

​卫星飞越的所有国家,使用的频段必须经过各国政府的批准,要在中国上空发射电波,也需要中国政府批准。所以,谷歌能提供多大的通信带宽,取决于包括中国在内的各国政府批给它多宽的频段。​

假设中国政府大度,批给谷歌史无前例的1GHz的带宽。但一个咖啡馆的Wifi盒子给三十个人用,也有180MHz的频宽。卫星上这1G的带宽可能要伺候一个三百万人的城市!三百万人里只要有十万在同时上网,每人能分到多少带宽?10kbps。这样的速度,下载一张照片要一个小时。

这样的服务,白送给你,你要吗?​

卫星通讯便宜不了,业务很难盈利

现在我们知道,卫星通讯不但不能免费,也不能便宜。便宜了,用的人太多,系统就堵死了。卫星通讯永远是一个小众应用,适合于地广人稀的地区。

小众应用无法便宜。耗费十亿到数十亿美金的卫星,最多20年就报废。通讯技术更新换代很快,能用10年就不错了。每年一亿美金以上的折旧,羊毛需要出在羊身上。

对于从事探险的人士,和出海的渔民,花5000-1万元买一个卫星电话,1千块的包月,关键的时刻也许能救命。但这样的服务已经有了,上网毕竟不是刚需。觉得上网那么重要的人,还未必能接受卫星能提供的网速。

为了能翻墙,你愿意支付这样的费用吗?

特别是在不花钱,花30分钟就能装一个翻墙软件的情况下?

当然,哪个国家都有傻冒。不过这样的一个庞大项目,需要很多很多的傻冒才能维持。

上世纪90年代的两大卫星通讯项目,铱星和全球星,都以惨败告终。谷歌到底有没有类似的计划?

用谷歌搜索了一下,2014年谷歌提出过一个号称“给偏远地区提供上网服务”的卫星计划。不是发射几百颗卫星,是180颗。于是,就有了“2014年3月27日4点30分,搭载6颗谷歌卫星的运载火箭发射升空”,“2015年3月27日4点30分,搭载6颗谷歌卫星的运载火箭发射升空”,“2016年3月27日4点30分,搭载6颗谷歌卫星的运载火箭发射升空”的网文。谷歌已经发射了几颗测绘地图的卫星,但这个纸上谈兵的项目,一颗卫星也没有发。如果不能赚钱,那么着急干什么?

小众服务想赚钱不容易,需要把卫星脚下每一片土地上的市场都开发出来。世界上哪个国家的国土和人口基数庞大,人民消费能力也不错呢?当然是中国。谷歌也许在等中国政府的批准呢。

下面的故事你懂的,要在中国做业务,需要遵守中国的法规吧?嗯---,有些人要失望了。

关于防火墙

不满意防火墙的人,你们要明白一件事。墙不是防止你出去的,是防止他们进来的。有哪条法律写着禁止翻墙?有哪个人因为翻墙被当作偷渡抓起来过?

就像国家不能禁止你买进口车,但可以给他们征关税来保护民族企业。这墙就像一种关税,设置一点儿额外的障碍,让谷歌、Facebook、Tweeter很难在中国做生意,于是百度、微信的腾讯、微博的新浪成长为世界级的公司。

君不见,Facebook的小札,娶了中国老婆,跑到中国来跪舔,然并卵。而帝吧出征,一夜之间几乎瘫痪了他们的服务器。

我们的青年,没有因为这堵墙妨碍对这个世界的了解,以及与外面人们的沟通。

想翻墙又不会?说句难听的,对于智商不够的人,更多的信息反而有害。你这样的傻冒出去有什么用?

附:谣言贴 谷歌提供全球免费Wifi

美国西部时间2016年3月27日4点30分,搭载6颗谷歌卫星的运载火箭发射升空,谷歌的全球免费无线网络(Wifi)覆盖计划迈出了第一步,预计今年之内将有超过60颗卫星升空,初步实现全球免费无线网络覆盖。

谷歌通过数百颗卫星向全球提供的免费无线网络服务,无盲区、无死角:任何人不管身处高山、大漠、冰冻极地还是浩瀚海洋,只要有一部由电池供电的路由器般大小的价值不过几十美元的中继转发器,便可以通过带无线网络功能的设备上网。

一旦谷歌全球免费无线网络服务开通,中国花费巨资建造的把本国互联网与世界互联网隔开的网络防火墙,就将被推倒,取而代之的是全球网民使用最多的“whatsapp”。Whats app系统功能强大,可以接通谷歌、脸书、推特和所有国外网络。

网络的新一波革命也将随着谷歌的这一计划实施而发生:手机微信被取代,有线光纤受到冲击,台式电脑的无线网卡被普遍应用,平板与笔记本电脑迎来新的销售高潮。

六年前谷歌退出中国,随之被阻挡在中国网络防火墙之外。不久的将来,谷歌将随着全球无限网络重临中国,而重新享用谷歌搜索。

(文/物理博士看天下)

原创物理学博士 http://blog.sina.com.cn/phdphysics​