週三. 4 月 8th, 2020

『中國5G』 對戰『美國6G』

【李重德/專欄報導】 目前,美國政府不僅要求全球電信商禁用中國大陸“華為公司”的5G商用設備,而且從SpaceX到亞馬遜等公司都在計畫發射通訊衛星,希望從太空搶奪未來網路市場的市占率。而美國的這一個通信技術的發展除了打著高科技的6G為旗號之外,更打著為目前無網路的窮困地區提供網路服務的慈悲口號,讓『美國6G』有了更多打擊『中國5G』的正當性。

撇開美國政府是否故意藉著國家安全問題來實施打擊中國大陸資訊發展的這一個嚴肅的議題,重德 今天要帶領大家以科技的角度來探討『美國6G』的發展前景,以及『中國5G』對戰『美國6G』的勝負關鍵。

首先,美國企業家馬斯克(Elon Musk)創辦的“太空探索技術公司”(SpaceX)在2019年11月11日使用一枚「獵鷹9號」火箭將第二批60枚「星鏈」衛星送上太空,因為火箭可以回收再使用,因此在三星期後該火箭又再度送出60枚「星鏈」衛星,今天(2020/3/14)則送上地6批「星鏈」衛星,目前已經有360枚「星鏈」衛星完成了佈署。

在今天這第6批「星鏈」衛星發射之後,SpaceX便可向美國和加拿大部分地區提供服務,在發射24批之後(大約1年之後)便可為人口稠密地區提供全球性服務。而未來如果SpaceX再增加多枚「獵鷹9號」火箭來如期發射文所有的12000枚「星鏈」衛星。此外SpaceX已申請發射3萬顆小型通訊衛星,使衛星總量達到約4.2萬顆。

SpaceX這個一次發射60枚「星鏈」衛星的行動,讓中國大陸過去譏笑SpaceX要以每天發射4.8枚衛星的「星鏈」計畫是個大騙局的說法成為一個“管見輕敵”的笑話。

而且中國大陸過去質疑發射衛星所費不貲的問題,由於SpaceX的「獵鷹9號」火箭發射成本只有其他火箭成本的十分之一,而且一枚火箭可以同時一次發射60枚「星鏈」衛星,並利用每一枚「星鏈」衛星的離子推進器而自行移位到預定軌道上開始運行,因此其成本已經低到跟架設基地台差不多的地步了。

    因此,在2020年初,重德 可以說此時『美國6G』已經開始正式挑戰了『中國5G』。

但是『美國6G』其實並不是只有SpaceX一家公司在推動,尚有多家公司也各推出不同的『美國6G』版本。這是一如美國採購軍用飛機一樣,讓民間公司來競賽,贏者統拿。

其中,FaceBook公司推出的就是「天鷹」(Aquila)計劃,它是通過可以發射激光的無人機完成信號傳輸。

但是「天鷹」(Aquila)計劃有個嚴重的致命傷,一位是利用無人機向地面提供的信號覆蓋半徑約為100公里,每次可連續飛行 3 個月,無人機航速約為30─100公里/小時,通常是以圍繞直徑 60 哩(約 96 公里)的區域飛行,這個半徑100公里的信號覆蓋區是高速移動的,縱然無人機在定點打轉,也會有定向追蹤的問題

其次是「天鷹」(Aquila)計劃採用「激光」和「毫米波」作為通信手段,由於激光有極強的方向性,大氣對「激光」的干擾又太大,因此「天鷹」(Aquila)明顯存在著技術性的問題。

但是更大的非技術性問題是政治性問題,因為這些飛機飛行在6萬至9萬呎空域,這是必須獲得主權國的批准,否則這些「天鷹」(Aquila)將可能是無數架隨時監看著這一個國家所有人民行動的間諜飛機。

因此,重德 將開始比照『中國5G』對戰『美國6G』二家公司SpaceX與「天鷹」(Aquila)計劃的優劣點,並試圖預測一下勝負。

首先,重德 先講一下5G的優勢地位:

“5G”就是“第五代行動通訊技術”的簡稱,是最新一代蜂窩行動通訊技術,是4G(LTE-A、 WiMAX-A)系統後的延伸。5G的效能目標是高資料速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模裝置連接。

5G網路的主要優勢在於,資料傳輸速率遠遠高於以前的蜂巢式網路,最高可達10 Gbit/s,比先前的4G LTE蜂巢式網路快100倍。另一個優點是較低的網路延遲(更快的回應時間),低於1毫秒,而4G為30-70毫秒。

5G網路傳輸速率快的主因是,它利用OFDM調變技術把過去使用的700 MHz到3 GHz之間的頻率調高到從30GHz至300 GHz(中國大陸暫定為28GHz及60GHz)的毫米波波段內。而4G LTE的頻寬只有20 MHz,然而5G的頻寬最高可達800 MHz,由於頻寬加大因此可以每秒傳輸更多資料(位元)。

5G的高資料傳輸速率和低延遲被認為在不久的將來會有新的用途。一種應用是實際的虛擬實境和擴增實境。另一種應用是物聯網中快速的機器對機器的互動。例如,道路上車輛中的電腦可以通過5G連續不斷地相互通訊,也可以連續不斷地與道路通訊。

其次,重德 也要講一下5G的劣勢地位:

由於5G是繼承了4G的蜂巢式網路分劃方式,因此當用戶從一個蜂窩移動到另一個蜂窩時,他們的行動裝置將自動「切換」到新蜂窩中的頻道。但是由於5G是以毫米波來替代4G的微波,然而大氣中的氣體會吸收毫米波,且毫米波比微波輻射的範圍小,因此每個分割區可達範圍會有所限制;例如以前的蜂巢式網路的分割區可能橫跨數公里,但5G分割區大約只有一個街區的大小。

此外,5G訊號的繞射能力(即繞過障礙物的能力)十分有限,而且由於5G和部分衛星通訊同樣會使用C波段,加上地面上的5G訊號強度要明顯高於衛星訊號,可能導致5G訊號干擾衛星訊號的情況。

換句話說必須5G要重新建設更密集的基地台,因此需要很大的建設經費。而且這也意味著在人少與空曠地區不可能有5G的服務。

但是,我們為何說是『中國5G』,而不是任何國家的5G呢?這是因為2016年11月17日“國際無線標準化機構3GPP”第87次會議在美國拉斯維加斯召開,中國華為主推Polar Code(極化碼)方案,美國高通主推LDPC方案,法國主推Turbo2.0方案,最終eMBB場景的控制通道方案由極化碼勝出,eMBB場景的資料通道方案由LDPC勝出。

再來,重德 也談一下以SpaceX為主體的『美國6G』的優勢與劣勢條件。首先,SpaceX明顯具有覆蓋面寬廣,以及快速佈署的優勢條件。至於費率問題,則SpaceX尚未公布其網路服務的內容與其收費的標準,因此尚難假以評估。

但是,SpaceX也有相當明顯的劣勢問題之困擾,首先SpaceX明顯是尬上了『中國5G』,因此其選定的頻率也正好是28GHz,因此在有『中國5G』的地方就必然會相互干擾,也就是要拚的「你死或我亡」的局面。

其次,SpaceX的28GHz並不能為手機等低功率收發機來使用,因此它必須另外建立百萬個轉換器的基地台,這是不小的投資。

再來,重德 也談一下默默耕耘的facebook「天鷹」(Aquila)之優勢與劣勢條件。首先,「天鷹」(Aquila)的優勢條件是它只以低速度翱翔在在6萬至9萬呎空域,因此部分配合「天鷹」(Aquila)低功率的手機可能可以直截上傳資訊到「天鷹」(Aquila),而不必要透過轉換器與基地台。這是『中國5G』與SpaceX都不具備的絕對優勢。

但是,「天鷹」(Aquila)也有一個絕對的致命傷,那就是如果該地區的氣候不允許「天鷹」(Aquila)飛行時,則該地區的網路通訊將會中斷。

因此,重德 在此斷言,未來在中國大陸絕對是『中國5G』的天下,但是在城市化不高以及貧窮落後的第三世界國家,則是「天鷹」(Aquila)展翅表現的天空,而以美國為主的經濟發達國家則會是SpaceX的主要市場。

最後,重德 由於從今天開始參與了塞浦路斯所核發的三枚Ka頻率的商用衛星之事業規劃,因此正在積極了解這個這三枚軌道衛星發射權的相關資訊,因為據 重德 所知,軌道的不同將會產生不同的功能(比如說通信衛星最好是“地球同步軌道”,導航衛星大多是非同步軌道,觀測與偵查衛星則必然是非同步軌道),例如:

1.是否為近地軌道(Low Earth Orbit,LEO)嗎?抑或是“中地球軌道”(Medium Earth Orbit,MEO)(運行高度是2,000公里~35,786公里)?

2.是否為“地球同步軌道”(Geosynchronous orbit,GSO)嗎?抑或非同步軌道呢?

3.軌跡路徑為何?軌道高度設定是多少呢?軌道傾角是多少呢?

4.每一枚衛星的覆蓋面積是多少萬平方公里?有明確的國家範圍嗎?

5.每顆衛星資訊傳輸總速率是多少Gbps呢?

6.有被指定的信號頻率嗎?因為Ka頻率是一個範圍,通常指的是:

Ka的Downlink是17.8 GHz~18.6 GHz與18.8 GHz~19.8GHz兩個波段。

Ka的Uplink是27.5 GHz~29.1 GHz與29.5 GHz~30.0GHz。 以上資訊,希望有助於大家了解 重德 在做啥事業,也能從科技角度來更了解『中國5G』對戰『美國6G』的真實面相。

▲單枚火箭多次回收的成本效應已經凸顯,這是Starlink一枝獨秀的前提保證。(圖/每日頭條)

2 thoughts on “『中國5G』 對戰『美國6G』

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