如何在萬米高空暢享5G？
本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「無線深?！梗髡唑蒡霾刹伞＾D(zhuǎn)載本文請聯(lián)系無線深海公眾號。
伴隨著刺耳的轟鳴，一個形如巨鳥的龐然大物，風(fēng)馳電掣般地在跑道疾馳，旋即騰空而起，扶搖直上九萬里。
每天，都有無數(shù)這樣的龐然大物，運載著“宇宙的精華，萬物的靈長”，翱翔在云霄之上的萬米高空。
但這些乘客卻無時無刻不處于焦慮之中。那是因為，他們和世界溝通的窗口——手機，只能處于飛行模式，從緊密連接的網(wǎng)絡(luò)，變成了一個個無言的孤島。
請看看他們的內(nèi)心獨白：
“本來要和客戶開會的，只能推遲了。”
“多想給女朋友視頻展示下窗外俯瞰的美景……還是拍些照片吧!”
“在這無聊的幾個小時里，要是能玩會游戲該多好，可沒有網(wǎng)就連不上服務(wù)器!”
這些強烈的需求，都在呼喚著一個我們早已習(xí)以為常的好朋友：5G，你趕緊上天來吧!
其實，覆蓋全球的通信衛(wèi)星早已把萬米高空網(wǎng)上沖浪變成了現(xiàn)實，但由于帶寬小，成本高，自然導(dǎo)致了不菲的價格。因此除了少數(shù)商務(wù)人士體驗過之外，大部分人還是選擇了忍耐。
這樣就給了另外一種思路拓展的空間。那就是：地面上不是有很多的5G基站么?如果能把信號朝天上發(fā)射，手機在飛機上能收到信號的話，不就能正常上網(wǎng)了嗎?
聽起來是個好辦法啊!但一細(xì)想似乎問題還挺多。
1、基站到底能把信號發(fā)多遠(yuǎn)?
一般來說，在密集城區(qū)，基站的覆蓋范圍也就是幾百米，在偏遠(yuǎn)地區(qū)幾公里也就到頭了，咋看也不像有覆蓋到萬米高空的能力。
其實，在5G建網(wǎng)時，到底需要多少基站，需要先進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。網(wǎng)規(guī)主要從兩方面考慮：容量和覆蓋。
所謂容量，就是要服務(wù)一片區(qū)域，滿足所有人的上網(wǎng)需求的話，需要多少基站才行。由于每個基站的容量是一定的，因此必然能從容量的維度算出來一個基站數(shù)量。要正常覆蓋一個大城市，所需的地面基站可能就得好幾萬個。
所謂覆蓋，就是基站發(fā)射的信號在經(jīng)歷過空間傳播損耗，各種樹木遮擋，障礙物反射折射，最終可以被你的手機接收到，并且手機發(fā)射的信號也能成功被基站接收到的最大距離。
一般來說，基站相對手機來說，是一個龐然大物，信號的發(fā)射功率也遠(yuǎn)強于手機，因此理論上可以發(fā)射地非常遠(yuǎn)。
比如，很多城市在用的電視塔，其實也相當(dāng)于一個超大號的基站，由于功率大，高度高，一個塔就可以覆蓋整個城市。
如果把基站的天線對準(zhǔn)天上發(fā)射信號，由于沒有任何遮擋，傳播損耗相對較小，信號的傳播范圍將更為廣闊。這就是純粹的視距直線傳播。
并且，由于天上的飛機是比較稀疏的，乘客數(shù)量也不多，同時上網(wǎng)的人就更少了，因此天空覆蓋時，首要考慮的是覆蓋而非容量。
如下圖所示，從基站的高度向地球作切線，并延長該線直到和飛機在天上的巡航高度相同，便得到了基站的天空覆蓋半徑：d=d1+d2。
假如飛機的巡航高度為1.2萬米的話，一個地對空基站的覆蓋半徑理論上可達400公里。再考慮些余量的話，十幾個基站就可以覆蓋一條航線，覆蓋全國也只需幾百站點。
然而這里還有問題要考慮，基站可以把信號發(fā)射地那么遠(yuǎn)，但手機只有區(qū)區(qū)一百多克，能力弱雞，能收到來自數(shù)百公里之外的基站信號嗎?
并且，通信是雙向的，下行重要，上行也非常關(guān)鍵。5G手機的發(fā)射功率最多也就0.4瓦，發(fā)出的信號能夠穿梭數(shù)百公里到達基站嗎?
這就引出了下面這個問題。
2、手機在萬米高空能收到地面上基站的信號嗎?
其實是不行的。手機在飛機上不但收不到基站的信號，發(fā)出的信號基站也是不可能收到的。
這可咋辦?讓飛機代收代發(fā)啊。
通過對飛機進行改造，給機腹部裝上高增益的專業(yè)天線，就可以和數(shù)百公里之外的基站你來我往相互通信了。
飛機上的天線
飛機收到基站的信號之后，通過一個叫做CPE(Customer Premises Equipment)的裝備把5G信號轉(zhuǎn)換成wifi信號，這樣所有乘客就都可以連接wifi來上網(wǎng)了。
5G機載CPE
最后，所有用戶的上行數(shù)據(jù)都匯聚到CPE上，再轉(zhuǎn)換為5G信號，并通過機載天線發(fā)送出去，由地面的基站接收處理，達成了比特生命的閉環(huán)。
3、飛機飛得這么快，會有多普勒頻移的影響嗎?
會的。但可以通過頻偏補償來修正。
所謂多普勒效應(yīng)，就是飛機朝基站高速飛來的時候，信號的頻率會產(chǎn)生正偏移，越來越高;而飛機離基站而去的時候，信號的頻率則會因負(fù)偏移而越來越低。
據(jù)研究，如果使用4.9GHz頻譜，在飛機時速1200km/h時，頻偏就就已經(jīng)達到了5MHz，此時必須通過基站和CPE的特殊糾正算法來處理之后，系統(tǒng)才能正常工作。
綜上，通過一系列地對空覆蓋技術(shù)，就可以讓地面基站覆蓋天空，讓萬米高空暢享5G成為現(xiàn)實。
前面說到的遠(yuǎn)程會議，高清視頻，甚至云游戲等諸多5G需求都可以流暢進行，讓本來單調(diào)而焦慮的旅途變得更便捷和歡樂。
