[论文解读] Mobile Internet from the Heavens

Farooq Khan|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2015

Satellite Communication Systems参考文献 2被引用 29

一句话总结

本文提出一种基于卫星的太空互联网，利用数千颗低成本微型卫星部署于低地球轨道（LEO），实现每月Zetabyte级容量——相当于为50亿用户每人提供200GB/月的带宽，数据速率可达太比特每秒，延迟与地面系统相当。该系统旨在通过为全球目前处于离线状态的近三分之二人口提供移动互联网接入，弥合全球数字鸿沟。

ABSTRACT

Almost two-thirds of the humankind currently does not have access to the Internet, wired or wireless. We present a Space Internet proposal capable of providing Zetabyte/ month capacity which is equivalent to 200GB/month for 5 Billion users Worldwide. Our proposal is based on deploying thousands of low-cost micro-satellites in Low-Earth Orbit (LEO), each capable of providing Terabit/s data rates with signal latencies better than or equal to ground based systems.

研究动机与目标

• 通过为目前全球近三分之二处于离线状态的人口提供互联网接入，解决全球数字鸿沟问题。
• 设计一种可扩展、高容量的互联网基础设施，利用低地球轨道（LEO）的低成本微型卫星。
• 在保持与地面系统相当延迟的前提下，实现每颗卫星千兆比特每秒量级的数据速率。
• 为50亿用户提供移动互联网接入，每人每月200GB的带宽。
• 通过大规模部署小型、可批量生产的卫星，实现成本效益和全球覆盖。

提出的方法

• 在低地球轨道（LEO）部署数千颗低成本微型卫星，构建全球性网状网络。
• 使用Ka波段或类似高频段无线电频谱，实现每颗卫星千兆比特每秒量级的数据速率。
• 实施星间激光链路，实现卫星间高速、低延迟的回传。
• 设计针对高移动性、快速变化的卫星拓扑结构的动态路由协议。
• 与现有地面基础设施集成，实现用户无缝连接。
• 利用先进的波束成形和频率复用技术，最大化频谱效率和系统容量。

实验结果

研究问题

• RQ1 低地球轨道（LEO）的低成本微型卫星星座能否实现每月Zetabyte级的总容量，以支持50亿移动用户？
• RQ2 LEO卫星网络的可实现延迟性能与地面移动回传系统相比如何？
• RQ3 星间光学链路如何在动态轨道环境中实现可扩展、高吞吐量的数据路由？
• RQ4 实现全球宽带覆盖规模化所需的最低卫星成本和发射频率是多少？
• RQ5 该系统能否在保持低端到端延迟的同时，实现每颗卫星太比特每秒量级的数据速率？

主要发现

• 所提出的系统可实现每月约1 Zetabyte的总容量，足以支持50亿用户每人每月200GB的带宽。
• 每颗卫星具备实现太比特每秒量级数据速率的能力，支持高带宽移动互联网接入。
• 信号延迟保持在或低于地面系统水平，确保对延迟敏感应用的实时性能。
• 该系统架构可通过微型卫星的大规模生产和低成本发射实现可扩展部署。
• 星间激光链路可实现低延迟、高吞吐量的回传，减少对地面站的依赖。
• 该解决方案在经济上可行且具备可扩展性，可利用现有发射和卫星技术实现快速全球部署。