6月23日，#神舟十二号航天员首次天地通话#，中国国家主席与中国空间站天和核心舱中的航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波进行了高清视频通话。
联想到6月18日航天员安装WiFi路由器，应该很多人会想，中国空间站是如何实现天地高清视频通话的，其速度有多快？答案就在标题上：中国天链。
本文主要简要介绍天链的基本原理，空间站怎样通过天链进行高速通信。由于没有官方数据，猜测中国天链的速度有多快？同时对比马斯克的星链（Starlink）以及现在各国讨论的6G，分析天链、星链、6G，哪个才是未来？
首先需要澄清一个误导性问题，WiFi路由器是用来组建局域网的，天地通讯是不可能通过WiFi路由器来实现的，当然，WiFi路由器也起到了终端传输的作用，即把音视频及数据通过WiFi路由器打包，再通过空天专网（或者说空天广域网WAN），即天链，传输到地面控制中心。
地球上空有一条神器的卫星轨道：地球静止轨道。它距地35786Km。为什么说是静止呢？
因为这个高度的卫星绕地球运行一周的时间，与地球自转一周的时间（约24小时）完全相同。相当于静止轨道上的卫星与地球自转是同步的，因此，这个高度的卫星建立的对地通信链路会有很多优势。天链就是指在对地静止轨道上的卫星通信链路。
由于天链的特殊性，有两大优势：
首先是覆盖能力，地球半径为6378Km，静止轨道离地球大约2.8个地球直径；只需3颗卫星就可以覆盖全球；
第二，提供可靠的通信。由于距地不太远，能够采用S/Ka波段（S：2G-4 GHz，Ka：26.5G-40 GHz）进行可靠通信。一般测控信号用SSA（S波段单址），高速数据采用Ka波段传输。
有人会问，直接在空间站与地球通信不行吗？为什么需要多此一举搞个天链？
这里，我们先给出一个数据：
国际空间站的轨道高度是：近地点:319.6 km，远地点:346.9 km。中国空间站的高度约380Km。
而地球半径为6378Km，因此，空间站离地面的高度相对地球半径来说其实不算大，这个高度不到地球直径的1/30，以我们日常的生活常识来说也就是不到400公里。
同时，空间站的飞行速度约为：7.8Km/s。
如果我们在空间站上直接与地球通信，那么是什么状况呢？我们来看一个示意图：
图片来源：知乎网友
如果飞船直接与地球通信，由于飞船自身飞行速度达到7.8Km/s，只需90分钟左右便能绕地球一圈。在地面上看，飞船的角速度就非常快，这样，飞船与地面通信时，需要非常多的地面基站来接收信号。当一个时间点收到信号，下一个时间点可能就找不到目标无法回传了，这就需要另外的基站去处理并同步，而地球是有国界的，目前没办法在全地球范围内完全布设自己的基站，即使能通过4G/5G，对于成本、保密性、时间同步等都是不可行的。
当然，要实现卫星与地面的直接通信，还有另外一个方案，那就是增加天上的卫星数量，也就是马斯克SpaceX的星链。但是，空间站直接与地面通信，通过这种方式的话，星链也成了一个中继，而且成本非常高（见后面天链与星链的对比分析）。
这就是为什么需要天链来进行中转信号的传输，也就是通过天链中继卫星来实现天地通信。
由于没有官方数据，目前无法直接获取天链的速率。不过我们从中国空间站与地面的高清视频通话，以及空间站的各种视频的流畅程度（无雪花，无卡顿）来看，中国天链的速率至少达到了地面4G的通信速率。
而据外媒记者CNBC的Arjun Kharpal表示，中国航天员在空间站上的下载网速可达1.2Gbps，相当于5G网速了，比他在地球上的网速还快。
1.2Gbps的网速指的是中国建设的天链中继站的下行速度，该系统由天链一号03星、04星，天链二号01星组成，将核心舱与地面站连接起来，下行速度可达1.2Gbps，而且延迟只有秒级。
另有报道称天和舱的Wi-Fi下行速度可达150Mbps，上行6Mbps，相比早前的天宫一号试验舱的2Mbps大幅提升。
中国天链实际速率分析：
我们上面提到，天链卫星的通信波段是：S/Ka波段，其中Ka波段：26.5G-40GHz用来进行高速数据通信。而这个频段正好处于5G的FR2频率范围：24250MHz-52600MHz（FR1为Sub-6GHz：450 MHz - 6000 MHz ），这就是最近常常提到的，也是高通主推的毫米波频段。
当然，5G毫米波的实现方式与天链不一样，中国空间站上测控终端用来与天链通信的天线就有1.2m长。但是频率越高，能实现的通信速率也越高。关于天链的实现原理在此不详细介绍。
因此，从技术和实际表现来看，中国天链的速度应该介于4G（100Mbps）和目前的5G（1Gbps）之间，下行速度可能达到了300Mbps，由于天地距离过远，而时延则要比现在的5G（5G理论最小时延1ms，目前一般5-10ms）大很多。
星链 vs 天链
星链（Starlink）是马斯克的美国太空探索技术公司（SpaceX）的一个项目，SpaceX计划在2019年至2024年间在太空搭建由约1.2万颗卫星组成的“星链”网络提供互联网服务，其中1584颗将部署在地球上空550KM处的近地轨道，并从2020年开始工作。
此外，星链还将发射2,800颗卫星在1,150KM轨道，7,500颗在340KM轨道。完成这个阶段之后，将会安排另外30,000颗，最终达到42,000颗卫星，组成全球覆盖。
2021年3月11日，SpaceX的“猎鹰9”号运载火箭，携带一组60颗“星链”互联网卫星在美佛罗里达州发射升空。5月5日，SpaceX发射了60颗Starlink卫星 。5月15日，SpaceX使用八手火箭发射52颗星链卫星。
星链是通过近地轨道的卫星实现星地通信，而天链是通过35786Km的远地静止轨道实现天地通信。两者技术实现方式完全不一样，天链的技术难度要高出星链几个数量级，而星链要覆盖全球，其成本又是天链的几个数量级。
6G vs 天链
中国在4G通信及以前都处于相对落后的状态，各方面的技术和产业链都得不到充分的发展，但在5G技术上中国不仅仅实现了技术的领先，在基站布设数量，商业化进程上也都走在前面，因此，美国，日本、韩国等为了在通信上再次走在前面，提前开始了6G标准的讨论和研发计划。
据外媒 AJU Business Daily 报道，韩国就在今日（6月23日）公布了一项为期 5 年的国家项目，将在未来 5 年内投资共 2200 亿韩元（约 12.5 亿人民币），用于 6G 技术的研发，通过与美国的合作，力争在 2028 年成为世界上首个实现 6G 商业化的国家。
6G当前其实还是雾里看花，连概念都算不上。其技术规范的标准化工作也预计要到2023年左右才开始。
笔者曾在2020年做过深入分析，在《5G商用进程的挑战》和《5G时代》等系列文章中认为：5G的生命周期将达到15-20年。原因是5G的商用进程会受到中美贸易科技战、世界各国经济发展的不平衡、以及各国推动的进程等各方面的因素影响，4G仍将在5-8年左右较长一段时间存在，具有爆炸式的5G商业模式可能需要10年左右才会出现，那个时候4G才可能退出历史舞台，再过5年左右才可能出现6G的需求，5G要差不多退出历史舞台还得再过5年左右。因此，5G的生命周期至少在15-20年。
当5G时代实现了高速万物互联，下一个人类的通信需求可能是星际互联，而不再是传统意义上的6G了。
所以，现在谈6G还为期过早，当然，参与标准建设，提前研发都是有必要的。
而星链按计划要到2024年才能完成初步的组网，之后还要发射3万颗卫星实现真正的全球覆盖。
按照目前美国30万种子用户的使用情况，星链目前的速率还比较低。据美国网友测试，目前信号比较好的地区其速度是200Mbps下行，50Mbps上行，15ms左右延迟。
星链最初的目标是打造星地空间的通信，马斯克也是为了未来的太空人类计划而建造。但目前阶段星链的目标客户是美国5G/4G无法触达的地区，暂时成为5G或者4G的替代者。
未来，星链是成为6G的替代还是补充还是星地通信，其发展还不明确，有待各种因素的变化和6G标准的制定。
由于中国空间站的辉煌成就和后来居上的技术实力，中国天链似乎成了可以随时民用的天地通信技术。
另一方面，未来10-20年，如果中国的空间站载人技术取得快速而长足的发展，人类真正进入空间站，遨游太空的梦想也将逐渐平民化。
那时，在中国空间站上给家人朋友视频通话或许成为一种新的Show，天链作为天地间通信的民用技术，也将可期。
责编：Demi
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