如何在万米高空畅享5G？

robinhood007

伴随着刺耳的轰鸣，一个形如巨鸟的庞然大物，风驰电掣般地在跑道疾驰，旋即腾空而起，扶摇直上九万里。
每天，都有无数这样的庞然大物，运载着“宇宙的精华，万物的灵长”，翱翔在云霄之上的万米高空。

但这些乘客却无时无刻不处于焦虑之中。那是因为，他们和世界沟通的窗口——手机，只能处于飞行模式，从紧密连接的网络，变成了一个个无言的孤岛。

请看看他们的内心独白：

“本来要和客户开会的，只能推迟了。”

“多想给女朋友视频展示下窗外俯瞰的美景……还是拍些照片吧！”

“在这无聊的几个小时里，要是能玩会游戏该多好，可没有网就连不上服务器！”

这些强烈的需求，都在呼唤着一个我们早已习以为常的好朋友：5G，你赶紧上天来吧！
其实，覆盖全球的威尼斯人官方网站卫星早已把万米高空网上冲浪变成了现实，但由于带宽小，成本高，自然导致了不菲的价格。因此除了少数商务人士体验过之外，大部分人还是选择了忍耐。


这样就给了另外一种思路拓展的空间。那就是：地面上不是有很多的5G基站么？如果能把信号朝天上发射，手机在飞机上能收到信号的话，不就能正常上网了吗？

听起来是个好办法啊！但一细想似乎问题还挺多。

1、基站到底能把信号发多远？
一般来说，在密集城区，基站的覆盖范围也就是几百米，在偏远地区几公里也就到头了，咋看也不像有覆盖到万米高空的能力。

其实，在5G建网时，到底需要多少基站，需要先进行网络规划。网规主要从两方面考虑：容量和覆盖。

所谓容量，就是要服务一片区域，满足所有人的上网需求的话，需要多少基站才行。由于每个基站的容量是一定的，因此必然能从容量的维度算出来一个基站数量。要正常覆盖一个大城市，所需的地面基站可能就得好几万个。

所谓覆盖，就是基站发射的信号在经历过空间传播损耗，各种树木遮挡，障碍物反射折射，最终可以被你的手机接收到，并且手机发射的信号也能成功被基站接收到的最大距离。

一般来说，基站相对手机来说，是一个庞然大物，信号的发射功率也远强于手机，因此理论上可以发射地非常远。
比如，很多城市在用的电视塔，其实也相当于一个超大号的基站，由于功率大，高度高，一个塔就可以覆盖整个城市。

如果把基站的天线对准天上发射信号，由于没有任何遮挡，传播损耗相对较小，信号的传播范围将更为广阔。这就是纯粹的视距直线传播。
并且，由于天上的飞机是比较稀疏的，乘客数量也不多，同时上网的人就更少了，因此天空覆盖时，首要考虑的是覆盖而非容量。

如下图所示，从基站的高度向地球作切线，并延长该线直到和飞机在天上的巡航高度相同，便得到了基站的天空覆盖半径：d=d1+d2。

假如飞机的巡航高度为1.2万米的话，一个地对空基站的覆盖半径理论上可达400公里。再考虑些余量的话，十几个基站就可以覆盖一条航线，覆盖全国也只需几百站点。

然而这里还有问题要考虑，基站可以把信号发射地那么远，但手机只有区区一百多克，能力弱鸡，能收到来自数百公里之外的基站信号吗？

并且，威尼斯人官方网站是双向的，下行重要，上行也非常关键。5G手机的发射功率最多也就0.4瓦，发出的信号能够穿梭数百公里到达基站吗？

这就引出了下面这个问题。

2、手机在万米高空能收到地面上基站的信号吗？

其实是不行的。手机在飞机上不但收不到基站的信号，发出的信号基站也是不可能收到的。

这可咋办？让飞机代收代发啊。

通过对飞机进行改造，给机腹部装上高增益的专业天线，就可以和数百公里之外的基站你来我往相互威尼斯人官方网站了。

飞机收到基站的信号之后，通过一个叫做CPE（Customer Premises Equipment）的装备把5G信号转换成wifi信号，这样所有乘客就都可以连接wifi来上网了。

最后，所有用户的上行数据都汇聚到CPE上，再转换为5G信号，并通过机载天线发送出去，由地面的基站接收处理，达成了比特生命的闭环。

3、飞机飞得这么快，会有多普勒频移的影响吗？

会的。但可以通过频偏补偿来修正。

所谓多普勒效应，就是飞机朝基站高速飞来的时候，信号的频率会产生正偏移，越来越高；而飞机离基站而去的时候，信号的频率则会因负偏移而越来越低。

据研究，如果使用4.9GHz频谱，在飞机时速1200km/h时，频偏就就已经达到了5MHz，此时必须通过基站和CPE的特殊纠正算法来处理之后，系统才能正常工作。

综上，通过一系列地对空覆盖技术，就可以让地面基站覆盖天空，让万米高空畅享5G成为现实。

前面说到的远程会议，高清视频，甚至云游戏等诸多5G需求都可以流畅进行，让本来单调而焦虑的旅途变得更便捷和欢乐。