Sceye正在測試平流層信號塔20公里高空基站能否降低延遲？

Sceye

來源：IEEE電氣電子工程師學會

今年晚些時候，一艘飛艇將從新墨西哥州起飛，開啟橫跨太平洋的飛行，這也是它迄今為止航程最長的一次任務。但真正的測試要等到抵達日本后才會開始。在那里，飛艇制造商 —— 總部位于新墨西哥州的Sceye公司，及其出資方與合作伙伴、日本電信巨頭軟銀集團（SoftBank Corp.），計劃測試這艘飛艇作為20公里高空懸浮通信基站的實際性能。

并非只有他們在規劃平流層基站。理論上，懸浮平臺相比地面信號塔能提供更理想的視距覆蓋，并且比近地軌道衛星擁有更低延遲、更大容量。因此，部分工程師認為，只要飛艇技術能夠落地，平流層將成為未來移動通信網絡的關鍵組成部分。

渥太華卡爾頓大學的Halim Yanikomeroglu并未參與Sceye項目，他表示：“在我看來，航空航天方面仍需進一步完善飛艇技術，但這項技術即將成為現實。”

如何建造一座空中基站

Sceye的飛艇是高空平臺站（HAPS，high-altitude platform station）的典型代表，它從地球平流層提供互聯網接入服務。HAPS有多種不同設計，而Sceye選擇的是自動駕駛氦氣飛艇 —— 白天依靠太陽能供電，夜間則由電池供電。

在過往測試中，Sceye已證明其飛艇能夠升至平流層，并通過電動風扇實現晝夜定點懸停。盡管20公里的高度已超越大部分地面氣象影響，但由于平流層狂風肆虐，保持位置穩定仍是一項工程壯舉。目前，該公司正在測試更長航時飛行，逐步向數月級連續飛行邁進，本次計劃中的太平洋跨洋飛行便是其中一環。

高空平臺基站若要真正服務于通信網絡，往往需要在同一位置持續駐留數月甚至更久。目前的紀錄保持者是空客旗下Zephyr的固定翼飛行器，據報道，它去年創下了連續飛行67天的紀錄（https://www.aaltohaps.com/zephyr-sets-world-record-for-longest-continuous-flight-flying-67-days-in-stratosphere/）。

Sceye目前尚無法企及這一成績，但公司首席執行官Mikkel Frandsen認為，其輕于空氣的飛艇設計具備另一項優勢：有效載荷能力。Frandsen表示，Zephyr這類飛行器僅能搭載數公斤設備，而Sceye正在測試的載荷重達250公斤。

更大的載荷意味著可以搭載性能更強的網絡通信設備。在日本，Sceye將測試一款名為SceyeCELL的天線，這是專為平流層環境設計的MIMO面板模塊。

SceyeCELL：https://sceye.com/press-releases/sceye-unveils-stratospheric-telecom-antenna-sceyecell/

MIMO：https://spectrum.ieee.org/5g-bytes-massive-mimo-explained

電信公司為何青睞高空平臺站（HAPS）

Frandsen表示，Sceye今年計劃與跨國電信企業開展兩項、很可能三項商用測試。

業界對此抱有興趣的原因之一在于：與星鏈衛星不同，SceyeCELL使用的頻段正是現有手機所支持的頻率。其天線還采用與地面基站一致的3GPP標準 —— 4G為eNodeB、5G為 gNodeB。這意味著地面智能手機無法區分信號來自地面基站還是Sceye的空中基站。HAPS研究人員指出，這類無縫連接至關重要。

研究人員認為，HAPS網絡想要投入實際應用，還必須證明兩點：一是平臺自身能夠穩定駐留，二是天線性能達標。

地面設備必須維持低延遲、穩定吞吐量的可靠連接。HAPS雖有望在氣象條件之上運行，提供更優的視距覆蓋，但如果在下方風暴天氣中、或是高密度城市高樓之間出現覆蓋不穩，這些優勢便毫無意義。若多臺HAPS共同為同一城市服務，它們還需實現相互通信。此外，空中網絡不得對傳統蜂窩信號產生干擾。

“高空平臺站要想在已有地面基站的區域正常運行，建立完善的干擾管理機制至關重要。”Yanikomeroglu表示。

Sceye目前尚未開展HAPS間通信測試，但Frandsen稱他們正在攻克其他關鍵指標：“我們計劃驗證平臺能夠回傳至客戶核心網絡，同時驗證前端可直接向終端設備發射信號，達到預期速率并將干擾控制在最低水平。”

平流層中的橋梁？

以往的高空平臺站概念，比如谷歌現已關停的Loon氣球網絡，主要目標是為偏遠地區提供互聯網連接。

意大利帕多瓦大學的Marco Giordani并未參與Sceye項目，他表示：“事實證明，這類項目從經濟角度來看并不具備可持續性，尤其是與衛星系統相比時更為明顯。”

由于這些不利因素，HAPS的支持者如今開始考慮將其用于人口更密集地區的永久部署。“高空平臺站的覆蓋范圍很廣，”俄亥俄大學雅典分校的Animesh Yadav表示（他同樣未參與Sceye項目），“如果只將它用于農村地區，那就大材小用了。”

Frandsen舉例稱，軟銀希望利用HAPS來增強衛星覆蓋密度。如今大多數手機并不具備能與近地軌道衛星良好連接的專用天線。不止軟銀一家公司寄望于HAPS來彌補這一短板。

“在這種應用場景下，HAPS可以充當中繼站，接收地面用戶的通信流量，然后轉發至衛星，再回傳下來，”Giordani說，“我認為這一方向非常有前景。”

HAPS支持者構想了這樣一張未來網絡 —— 即便不是6G，也會是7G乃至更下一代技術 —— 它將地面、高空與太空融為一體，而HAPS則作為懸浮的中間層。部分研究者還提出了更具雄心的設想，例如在 HAPS 上搭載設備，用于邊緣計算、聯邦學習等任務。

當然，工程師們首先必須證明HAPS能夠完成最基礎的功能。

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