让宽带惠及所有人,悬浮空中的无线基站

  ADSL的普及一下子拉近了用户与宽带的距离,但像ADSL一类的宽带服务在许多地方还不能享受。各运营商在扩大服务区域时,要对所需成本和预期用户数量进行综合判断。因此,受地理因素影响难以收回投资的地区就很难普及宽带服务了。
  那么,这些地区的用户就永远用不上宽带服务了吗?从法律上讲,宽带属于“通用服务”,也就是说如果被视为与电话一样“属于在日本国内到处都能使用的通信服务”的话,应该是一下子普及到全国各个角落的,但现实中这种可能性却微乎其微。
  
  从技术层次或成本上来看,还有没有可以覆盖广泛区域的更有效的通信基础系统呢?
  
  悬浮在2万米高空的飞艇无线基站
  提起完全覆盖广大地区的服务,我们首先想起的是卫星通信或卫星广播服务。
  
  广播电视有BS(电视卫星)与CS(通信卫星)电视。用1颗(或2颗)卫星就能提供覆盖日本全国的服务。几乎不受地理条件的限制。具体到通信方面,我们想到了卫星手机服务“铱星系统”。“铱星系统”是一项划时代的计划,由66颗低轨卫星组成一个可覆盖全球任何位置的电话系统。但由于在技术开发和卫星发射等方面的成本过于庞大而最终破产(随后重开了面向特定用途的服务)。
  
  尽管使用卫星有诸多优点,但也存在发射成本庞大的问题。那么,能不能用较低成本构筑一个覆盖全日本所有角落的宽带系统呢?
  
  基于这一理念,目前正在加紧技术研究的就是名为“同温层平台”的构想。2002年12月,日本的独立行政法人通信综合研究所(CRL)报告了研究进展现状。对于这一概念诸位也许还很陌生,下面就先为大家作一介绍。
  
  同温层是指高度在10km~50km的大气层,在其中风速相对较弱的20km附近发射飞艇或飞机作为无线通信与广播电视的基站局这就是同温层平台构想。如果发射数十个长度在200米以上的飞艇的话,就能构筑一个覆盖全日本的通信/广播平台。它不仅能用作宽带接入线路,还可以作为数字电视节目及手机的基站使用。
  
  那么为什么要研究这一系统呢?我们看一下其特点就清楚了。其特点可列出以下几点:
  
  (1)与地面基站不同,1架飞艇或飞机就能覆盖半径100km以上的区域(仰角为10度时)
  
  (2)由于负载容量很大,可搭载各种通信/广播设备
  
  (3)与人造卫星不同,可以对飞机或飞艇进行回收以便进行设备维修与更换
  
  (4)与地面静止卫星不同,由于仰角大,不大受建筑物等的影响
  
  (5)与使用地面静止卫星相比可以减小传输延迟,也可以降低电波的发射功率
  
  (6)与卫星通信/广播一样,在发生地震等灾难时所受影响也很小
  
  (7)与手机或广播电视系统需要发射卫星以及重用土地修建地面站不同,可以大幅度降低成本。
  
  其中,最后一项成本优势尤为重要。根据计算,用于同温层平台的飞艇预计每个在50亿日元左右,要覆盖日本全国的话需要20个飞艇,总计需要约1000亿日元。与此相比,在日本推广第3代手机的话需要数万亿日元的设备投资。当然这数万亿日元的效果不能等同于1000亿日元,但即便只是节约掉土地和基站建设的费用,也能大幅降低投资成本。况且还能同时搭载数字电视节目等手机以外的设备,这样成本优势将会进一步扩大。
  
  像这样同温层平台在充分发挥卫星广播与卫星通信长处的同时,又能尽量减少其不利之处,难道不正是人们所希望的基础设施吗?
  
  世界上首次验证试验获得成功!
  同温层平台的研究开发并非最近一两年才开始的。日本邮政省(现总务省)从1989年就开始了初步研究。 1998年邮政省与科学技术厅(现文部科学省)联合组成了同温层平台开发协议会,开始研究开发工作。目前除前面提到的CRL与通信广播机构(TAO)等在继续开展技术研究外,部分企业也在进行飞艇的研究等工作。
  
  CRL于2002年6~7月在美国夏威夷进行了同温层平台验证试验,并于2002年12月发表了试验报告。
  
  在试验中,以太阳能作动力飞行的太阳能飞机“Pathfinder Plus”上搭载了数字高清晰度电视转播设备和第3代手机IMT-2000的基站设备,滞留在夏威夷的20km高空,以此来测试同温层的无线通信基站与地面互联网及终端间的通信是否畅通。
  
  此次通信试验异常成功。虽在IMT-2000中继中出现了部分干扰,但结果证明完全可以通过技术手段解决。这是世界上首例同温层无线基站中继通信试验。
  
  但迈向实用化的道路却很遥远,其中最大的课题就是飞机与飞艇的建造工作。CRL在此次试验中使用的 Pathfinder Plus实际上是由美国NASA等研制的,日本国内还没有这样的太阳能飞机。而且作为真正同温层平台的飞艇要比飞机的载重量更大,目前世界上还没有这样的飞艇。
  
  在20km高空的同温层漂浮的飞艇需要轻而坚固的艇体,但所需材料及结构等方面的研究尚未完成。而且将飞艇定位于某一点的技术目前尚不具备。此外,为了在没有太阳的夜间进行通信与广播的中继还需要储存电力的燃料电池技术等。
  
  在日本国内,川崎重工于2002年4月制造出了无人飞行飞艇的样机,但离投入实用的飞艇还很遥远。本次进行试验的CRL认为:“飞艇要投入实用也许要到2010年左右”。
  
  如果顺利的话到2007年就能完工新东京塔
  
  但时不我待。以NTT DoKoMo为首的移动电话运营商已经开始推出“FOMA”等第3代手机服务,庞大的设备投资正在各地展开。电视节目的微波数字电视也计划今年底在关东地区开播。目前正讨论在现在的东京塔上安放数字广播电视设备,但在上野公园内建设用于关东地区数字微波电视的“新东京塔”的计划已经浮出了水面。尽管尚未做出最后决定,但总投资450亿日元的这一项目如果顺利的话预计到2007年就能完工。
  
  这些通信/广播基础设施如果全部完工的话,同温层平台的优势自然会减弱。正如前面看到的那样,只有搭载通信与广播等各种各样的设备,才能降低各种系统的平均构筑费用,这才是同温层平台的最大优势。但如果照目前趋势发展下去的话,很容易形成技术终于成熟开始投入实用化时、却没有设备搭载的尴尬局面。如果只作为宽带的最后一公里使用的话,未免太奢侈了。
  
  尽管这样,我个人还是对同温层平台抱有很大期望,理由就是可以通过重新发射升空以更换搭载的设备。尽管同温层平台成为第3代手机基础设施的可能性不太大,但也许在第4代手机中能被应用。日新月异的宽带也能及时得到对应。
  
  同温层平台与那些随着新技术的问世就被淘汰的技术不同,作为通信/广播基础设施的支柱,有望作为更为根本的基础设施发挥作用。