文 | 黄天然
非洲是全球互联网普及率最低的大洲，13亿非洲人中，能上网的仅占28%。
不过，一种创新便捷的通信网络设备正在改变这一现状。谷歌母公司Alphabet旗下的通信网络建设公司Loon，通过特制气球基站，为非洲偏远地区送去了互联网服务。
7月7日，第一批35个气球通信基站，已经部署在肯尼亚距离地面20公里的上空，这些基站将联合当地电信运营商Telkom，为覆盖肯尼亚中西部5万平方公里的区域提供4G网络，这片区域约占肯尼亚国土面积五分之一，首都内罗毕也在气球基站4G网络覆盖范围之内。
在肯尼亚升空的气球基站 图片来源：Loon
气球基站加快4G普及
“现在你们拥有了一套更快的网络，希望你们的蜂蜜可以在网上打开销路，好好利用它。”今年6月，肯尼亚总统肯雅塔参加了气球基站网络测试，他用手机与首次实现4G覆盖的西部蜂农进行视频通话，鼓励他们用好互联网技术，早日脱贫致富。
肯尼亚总统肯雅塔与西部村庄的蜂农视频通话
测试期间，已有35000位肯尼亚用户连接到了气球基站通信网络。
气球基站升空后肯尼亚村民测试互联网
Loon公布的测试数据显示，气球基站的4G网络上载速度为4.74Mbps，下载速度为18.9Mbps，延迟为19ms，足以支持智能手机语音视频通话。
Loon气球基站成功让肯尼亚偏远地区有了4G
肯尼亚是非洲网络覆盖率较高的国家，互联网普及率高达90%，然而大多数通信公司只提供3G网络服务，2017年，4G网络仅覆盖了肯尼亚三分之一不到的网民。
2017年肯尼亚最大运营商之一Safaricom提供的2G、3G和4G信号区域地图 图片来源：Opensignal
尤其在人烟稀少、地形崎岖的农村地区，建造4G基站的投资回报比太低，因此当地电信运营商缺乏足够意愿，将4G网络覆盖到整个国家。
而Loon这家公司的愿景，和马斯克的星链计划如出一辙，都是希望通过技术创新，将互联网服务提供给那些偏远地区的人们，缩减贫穷农村与富裕城市之间的数字鸿沟。
肯尼亚总统宣布批准气球基站建设计划
新冠疫情爆发后，随着在线办公、贸易需求猛增，肯尼亚政府意识到建设全国高速移动网络的必要性，他们与Loon一拍即合，在今年3月启动了气球基站计划。
十年练就平流层通信绝活
据Loon公司CEO韦斯特格莱斯介绍，气球基站其实就是一个搭载在气球上的手机信号基站，而气球悬停在距离地表大约20公里高度的平流层中，通常可持续停留100天，最长记录可达190天。
平流层中没有雨雪雷电，但有时速100公里以上的强风，还有高紫外线辐射和零下90摄氏度的低温。
Loon气球基站项目示意图 资料来源：谷歌／Loon
为了让气球基站在苛刻的环境条件下正常工作，Loon的工程师在气球的材料、设计、能源方面进行了无数次尝试，积累了近10年的经验。
气球材料极限测试 图片来源：Loon
目前制造气球的材料，是一种聚乙烯薄片，厚度仅与三明治塑料包装袋相当，却足以承受极端恶劣气候条件。
Loon的气球大约有12米长、15米高，截面有网球场那么大，表面积有500平方米，由两个气腔组成——内气腔为空气，外气腔为氦气，气球底部阀门通过抽入排出空气，控制气球上升下降。
平流层气流方向变化多端，这为控制气球轨迹带来巨大挑战。
在美国海洋和大气管理局全球风速和风向模型辅助下，经过100万小时训练飞行，飞行里程加起来可绕地球1000圈，Loon打磨出一套基于AI算法的飞行控制系统，可以让气球始终悬浮在一片相对稳定的位置范围内，且无需人工干预和控制，这也是气球基站的核心技术。
美国海洋和大气管理局全球风力模型
气球可以通过平流层上下层不同风向保持相对位置
此外，气球基站的设备箱中还配有GPS定位系统、气象传感器以及一个eNodeB LTE基站，电力则由太阳能电池板提供，通常几小时日照就可产生上千瓦电力。
气球上的太阳能电池板
气球基站与地面通信系统配合，就是一个空中手机信号发射塔。据Loon介绍，一个气球基站可以覆盖地面直径40公里的圆形区域，可容纳上千人同时连接到网络。
部署气球基站时，气球由地面大型发射塔放出升空。设备停用时，气球可以释放气体并自动部署降落伞控制着陆，下降过程会与当地空管协调，确保降落在人烟稀少的地区，地面小组还将回收设备再次利用。
气球由地面大型发射塔放出升空
48小时搭建通信网络
和星链网络一样，通过气球基站搭建空中通信网络，是一种颠覆传统的创新模式。空中通信网络不太可能取代人口稠密地区的地面基站和光纤网络，但对地广人稀的地区意义重大。
Loon气球基站的最初用途曾是应急通信。
2017年，玛利亚飓风摧毁了美属波多黎各全岛的电力设施，通信基站全军覆没后，气球基站首次亮相，为当地20万人提供了临时应急通信服务。
CNN报道Loon气球基站提供应急服务
2019年，8.0级大地震袭击秘鲁小城洛雷托，两天后，灾区的人就借助Loon气球基站恢复了通信。
2019年秘鲁亚马逊雨林区发生8.0级大地震
气球基站最大的优势在于部署便利，正如Loon的英文含义“懒人”一样，他们部署通信网络不需要大费周章建设地面光纤网络和基站，也不需要发射通讯卫星，Loon通过气球网络模块部署，最快只需48小时就可以建好一套通信网络。
肯尼亚的项目，是Loon迄今为止最大规模的一次商业部署，从决定合作到正式商用，前后也就花了四个月时间。
气球基站在非洲成功商用落地，是Loon发展史上迈出的重要一步。Loon也将2020年视为“平流层通信新时代”的元年。
目前，Loon与电信运营商Vodacom联手，已在第二个非洲国家拿到订单：莫桑比克的两个省也将部署覆盖全省范围的气球基站。考虑到非洲还有10亿人口生活在互联网世界之外，这将是一片前景广阔的市场。
此外，Loon也与秘鲁电信运营商Telefonica签下合约，将为欠缺互联网服务的亚马逊热带雨林区提供长期服务。
从星链卫星到气球基站，颠覆传统基站的创新方案越来越多。世界将以更多元的方式拥抱互联网，互联网服务终将变得无处不在。
参考资料：
NYT：A Bird? A Plane? No, It’s a Google Balloon Beaming the Internet
The Verge：Alphabet’s Loon balloons provide their first commercial internet service in Kenya
Techcrunch：Alphabet’s Loon deploys internet connectivity balloons to Kenya for first commercial service launch
telegraph：Alphabet’s Loon is a feat of human ingenuity – but simply proving it can work is not enough
itnews：Alphabet's Loon launches balloon internet service in Kenya
Forbes：Stratospheric Balloons Will Rain Tiny Electronic Spies From The Sky
Medium：Take me to Kenya
