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1、手機衛星通信原理：華為蘋果都在搶！手機衛星通信是什么？

這讓老狐也來了興趣，兩家都開始在這方面發力，看來可不簡單啊。

* 華為官方

手機衛星通信，其實不算什么很高深的技術，在上世紀八九十年代，就有公司為此試水，甚至還付出破產的代價。

衛星通信，準確的描述應該是“衛星緊急短信聯絡功能”，顧名思義，可以直接通過天上的通信衛星，來發送一些簡短的聯系信息。

現階段支持衛星通訊的電話，天線的功率要遠比普通手機大、抗干擾性要遠強于普通手機。

所以常見的衛星電話，基本都配備有一根很長的天線，且只能在戶外場景使用。

衛星通信的最大優勢，就是信號覆蓋廣。

現有的手機信號，都是依賴于就近的基站，基站分布越多，信號就越好，反之就越差。

而基站覆蓋的地區，大多是人類活動范圍較多的地方，如各大城市及鄉鎮縣城。

如果是人類活動較少的區域，例如海洋、沙漠、森林等野外地區，基站信號無法覆蓋，不管手機信號有多強，一樣會陷入徹底失聯的狀態。

和基站不同，衛星通信直接連接太空中的衛星，其信號基本覆蓋地球上絕大多數區域。

如果手機支持該技術，一旦在野外遭遇意外，就能通過衛星通信功能緊急求救，避免意外發生。

所以，手機支持衛星通信，具有非常重大的意義，能與目前基站技術互補，拓寬手機的通訊適用范圍。

鑒于其意義重大，從上世紀八九十年代開始，就有公司開發類似的技術，最為人所知的，就是摩托羅拉的“銥星計劃?！?/span>

1985 年某天，摩托羅拉工程師巴里·柏林格，攜家人一起前往加勒比海度假。

那時候，手機還是稀缺品，基站數量也少得可憐，他們度假的地方，沒基站，手機沒信號，柏林格的太太沒少跟丈夫抱怨。

柏林格就開始設想，如果能制作低軌道衛星，組建一個太空網絡，那在全球任何地方，不就都有信號，都能打電話了嗎？

柏林格向摩托羅拉高層提出了這個建議，一開始他的主管斷然拒絕，但卻引起了董事長羅伯特·加爾文的興趣。

加爾文認為，這個建議雖然很大膽，卻并非不可行，如果能完成，利潤就能滾滾而來，于是著手制定計劃。

按照計劃，摩托羅拉公司會制作并發射 77 顆衛星，這個數字，是金屬元素“銥”擁有的電子數量，所以這個計劃被命名為“銥星計劃”。

*銥元素

這項計劃從 1987 年啟動，4 年后摩托羅拉還成立了銥星公司，專門負責推動銥星計劃。

銥星公司耗費 50 多億美元，花了十年時間，一共制造出 66 顆人造衛星。

盡管比原計劃少了 11 個，但銥星公司認為已經足夠，開始發射衛星，到 1998 年 5 月，66 顆低軌道人造衛星全部發射成功。

1998 年 11 月，銥星公司正式開通全球的通信業務，在他們的構想中，到 2002 年衛星電話用戶將達到 1200 萬人。

*銥星當時的廣告

不過，事情的發展驗證了一句話：計劃趕不上變化。

由于成本過于巨大，因此無論是手機還是花費，銥星的定價都非常高。

銥星公司推出的手機，價格是每部 3000 美元（折合人民幣約 3.6 萬元），每分鐘話費 3 美元（折合人民幣約 12.5 元）。

在 2000 年定下如此高昂的價格，結果可想而知，在開業的前兩個季度，銥星公司只發展了一萬名用戶。

* ITU數據

偏偏在這段時間，無線通信發展突飛猛進，基站數量大幅增多，大多數地區都能實現信號覆蓋，話費也遠較衛星電話便宜。

而且，由于當時技術不完善，銥星公司的衛星電話，雖然能接受信號，但延遲很高，在很多地區甚至還比不上普通電話。

* 銥星手機

技術優勢沒有，價格又那么貴，你是消費者，你會怎么選？

在消費者用腳投票之下，銥星公司的用戶量一直上不去，直到申請破產保護，也僅有用戶 5.5 萬人。

1999 年 8 月，銥星公司申請破產保護，距離它開通銥星計劃，僅僅只過了 9 個月。

雖然在商業上，銥星計劃是徹頭徹尾的失敗，但從技術角度看，銥星計劃是成功的，它的很多技術理念，到現在仍不過時。

因此，新一代的“銥星計劃”依然絡繹不絕，這些計劃，有成功，也有失敗。

其中比較著名的，是谷歌的氣球計劃，以及 SpaceX 的星鏈計劃。

谷歌氣球計劃在 2013 年推出，該計劃試圖通過在熱氣球內安裝通信設備，然后利用熱氣球在空中的移動，為世界上最偏遠的地區覆蓋網絡。

在氣球計劃里，氣球會漂浮兩萬米處的平流層，每個氣球都攜帶了一個小箱子，配備有太陽能電池板和電子設備。

通過這些電子設備，熱氣球能為地面帶去無線通信網絡，為覆蓋范圍內的智能手機和其他設備提供蜂窩數據信號。

相比位置固定的基站和軌道固定的衛星，氣球計劃涉及到如何應付各種復雜多變的氣候，如何精確控制氣球的運行軌跡，成本也變得無法預估。

始終找不到合適的商用模式，谷歌最終只能忍痛割愛。2021 年 1 月，谷歌氣球計劃宣布關停。

相比谷歌的“壯士斷腕”，下面這個就顯得重量級了。

2015 年，埃隆·馬斯克通過旗下的 SpaceX 公司，計劃發射 4425 枚衛星，組成一個龐大的衛星網絡，向人們提供互聯網服務網絡。

這就是星鏈計劃，自從 2019 年第一顆星鏈衛星發射升空之后，截至目前，在地球的近地軌道上，SpaceX 已經部署了約 3000 顆星鏈衛星。

星鏈計劃的工作原理，是把這些衛星發射到 550 公里高度、傾角為 53° 的近地軌道上。

與傳統的地球同步衛星相比，它們具有優勢，因為距離地球較近，延遲時間更短。

每顆衛星將通過激光與4顆相鄰衛星相連，衛星通過四個面對面的天線傳送信號。

這個技術原理，和多年前的銥星計劃大體沒差，難怪人們更愿意把它看作銥星計劃的 2.0 版本。

雖然星鏈計劃發展得如火如荼，但星鏈計劃的缺點還是有不少。

其實，星鏈并沒有實現真正的移動上網，用戶沒辦法用衛星網絡直接上網，而是需要另外買一個信號接收器，裝在自家屋頂上或者車頂上。

而且，用戶只能在接收器的信號范圍內使用衛星網絡，稍微離開一下都沒有信號，這其實更像是“固定上網”，而不是“移動上網”。

此外，星鏈網絡沒有和地面網絡并網，星鏈的網絡和設備都是專用的，和地面通信是兩套完全不同的系統。

這就意味著，用戶無法做到在衛星通信和地面網絡之間自由切換，如果想換一套系統，還要專門花時間去弄，十分麻煩。

不管有多少缺點，星鏈計劃依然是現在最火熱的衛星通信計劃，包括我國在內的其他國家，都在急起直追。

可能很多小伙伴會看到頭暈腦脹，這些什么計劃，跟我自己的手機有啥關系呢？

老實說，老狐也覺得，現在的手機衛星通信技術，跟普通消費者關系不會太大。

但對于手機廠商、通訊運營商而言卻意義重大，華為和蘋果，都把目光聚焦到衛星通信，背后肯定是有其道理。

衛星通信技術，可能關乎著未來 6G 技術的發展。

近年來，國家國防科工局、工業和信息化等部門出臺了，很多關于支持衛星通信技術發展的相關文件。

* 第一財經

這些文件，計劃分為多個階段部署和推動衛星通信產業發展，為6G時代到來做鋪墊。

即便現在對消費者作用不大，但在未來的日子里，或許就是一個重大突破。

要想在全球的通信領域掌握話語權，要想在大國競爭中拔得頭籌，技術發展，刻不容緩。

參考資料：

雷科技：蘋果、華為、谷歌都搶著用，手機衛星通信到底有什么用？

36 氪：摩托羅拉的悲情往事

櫻落網：埃隆·馬斯克的“星鏈”是如何工作的？會不會成為現代通信的一場革命？

PE 早餐：投資 50 億美元之銥星計劃大敗局！

網絡截圖

編輯：陳展翔

2、手機衛星通信原理，真正實現天地一體的網絡

導讀：早期概念興起時，手機直連衛星技術只在科考等特殊領域形成了產業體系，并沒有走進千家萬戶。 近年來，隨著隨著通信技術的不斷發展，尤其是衛星和芯片技術的突破，低成本化的手機直連衛星技術成為可能。

（文/張家棟 編輯/周遠方）

近日，“手機直連衛星”的概念很熱。

9月，華為和蘋果公司分別宣布，在其各自最新發布的旗艦款手機上配置相關功能。一時間，手機能不能連接衛星似乎成為了手機性能PK的指標之一。

“手機直連衛星”并非新興技術，早在上世紀80年代時已經有比較大型的終端機可以與衛星進行通信，上世紀80年代末美國推出的銥星（IRIDIUM）衛星移動通信星座系統，就有類似“大哥大”的衛星電話，不能算是消費級手機。

何時走入百姓家？

不過在當時，一些技術瓶頸限制了這項技術進入大眾消費者的視野。功能相對單一，資費高昂，實際使用的頻率并不高。所以，早期概念興起時，這項技術只在科考等特殊領域形成了產業體系，并沒有走進千家萬戶。

近年來，隨著隨著通信技術的不斷發展，尤其是衛星和芯片技術的突破，情況大有改觀。

銀河航天自主研制的低軌寬帶通信衛星 圖源：銀河航天

銀河航天星座通信系統架構師林廣榮在接受觀察者網采訪時表示，“目前，衛星成本的降低與地面終端（如手機）的不斷進化，為手機連接衛星的低成本化提供了可能”。

但他同時指出，“近期報道的智能手機直連衛星實現了應急情況下的短報文通信，距離消費用戶心目中的暢行‘上網’還比較遙遠，還有很多問題需要解決。比如需要完成針對手機的低軌通信星座系統的設計和建設，就好比5G手機要有信號，首先要在周邊建好5G基站一樣。這就需要解決頻率資源協調、高性能的衛星、手機天線的小型化設計，以及如何和地面通信標準盡量兼容等一系列問題”。

當下，華為、蘋果等公司的手機直連衛星完成了從0到1的跨越，手機廠商的紛紛入局，也將拉動更多終端產業鏈開始關注衛星互聯網。

林廣榮認為，“未來，衛星網絡和地面網絡可能不再是兩個完全獨立發展的網絡。終端和網絡系統廠商加快研發更高效的衛星通信功能作為產品賣點，網絡服務運營企業也將加快探索新的應用場景，整個衛星互聯網產業的市場空間有望進一步打開?！?/p>

銀河航天批量研制的低軌寬帶通信衛星 圖源：銀河航天

在此基礎上，地面網絡的的基站也將不再成為依賴。類似與傳統手機需要依靠地面4G或5G基站實現網絡連接，手機直連衛星的概念，相當于將5G基站搬到了衛星上，衛星再通過大覆蓋范圍的優勢，直接接收和轉發無線電信號，并對信號進行放大，從而實現地面手機的網絡連接。

面向未來，地面的二維網絡逐步被擴展成立體的三維網絡，建立起空、天、地、海泛在移動通信網，最終實現天地一體的“智能泛在”網絡。

在這個三維網絡中，衛星成了新的“太空基站”，同時由3GPP主導的標準化工作也使衛星網絡和地面蜂窩網絡形成了技術融合后，運營商將會更多的在自己的網絡建設中使用衛星的手段增強其網絡能力，“太空基站”等天基設施在運營商網絡中的占比也會逐漸上升。

不過，銀河航天表示，這種轉變仍是一個非常長遠的概念。要真正做到“直連衛星”，手機要走的路其實還很長，衛星的技術進步也是關鍵因素之一。未來，直連衛星的手機將成為天地一體化融合網絡的一部分，整個通信的市場格局也將從純地面擴展到“地面 太空”。

而解決上述問題的關鍵，則分散在手機側與衛星側——兩個終端。

更精細的“動中通”

觀察者網此前曾報道車載“動中通”的進展，“動中通”是指衛星終端可以在移動中進行通信，手機與衛星的直連，也可以歸類為“動中通”技術的一種。

針對手機直連衛星，林廣榮向觀察者網解釋了手機端的技術難點，“目前來看，要實現這一能力的技術門檻并不低。要將衛星通信實現到手機終端中，首先要在保證一定通信速率的前提下，實現終端的小型化和輕量化。假如需要將Ka/Ku等高頻段高速衛星通信集成進手機，天線射頻的尺寸、重量等目前都無法滿足手機這么小的終端要求，這些都是非常嚴峻的挑戰。其次，手機要發射信號到衛星，尤其是高頻通信，信號會有較大衰減；在持續高速通信條件下，耗電很大，會導致手機很快就沒電。此外，手機終端的標準化也非常重要，它決定了整個產業鏈是否能夠統一標準，通過規模量產極大降低終端成本，讓衛星手機走進千家萬戶。因此需要衛星業界與地面移動產業界通力合作，讓衛星與地面通信盡可能融合和標準化”。

相較于汽車衛星通訊對終端的尺寸、重量和功耗更加寬松的要求，手機的便攜性需求，使其對于地面終端硬件的需求更為嚴苛。

長征二號丙運載火箭將銀河航天02批六顆低軌寬帶通信衛星送入預定軌道 圖源：銀河航天

從當前能夠直連手機的衛星和5G NTN（NTN指的是非地面網絡）標準還處于僅支持窄帶通信的階段來看，手機端的多頻段、小尺寸手機天線和射頻模組等研發還有很長的路要走。

而在衛星側，要達到娛樂化的寬帶通信能力，則取決于衛星能力。由于手機受限于用戶體驗，不可能安裝巨大的天線或大功率電池，這就需要衛星來彌補這一技術要求。包括讓衛星的天線增益更高、通信功率更強等。

近期AST SpaceMobile發射的BlueWalker-3衛星的相控陣天線徹底展開后能達到64.4平方米。銀河航天則已經完成星載瓦式毫米波多波束相控陣的研制，令衛星終端尺寸和重量已經大幅下降。

統一標準源于政策支持

由于目前不同手機運營商之間的打造模式不同，商業企業間發展的衛星種類也不盡相同。所以，“應用場景包括通信、高精度導航定位等。不同功能的衛星未來應該會存在各自的標準?！绷謴V榮對觀察者網表示。

但他同時也提到，“對通信衛星來說，未來手機直連衛星實現訪問互聯網，已不僅僅是衛星之間的標準統一，而是意味著整個衛星互聯網體系需要盡量和地面網絡體系互相兼容。這其中包括統一兼容的網絡架構、相近但參數選擇不同的信號波形和空口體制、標準的系統間接口等，才能保證衛星和地面通信系統間的互聯互通，并充分利用地面通信的產業鏈體系降低整體建設成本，擴大用戶市場”。

統一的網絡架構意味著需要政策端的支持。

目前，適合手機直連衛星的是UHF、L和S頻段，其中只有少量頻譜資源可用于衛星系統，大部分頻率為地面移動通信使用。而要實現手機直連衛星寬帶通信，便需要突破現有規則，即準許在衛星頻段部署地面網絡，也準許在地面移動通信頻段部署衛星系統。

而針對天地一體化運營的新模式，銀河航天則認為，在國內政策尚未確定之前，可以借鑒海外采取的“國內建網、海外運營”模式。

盡管有聲音稱手機直連衛星在短期內只能作為地面基站的補充，但大多數業內人士仍普遍對該市場的前景較為看好。

在“捅破天”的前路上，中國相關企業始終未曾停下腳步。

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