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手机直连卫星通信？这些知识了解一下
2022-09-09 14:05
据日前华为发布会介绍，Mate50系列新增直连卫星的重要功能，依托北斗短报文功能的Mate50某种程度上具备了一定的「卫星通信能力」，意味着即使在没有移动通信网络的情况下，华为Mate50也能通过卫星实现短信发送。但据华为官方资料显示，Mate50作为北斗卫星的连接终端，仅支持发送短信消息，不支持借由卫星接收外界所传递的重要消息，也就是所谓的单向短信传递，手机能发却不能收。
无独有偶，在9月8日的苹果发布会上，iPhone14同样官宣其卫星SOS紧急联络系统。苹果首次搭载低轨道卫星通讯功能，在没有Wifi与移动网络信号的环境下，通过短文压缩算法和特定软件即可实现快速紧急呼救。与华为的北斗卫星通信相似的是，苹果的卫星通信功能也仅支持发送信息，不支持接收信息。而不同之处在于，Mate50依托的是北斗三号进行卫星通信，而iPhone14目前仅连接带有GPS功能的卫星。
随着国外埃隆・马斯克宣布T-Mobile的手机用户将有机会实现直连Starlink（星链）二代卫星，以及收购魅族的星纪时代透露将推出全球首款直连低轨卫星的消费手机，手机直连卫星通信的似乎已成大势所趋。在华为Mate 50与iPhone 14的热度助推下，一时之间朋友圈纷纷刷屏，手机直连卫星的讨论热度也从卫星通信行业迅速扩展到数码科技领域。
那么大家肯定很好奇，什么是卫星通信？为什么手机厂商与运营商开始涌入[手机+卫星]的新赛道中？普通手机能够直连卫星吗？卫星通信的优势用处到底是什么？手机的卫星通信时代真的来临了吗？或许，这些问题都能在这篇文章中找到答案。
字面上理解，卫星通信的就是终端设备直接连接太空中的通信卫星，来收发一些简短的文字、语音和消息。从技术角度来看，卫星通信与蜂窝网络通信的核心区别是它绕过地面基站与电信网络连接，而是直接利用卫星中的转发器作为中继站，将负责接收和转发的无线电信号放大，从而实现地面站与通讯卫星之间的通信。
从高中物理课本上，大家或许已经知道，地球卫星的轨道主要分为低中高三种。高轨卫星（GEO）又称地球同步轨道，指的是距离地表36000km轨道高度上的卫星，和地表保持相对静止。由于站的高，一颗高轨卫星可以覆盖近1/3的地球表面，使覆盖区域内的任何地表、海面、高空中的通信站能够进行相互通信。中地球轨道（MEO）则指的是距地面约2000-20000公里的圆轨道。现有的中高轨道卫星基本能够解决地球的全覆盖问题，信号强度相当于移动通信的2/3G网络，提供基本语音、文字和短消息的数据业务。
而低轨卫星（LEO）又称近地轨道，指的则是轨道高度为300-1500km的卫星。由于轨道高度相对较低，卫星和地球表面保持高速移动状态，且单个低轨卫星覆盖范围小于高轨卫星。因此，低轨通信卫星需要通过众多星座组成联网，以接力覆盖的方式来形成持续覆盖。
北斗三号系统卫星总设计师林宝军曾向第一财经记者表示：“卫星越高，发射的信号就越难被手机接收。”高轨卫星距离地表高度较高，传输距离较远，因此信号的传输损耗也是三类卫星中最大的。但由于高轨卫星天线的体积较低轨卫星天线大了将近100倍，因此即使在耗损更大的情况下，信号落地的强度并没有发生太大变化，才能够支持手机直连卫星的紧急通讯需求。
除了卫星信号，通信设备的无线电磁波同样重要。包括手机在内的任何无线通信系统，主要使用的是电磁波，不同通信系统之间往往使用不同的电磁波频段来通信，以减少系统间的互相干扰。例如收音机FM97.1，其中97.1就是这个收音机97.1MHz的通信频率。而我们日常中手机可以使用频段主要有三种，分别是基站的工作频率、Wifi和蓝牙以及连接卫星系统的工作频率。
手机想要直连卫星，一方面需要发射功率提升，另一方面需要卫星信号加强。问题在于，我们现在的手机都是内置天线，而若想连接卫星，则需要更醒目和体积大的外置天线。大家可以想象一下，在别人都拿着智能机打游戏，而你手握比“大哥大”更瞩目的手机行走在街上的感觉，那真是酸爽极了。因此，手机直连卫星是通讯行业和运营商的新方向，但实现起来却是非常复杂的工作。
如果把地面基站看做加大版的路由器，无论你与卫星的距离多么接近，也远超出手机与身边基站的信号距离。那么卫星通讯真的毫无用处吗？
当然不是，相信大家也发现了，卫星通信的覆盖面广和不受基站束缚的重要意义，正是地表移动通信的有益补充。
在地球上，海洋面积占据地球总面积的71%，远超出陆地的地表面积。而在海洋水域上，也难以像陆地一样建设基站，因此在海洋上只能依靠卫星通信。哪怕是在地面上，荒漠、森林和深山等地都是“信息荒原”，移动网络并未实现全覆盖。林宝军表示，通过手机直连卫星扩大网络服务意义重大，不仅可以覆盖人口稀少的农村地区，还能增加对森林、沙漠、海洋等传统上没有连通性的荒野地区的覆盖。“一般来说，只要你能看到天空，就能得到卫星信号。”
而手机直连卫星的紧急通讯功能，在一定程度上还戳中了用户的需求痛点。当自然灾害导致基站损坏难以通信，或者在野外探险遭遇意外时，通过卫星通信功能进行紧急求救，无疑相当于“捡回一条命”。对于海上作业的渔民和渔船来说，手机直连卫星的通讯功能，更是保护生命安全的“护身符”。因此，手机卫星通讯技术对于用户的生命安全救援确实具有重大意义。
此外，手机支持卫星通信功能对手机行业与通讯行业发展息息相关，更关乎未来6G技术的崛起与发展。我国发布的《6G总体愿景与潜在关键技术》内容指出，6G将实现空天地一体化的全球无缝覆盖，而星地一体融合组网技术也将成为6G网络最重要的潜在技术之一。卫星通信的发展模式与星座互联网的建设，实质上是为6G时代的来临做好铺垫。
NTN（non-terrestrial network，非地面网络）是手机直连卫星的技术方向之一。利用卫星通信网络与地面5G网络的融合，可以不受地形地貌的限制提供无处不在的覆盖能力。5G NTN技术可实现手机通过卫星直接连接到蜂窝宽带网络，更是能够突破华为、苹果手机的单向传输限制，实现双向通讯与网络连通。日前，中兴通讯联合中国移动等运营商共同发布全球首个运营商5G NTN技术外场验证成果，为手机直连卫星跨出重要一步。
通过科普菌的细致解说，大家是不是发现市面上手机直连卫星的功能和自己想的有些不一样。但大家也可以从中发现，一个全新的通讯时代正在悄悄到来。中兴通讯正在稳步推进直连卫星技术，建构星地融合网络，开启智能应用服务。不受束缚的卫星应急通讯已经开始，无处不在的万物互联时代正在到来。
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