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1、手机卫星通信原理：华为苹果都在抢！手机卫星通信是什么？

这让老狐也来了兴趣，两家都开始在这方面发力，看来可不简单啊。

* 华为官方

手机卫星通信，其实不算什么很高深的技术，在上世纪八九十年代，就有公司为此试水，甚至还付出破产的代价。

卫星通信，准确的描述应该是“卫星紧急短信联络功能”，顾名思义，可以直接通过天上的通信卫星，来发送一些简短的联系信息。

现阶段支持卫星通讯的电话，天线的功率要远比普通手机大、抗干扰性要远强于普通手机。

所以常见的卫星电话，基本都配备有一根很长的天线，且只能在户外场景使用。

卫星通信的最大优势，就是信号覆盖广。

现有的手机信号，都是依赖于就近的基站，基站分布越多，信号就越好，反之就越差。

而基站覆盖的地区，大多是人类活动范围较多的地方，如各大城市及乡镇县城。

如果是人类活动较少的区域，例如海洋、沙漠、森林等野外地区，基站信号无法覆盖，不管手机信号有多强，一样会陷入彻底失联的状态。

和基站不同，卫星通信直接连接太空中的卫星，其信号基本覆盖地球上绝大多数区域。

如果手机支持该技术，一旦在野外遭遇意外，就能通过卫星通信功能紧急求救，避免意外发生。

所以，手机支持卫星通信，具有非常重大的意义，能与目前基站技术互补，拓宽手机的通讯适用范围。

鉴于其意义重大，从上世纪八九十年代开始，就有公司开发类似的技术，最为人所知的，就是摩托罗拉的“铱星计划。”

1985 年某天，摩托罗拉工程师巴里·柏林格，携家人一起前往加勒比海度假。

那时候，手机还是稀缺品，基站数量也少得可怜，他们度假的地方，没基站，手机没信号，柏林格的太太没少跟丈夫抱怨。

柏林格就开始设想，如果能制作低轨道卫星，组建一个太空网络，那在全球任何地方，不就都有信号，都能打电话了吗？

柏林格向摩托罗拉高层提出了这个建议，一开始他的主管断然拒绝，但却引起了董事长罗伯特·加尔文的兴趣。

加尔文认为，这个建议虽然很大胆，却并非不可行，如果能完成，利润就能滚滚而来，于是着手制定计划。

按照计划，摩托罗拉公司会制作并发射 77 颗卫星，这个数字，是金属元素“铱”拥有的电子数量，所以这个计划被命名为“铱星计划”。

*铱元素

这项计划从 1987 年启动，4 年后摩托罗拉还成立了铱星公司，专门负责推动铱星计划。

铱星公司耗费 50 多亿美元，花了十年时间，一共制造出 66 颗人造卫星。

尽管比原计划少了 11 个，但铱星公司认为已经足够，开始发射卫星，到 1998 年 5 月，66 颗低轨道人造卫星全部发射成功。

1998 年 11 月，铱星公司正式开通全球的通信业务，在他们的构想中，到 2002 年卫星电话用户将达到 1200 万人。

*铱星当时的广告

不过，事情的发展验证了一句话：计划赶不上变化。

由于成本过于巨大，因此无论是手机还是花费，铱星的定价都非常高。

铱星公司推出的手机，价格是每部 3000 美元（折合人民币约 3.6 万元），每分钟话费 3 美元（折合人民币约 12.5 元）。

在 2000 年定下如此高昂的价格，结果可想而知，在开业的前两个季度，铱星公司只发展了一万名用户。

* ITU数据

偏偏在这段时间，无线通信发展突飞猛进，基站数量大幅增多，大多数地区都能实现信号覆盖，话费也远较卫星电话便宜。

而且，由于当时技术不完善，铱星公司的卫星电话，虽然能接受信号，但延迟很高，在很多地区甚至还比不上普通电话。

* 铱星手机

技术优势没有，价格又那么贵，你是消费者，你会怎么选？

在消费者用脚投票之下，铱星公司的用户量一直上不去，直到申请破产保护，也仅有用户 5.5 万人。

1999 年 8 月，铱星公司申请破产保护，距离它开通铱星计划，仅仅只过了 9 个月。

虽然在商业上，铱星计划是彻头彻尾的失败，但从技术角度看，铱星计划是成功的，它的很多技术理念，到现在仍不过时。

因此，新一代的“铱星计划”依然络绎不绝，这些计划，有成功，也有失败。

其中比较著名的，是谷歌的气球计划，以及 SpaceX 的星链计划。

谷歌气球计划在 2013 年推出，该计划试图通过在热气球内安装通信设备，然后利用热气球在空中的移动，为世界上最偏远的地区覆盖网络。

在气球计划里，气球会漂浮两万米处的平流层，每个气球都携带了一个小箱子，配备有太阳能电池板和电子设备。

通过这些电子设备，热气球能为地面带去无线通信网络，为覆盖范围内的智能手机和其他设备提供蜂窝数据信号。

相比位置固定的基站和轨道固定的卫星，气球计划涉及到如何应付各种复杂多变的气候，如何精确控制气球的运行轨迹，成本也变得无法预估。

始终找不到合适的商用模式，谷歌最终只能忍痛割爱。2021 年 1 月，谷歌气球计划宣布关停。

相比谷歌的“壮士断腕”，下面这个就显得重量级了。

2015 年，埃隆·马斯克通过旗下的 SpaceX 公司，计划发射 4425 枚卫星，组成一个庞大的卫星网络，向人们提供互联网服务网络。

这就是星链计划，自从 2019 年第一颗星链卫星发射升空之后，截至目前，在地球的近地轨道上，SpaceX 已经部署了约 3000 颗星链卫星。

星链计划的工作原理，是把这些卫星发射到 550 公里高度、倾角为 53° 的近地轨道上。

与传统的地球同步卫星相比，它们具有优势，因为距离地球较近，延迟时间更短。

每颗卫星将通过激光与4颗相邻卫星相连，卫星通过四个面对面的天线传送信号。

这个技术原理，和多年前的铱星计划大体没差，难怪人们更愿意把它看作铱星计划的 2.0 版本。

虽然星链计划发展得如火如荼，但星链计划的缺点还是有不少。

其实，星链并没有实现真正的移动上网，用户没办法用卫星网络直接上网，而是需要另外买一个信号接收器，装在自家屋顶上或者车顶上。

而且，用户只能在接收器的信号范围内使用卫星网络，稍微离开一下都没有信号，这其实更像是“固定上网”，而不是“移动上网”。

此外，星链网络没有和地面网络并网，星链的网络和设备都是专用的，和地面通信是两套完全不同的系统。

这就意味着，用户无法做到在卫星通信和地面网络之间自由切换，如果想换一套系统，还要专门花时间去弄，十分麻烦。

不管有多少缺点，星链计划依然是现在最火热的卫星通信计划，包括我国在内的其他国家，都在急起直追。

可能很多小伙伴会看到头晕脑胀，这些什么计划，跟我自己的手机有啥关系呢？

老实说，老狐也觉得，现在的手机卫星通信技术，跟普通消费者关系不会太大。

但对于手机厂商、通讯运营商而言却意义重大，华为和苹果，都把目光聚焦到卫星通信，背后肯定是有其道理。

卫星通信技术，可能关乎着未来 6G 技术的发展。

近年来，国家国防科工局、工业和信息化等部门出台了，很多关于支持卫星通信技术发展的相关文件。

* 第一财经

这些文件，计划分为多个阶段部署和推动卫星通信产业发展，为6G时代到来做铺垫。

即便现在对消费者作用不大，但在未来的日子里，或许就是一个重大突破。

要想在全球的通信领域掌握话语权，要想在大国竞争中拔得头筹，技术发展，刻不容缓。

参考资料：

雷科技：苹果、华为、谷歌都抢着用，手机卫星通信到底有什么用？

36 氪：摩托罗拉的悲情往事

樱落网：埃隆·马斯克的“星链”是如何工作的？会不会成为现代通信的一场革命？

PE 早餐：投资 50 亿美元之铱星计划大败局！

网络截图

编辑：陈展翔

2、手机卫星通信原理，真正实现天地一体的网络

导读：早期概念兴起时，手机直连卫星技术只在科考等特殊领域形成了产业体系，并没有走进千家万户。 近年来，随着随着通信技术的不断发展，尤其是卫星和芯片技术的突破，低成本化的手机直连卫星技术成为可能。

（文/张家栋 编辑/周远方）

近日，“手机直连卫星”的概念很热。

9月，华为和苹果公司分别宣布，在其各自最新发布的旗舰款手机上配置相关功能。一时间，手机能不能连接卫星似乎成为了手机性能PK的指标之一。

“手机直连卫星”并非新兴技术，早在上世纪80年代时已经有比较大型的终端机可以与卫星进行通信，上世纪80年代末美国推出的铱星（IRIDIUM）卫星移动通信星座系统，就有类似“大哥大”的卫星电话，不能算是消费级手机。

何时走入百姓家？

不过在当时，一些技术瓶颈限制了这项技术进入大众消费者的视野。功能相对单一，资费高昂，实际使用的频率并不高。所以，早期概念兴起时，这项技术只在科考等特殊领域形成了产业体系，并没有走进千家万户。

近年来，随着随着通信技术的不断发展，尤其是卫星和芯片技术的突破，情况大有改观。

银河航天自主研制的低轨宽带通信卫星 图源：银河航天

银河航天星座通信系统架构师林广荣在接受观察者网采访时表示，“目前，卫星成本的降低与地面终端（如手机）的不断进化，为手机连接卫星的低成本化提供了可能”。

但他同时指出，“近期报道的智能手机直连卫星实现了应急情况下的短报文通信，距离消费用户心目中的畅行‘上网’还比较遥远，还有很多问题需要解决。比如需要完成针对手机的低轨通信星座系统的设计和建设，就好比5G手机要有信号，首先要在周边建好5G基站一样。这就需要解决频率资源协调、高性能的卫星、手机天线的小型化设计，以及如何和地面通信标准尽量兼容等一系列问题”。

当下，华为、苹果等公司的手机直连卫星完成了从0到1的跨越，手机厂商的纷纷入局，也将拉动更多终端产业链开始关注卫星互联网。

林广荣认为，“未来，卫星网络和地面网络可能不再是两个完全独立发展的网络。终端和网络系统厂商加快研发更高效的卫星通信功能作为产品卖点，网络服务运营企业也将加快探索新的应用场景，整个卫星互联网产业的市场空间有望进一步打开。”

银河航天批量研制的低轨宽带通信卫星 图源：银河航天

在此基础上，地面网络的的基站也将不再成为依赖。类似与传统手机需要依靠地面4G或5G基站实现网络连接，手机直连卫星的概念，相当于将5G基站搬到了卫星上，卫星再通过大覆盖范围的优势，直接接收和转发无线电信号，并对信号进行放大，从而实现地面手机的网络连接。

面向未来，地面的二维网络逐步被扩展成立体的三维网络，建立起空、天、地、海泛在移动通信网，最终实现天地一体的“智能泛在”网络。

在这个三维网络中，卫星成了新的“太空基站”，同时由3GPP主导的标准化工作也使卫星网络和地面蜂窝网络形成了技术融合后，运营商将会更多的在自己的网络建设中使用卫星的手段增强其网络能力，“太空基站”等天基设施在运营商网络中的占比也会逐渐上升。

不过，银河航天表示，这种转变仍是一个非常长远的概念。要真正做到“直连卫星”，手机要走的路其实还很长，卫星的技术进步也是关键因素之一。未来，直连卫星的手机将成为天地一体化融合网络的一部分，整个通信的市场格局也将从纯地面扩展到“地面 太空”。

而解决上述问题的关键，则分散在手机侧与卫星侧——两个终端。

更精细的“动中通”

观察者网此前曾报道车载“动中通”的进展，“动中通”是指卫星终端可以在移动中进行通信，手机与卫星的直连，也可以归类为“动中通”技术的一种。

针对手机直连卫星，林广荣向观察者网解释了手机端的技术难点，“目前来看，要实现这一能力的技术门槛并不低。要将卫星通信实现到手机终端中，首先要在保证一定通信速率的前提下，实现终端的小型化和轻量化。假如需要将Ka/Ku等高频段高速卫星通信集成进手机，天线射频的尺寸、重量等目前都无法满足手机这么小的终端要求，这些都是非常严峻的挑战。其次，手机要发射信号到卫星，尤其是高频通信，信号会有较大衰减；在持续高速通信条件下，耗电很大，会导致手机很快就没电。此外，手机终端的标准化也非常重要，它决定了整个产业链是否能够统一标准，通过规模量产极大降低终端成本，让卫星手机走进千家万户。因此需要卫星业界与地面移动产业界通力合作，让卫星与地面通信尽可能融合和标准化”。

相较于汽车卫星通讯对终端的尺寸、重量和功耗更加宽松的要求，手机的便携性需求，使其对于地面终端硬件的需求更为严苛。

长征二号丙运载火箭将银河航天02批六颗低轨宽带通信卫星送入预定轨道 图源：银河航天

从当前能够直连手机的卫星和5G NTN（NTN指的是非地面网络）标准还处于仅支持窄带通信的阶段来看，手机端的多频段、小尺寸手机天线和射频模组等研发还有很长的路要走。

而在卫星侧，要达到娱乐化的宽带通信能力，则取决于卫星能力。由于手机受限于用户体验，不可能安装巨大的天线或大功率电池，这就需要卫星来弥补这一技术要求。包括让卫星的天线增益更高、通信功率更强等。

近期AST SpaceMobile发射的BlueWalker-3卫星的相控阵天线彻底展开后能达到64.4平方米。银河航天则已经完成星载瓦式毫米波多波束相控阵的研制，令卫星终端尺寸和重量已经大幅下降。

统一标准源于政策支持

由于目前不同手机运营商之间的打造模式不同，商业企业间发展的卫星种类也不尽相同。所以，“应用场景包括通信、高精度导航定位等。不同功能的卫星未来应该会存在各自的标准。”林广荣对观察者网表示。

但他同时也提到，“对通信卫星来说，未来手机直连卫星实现访问互联网，已不仅仅是卫星之间的标准统一，而是意味着整个卫星互联网体系需要尽量和地面网络体系互相兼容。这其中包括统一兼容的网络架构、相近但参数选择不同的信号波形和空口体制、标准的系统间接口等，才能保证卫星和地面通信系统间的互联互通，并充分利用地面通信的产业链体系降低整体建设成本，扩大用户市场”。

统一的网络架构意味着需要政策端的支持。

目前，适合手机直连卫星的是UHF、L和S频段，其中只有少量频谱资源可用于卫星系统，大部分频率为地面移动通信使用。而要实现手机直连卫星宽带通信，便需要突破现有规则，即准许在卫星频段部署地面网络，也准许在地面移动通信频段部署卫星系统。

而针对天地一体化运营的新模式，银河航天则认为，在国内政策尚未确定之前，可以借鉴海外采取的“国内建网、海外运营”模式。

尽管有声音称手机直连卫星在短期内只能作为地面基站的补充，但大多数业内人士仍普遍对该市场的前景较为看好。

在“捅破天”的前路上，中国相关企业始终未曾停下脚步。

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