最強(qiáng)科普：手機(jī)為什么要直連衛(wèi)星？

在海拔5000米的昆侖山上，七位科考人員被困，越野車故障、天色漸晚、沒有露營(yíng)裝備、無法與支援單位聯(lián)系上……這是近日發(fā)生的一件真實(shí)案例。

在情況危機(jī)之際，這些被困的科考人員遇到了隨身攜帶衛(wèi)星通信設(shè)備的另一支科考隊(duì)伍。高原上的相遇，開始了一場(chǎng)基于衛(wèi)星電話的快速救援。這條來自天際的通信之路，拯救了科考隊(duì)員的生命。

在意外面前，衛(wèi)星通信是人們對(duì)外聯(lián)絡(luò)的一條重要生命線。在鄭州大雨、門頭溝大水等災(zāi)害發(fā)生時(shí)，衛(wèi)星通信在救援過程中都承擔(dān)了重要的救援作用。

這么好的技術(shù)為什么才向大眾普及呢？要知道，傳統(tǒng)的衛(wèi)星終端很大價(jià)格也較高，不適合人們?nèi)粘Ｊ褂谩５墙衲?strong>華為Mate 60的發(fā)布讓衛(wèi)星通信走入人們的日常，用手機(jī)就可以直接撥打衛(wèi)星電話。只是功能資費(fèi)比普通電話卡要貴不少。

那么對(duì)于個(gè)人用戶來說，我們的手機(jī)是否需要直連衛(wèi)星？智能手機(jī)直連天通衛(wèi)星的偉大壯舉又是怎樣實(shí)現(xiàn)的呢？

手機(jī)為什么要直連衛(wèi)星？

事實(shí)上，手機(jī)直連衛(wèi)星一直是一個(gè)美好的設(shè)想，這樣就可以讓每部手機(jī)都有應(yīng)急通信的能力。

“手機(jī)直連衛(wèi)星的想法并不是一時(shí)興起，而是經(jīng)過了深思熟慮和實(shí)踐檢驗(yàn)?！弊鳛槿A為Mate 60實(shí)現(xiàn)直連衛(wèi)星的重要參與者，中國(guó)電信集團(tuán)衛(wèi)星通信有限公司副總經(jīng)理李屹寰近日在中國(guó)衛(wèi)星應(yīng)用大會(huì)上講道，我們?cè)?jīng)遇到過一些特殊的自然災(zāi)害，比如甘肅白銀的越野跑事件和河南鄭州的暴雨事件，這些事件導(dǎo)致了地面網(wǎng)絡(luò)的癱瘓或不穩(wěn)定。在這種情況下，手機(jī)直連衛(wèi)星就顯得非常重要和有用。

“我們?cè)?jīng)用天通衛(wèi)星救援過鄭州人民醫(yī)院，讓院長(zhǎng)能夠及時(shí)聯(lián)系外界，保證了ICU里的病人的生命安全。這些經(jīng)歷讓我們深刻感受到，手機(jī)直連衛(wèi)星不僅是一種技術(shù)創(chuàng)新，更是一種社會(huì)責(zé)任?！崩钜馘局v道。

近年來，我國(guó)在移動(dòng)通信領(lǐng)域正在布局高速泛在天地一體、云網(wǎng)融合的通信網(wǎng)絡(luò)。我們有幸擁有天通衛(wèi)星系統(tǒng)，華為Mate 60手機(jī)直連衛(wèi)星就是通過天通衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的。

2008年，汶川地震救災(zāi)中凸顯出我國(guó)應(yīng)急通信體系建設(shè)的不足，國(guó)家決定啟動(dòng)建設(shè)自主可控的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。

2010年，“天通一號(hào)”衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)正式啟動(dòng)研制工作。

2011年，系統(tǒng)正式批復(fù)立項(xiàng)。

2016年，天通一號(hào)01星于2016年8月6日在西昌發(fā)射入軌。

2020年，天通一號(hào)02星與2020年11月12日成功發(fā)射。

2021年，天通一號(hào)03星與2021年1月20日發(fā)射。

天通一號(hào)01星的業(yè)務(wù)能力：衛(wèi)星電話手持終端可撥打任意地面固定和移動(dòng)電話，業(yè)務(wù)速率1.2kbps、2.4kbps和4.0kbps；短消息可與地面公網(wǎng)移動(dòng)通信終端互聯(lián)互通；數(shù)據(jù)傳輸/互聯(lián)網(wǎng)接入/視頻回傳速率9.6kbps～384kbps。

天通一號(hào)02、03星充分繼承01星技術(shù)狀態(tài)，并根據(jù)01星運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行方案優(yōu)化；目前“天通一號(hào)”系統(tǒng)三顆衛(wèi)星在軌服務(wù)，實(shí)現(xiàn)亞太區(qū)域覆蓋。

正是這三顆衛(wèi)星支持了Mate 60的通話功能。

“手機(jī)直連衛(wèi)星是一個(gè)偉大的創(chuàng)新項(xiàng)目，也是一個(gè)永無止境的探索過程。”正如天通一號(hào)移動(dòng)通信衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師陳明章說的那樣，如今，手機(jī)直連衛(wèi)星，已經(jīng)成為“天地融合移動(dòng)通信”的成功樣例和典型應(yīng)用。

手機(jī)直連衛(wèi)星有幾種方式？

我國(guó)是通過天通衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)通信，那么馬斯克的星鏈又是如何實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信的呢？這就要提到手機(jī)直連衛(wèi)星業(yè)務(wù)的三種技術(shù)路線。

路線一：雙模終端

利用已建成的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)級(jí)現(xiàn)有衛(wèi)星通信技術(shù)體制，通過芯片小型化、射頻天線優(yōu)化等技術(shù)，在手機(jī)中增加傳統(tǒng)衛(wèi)星通信終端的通信功能，使手機(jī)成為地面移動(dòng)通信和衛(wèi)星移動(dòng)通信雙模終端。（新用戶需要更換手機(jī)）

實(shí)現(xiàn)雙模終端通信需要雙向奔赴?！半p模終端接入路線需要在終端側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)開展相應(yīng)的技術(shù)攻關(guān)?！崩钜馘局v道。終端側(cè)需要實(shí)現(xiàn)芯片小型化、射頻天線優(yōu)化、終端結(jié)構(gòu)優(yōu)化；網(wǎng)絡(luò)側(cè)需要信源編碼優(yōu)化、空口傳輸優(yōu)化、速率自適應(yīng)、資源調(diào)度優(yōu)化等。

示例：天通、北斗、全球星、銥星。

路線二：基站上衛(wèi)星（存量終端手機(jī)直連）

衛(wèi)星通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)與地面運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行商業(yè)合作，復(fù)用現(xiàn)有4G/5G移動(dòng)業(yè)務(wù)頻率，將基站搬到距離地面幾百公里的太空，實(shí)現(xiàn)手機(jī)直連衛(wèi)星能力。（用戶無需更換手機(jī)）

“這種方式的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)是大面積陣列天線?！崩钜馘局v道，需要增加天線增益，滿足存量終端直連衛(wèi)星的鏈路需求，波束賦形技術(shù)滿足于地面移動(dòng)通信網(wǎng)兼容共用的需求。除此之外還需要解決多普勒頻移以及時(shí)延補(bǔ)償問題。

示例：Starlink、BlueBird、Lynk Tower。

路線三：3GPP NTN

技術(shù)路線也可細(xì)分為兩類，一是利用已建成的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的透明轉(zhuǎn)發(fā)通道，將協(xié)議升級(jí)為3GPP NR NTN或IoT NTN的路線。（新用戶需要換機(jī)，新建系統(tǒng)的頻段兼容/協(xié)調(diào)難度極大）。二是通過整個(gè)端到端系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用基于5G NTN及其演進(jìn)技術(shù)體制的支持手機(jī)直連業(yè)務(wù)的星地融合技術(shù)路線。手機(jī)可接入未來符合3GPP
NTN的5G/6G網(wǎng)絡(luò)，不兼容現(xiàn)有衛(wèi)星系統(tǒng)。采用星地融合用頻方案，復(fù)用分配給衛(wèi)星和地面移動(dòng)業(yè)務(wù)的頻段。

示例：海事衛(wèi)星、Ominispace。

圖：手機(jī)直連衛(wèi)星的多種技術(shù)路線

美國(guó)運(yùn)營(yíng)商為什么選擇基站上衛(wèi)星路線？

馬斯克曾說過：“很快大家就可以用手機(jī)連接到星鏈，不需要換手機(jī)，只需要一個(gè)小盒子，就像一個(gè)Wi-Fi路由器一樣?！边@說明馬斯克的星鏈?zhǔn)遣捎没旧闲l(wèi)星的方案。

那么美國(guó)運(yùn)營(yíng)商為何如此重視衛(wèi)星通信，馬斯克又為何要選擇基站上衛(wèi)星這種方式呢？

這是因?yàn)槊兰影牡葒?guó)的商業(yè)環(huán)境決定了，需要衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充地面網(wǎng)覆蓋。在商業(yè)環(huán)境方面，美國(guó)、加拿大等國(guó)的電信運(yùn)營(yíng)商以私營(yíng)公司為主，因此在用戶密度較低的區(qū)域，地面移動(dòng)網(wǎng)覆蓋不佳。

在產(chǎn)業(yè)政策方面，美國(guó)也支持衛(wèi)星補(bǔ)充地面網(wǎng)覆蓋。FCC于2023年4月12日發(fā)布了一份關(guān)于“單一網(wǎng)絡(luò)未來：太空補(bǔ)充覆蓋”的提案規(guī)則，旨在通過提出太空補(bǔ)充覆蓋（SCS）的新監(jiān)管框架，促進(jìn)衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)的融合。與地面服務(wù)提供商合作的衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商將能夠獲得FCC授權(quán)，將分配給地面業(yè)務(wù)使用的頻譜靈活應(yīng)用于衛(wèi)星業(yè)務(wù)。這將使地面運(yùn)營(yíng)商的用戶在偏遠(yuǎn)、未服務(wù)和服務(wù)不足的地區(qū)獲得擴(kuò)展覆蓋，并增加緊急通信的可用性。

存量終端接入路線的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)是商業(yè)發(fā)射能力極強(qiáng)、商業(yè)發(fā)射成本低、衛(wèi)星載荷及整星研制能力較強(qiáng)、衛(wèi)星載荷即整星研制能力較強(qiáng)。這也是馬斯克豪言壯語(yǔ)的底氣所在。

而中國(guó)與美國(guó)的衛(wèi)星發(fā)展策略有所不同。這主要是基于二者的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)不同以及商業(yè)環(huán)境不同。

一是地面網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)不同。2022年底，我國(guó)地面移動(dòng)基站站址約300萬個(gè)，基站超過1000萬個(gè)，地面移動(dòng)網(wǎng)和寬帶已覆蓋了現(xiàn)有行政村；2022年底，美國(guó)近60萬個(gè)地面移動(dòng)基站站址，在用戶密度較低的區(qū)域，地面移動(dòng)網(wǎng)覆蓋不佳。我國(guó)地面寬帶基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平明顯優(yōu)于美國(guó)。衛(wèi)星移動(dòng)通信業(yè)務(wù)同樣需要寬帶星地傳輸鏈路，寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)是Starlink建網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是前期核心業(yè)務(wù)，手機(jī)直連業(yè)務(wù)是Starlink系統(tǒng)寬帶業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。

二是商業(yè)環(huán)境不同：應(yīng)用場(chǎng)景、業(yè)務(wù)側(cè)重點(diǎn)不同。美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)地廣人稀，地面網(wǎng)覆蓋偏弱，有常住人口區(qū)域還有無信號(hào)覆蓋的情況，因此基站上星可以滿足該地區(qū)用戶長(zhǎng)期且穩(wěn)定的使用需求，包括短信、語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

我國(guó)手機(jī)直連應(yīng)用目前以日常滿足戶外工作、戶外運(yùn)動(dòng)用戶在無人區(qū)域開展作業(yè)、活動(dòng)時(shí)的按需使用，以及自然災(zāi)害等緊急情況下滿足應(yīng)急救援力量和重要通信用戶在無地面通信網(wǎng)支持時(shí)使用，以短信、語(yǔ)音為主。

總而言之，華為Mate 60在應(yīng)急通信這件事上邁出了非常寶貴的第一步。現(xiàn)在，手機(jī)直連衛(wèi)星已經(jīng)成為了一種新型的通信方式。但是手機(jī)直連衛(wèi)星這件事未來如果要普及還有很多問題要解決。

由于衛(wèi)星容量有限，因此大規(guī)模普及還需解決并發(fā)量過大的問題，避免在災(zāi)害發(fā)生后，大量用戶撥打應(yīng)急電話導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓等問題發(fā)生。

“我們還有很多工作要做，比如提供更多更好更便宜的終端產(chǎn)品，讓更多的用戶能夠買得起、用得上；提高衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的性能和容量，讓用戶能夠享受更快更穩(wěn)定更豐富的服務(wù)；實(shí)現(xiàn)天地一體、無縫切換的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，讓用戶無論走到哪里都能暢通無阻?！崩钜馘局v道。

未來，手機(jī)直連衛(wèi)星技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展，還需要全產(chǎn)業(yè)鏈的高度協(xié)同配合。衛(wèi)星研制方、通信運(yùn)營(yíng)方、手機(jī)廠商、通信設(shè)備研制方、芯片制造方等多方合作，共同明確應(yīng)用能力需求和技術(shù)發(fā)展方向。面向后續(xù)建設(shè)應(yīng)用，還需加速開展技術(shù)驗(yàn)證工作。同時(shí)，也需要政府和管理機(jī)構(gòu)推進(jìn)通信標(biāo)準(zhǔn)化、頻率使用規(guī)則優(yōu)化等舉措。

作者：程琳琳

責(zé)編/版式：蓋貝貝

審核：舒文瓊

監(jiān)制：劉啟誠(chéng)