华为抢发，苹果落地，手机卫星通信来了？

撰文 | 田小梦
编辑 | 杨博丞
题图 | IC Photo

继华为发布了“捅破天技术”——Mate50系列支持北斗卫星消息后，苹果在发布会上，官宣iPhone 14系列具有SOS卫星紧急联络（Emergency SOS via satellite）。

实现“卫星通信”是他们共同的共性。当处在没有Wi-Fi或蜂窝信号的地方，如荒漠无人区、出海等环境下，通过手机天线连接到卫星独有的频率，将求救信息发布出去。但在卫星的对接上，华为、苹果分别是与北斗和Globalstar进行连接。根据华为官方信息，目前卫星通信仅支持发送消息，不支持接收，而且需要在空旷、无遮蔽的环境使用。另外需要注意的是，该功能首发缺席，需后续等待HOTA更新支持，且仅限中国大陆地区(不含港澳台)。苹果针对SOS卫星紧急联络所发布的信息，研发了定制短文本压缩算法，将信息的平均文件大小减小三倍，可以在不到15秒的时间内发送一条短信，同时可与救急人员保持双向的文本对话。苹果将SOS卫星紧急联络功能于11月推出，从美国、加拿大开始，可免费享用该服务两年。除了这两大终端厂商在抢跑卫星通信的赛道外，谷歌和SpaceX也是入局者。日前，谷歌平台与生态系统高级副总裁 Hiroshi Lockheimer 在推文中表示，谷歌已经开始致力于让手机与卫星进行连接，谷歌将在下一版本的安卓系统中提供该功能。SpaceX创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)与T-Mobile US的首席执行官迈克·希沃特 (Mike Sievert)则共同宣布，成立技术联盟，2023年开始通过T-Mobile向消费者提供手机直连第二代星链卫星的服务。终端厂商的热衷，是不是意味着手机卫星时代要来了？

01.
为何争抢“卫星通信”“卫星通信”是手机厂商竞的新卖点，但其技术早已成熟。卫星通信，简单地说就是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而实现两个或多个地球站之间的通信。将人造地球卫星作为中继站的设想来自于英国物理学家A.C.克拉克（ArtherC.Clarke），于1945年，他在《无线电世界》杂志上发表“地球外的中继”一文中提出的，并在60年代成为现实。由于，绕地球赤道运行的周期与地球自转周期相等的同步卫星（静止卫星、固定卫星）具有优越性能，因此成为主要的卫星通信方式。此外，还有很多不在地球同步轨道上运行的卫星也在卫星移动通信中广泛应用。“卫星通信”的火热，离不开他的自身优势，诸如相比蜂窝通信，卫星通信的通信距离远，在卫星波束覆盖范围内，最远为13000公里；不受通信两点间任何复杂地理条件的限制，以及任何自然灾害和人为事件的影响；可实现卫星移动通信和应急通信等。当然，卫星通信也存在着一定的局限性：传输时延大；高纬度地区会对通信所用的电磁波的反射、折射、衍射等方式具有一定的屏蔽效果，因此这些区域的通信效果不佳；为了避免各卫星通信系统之间的相互干扰，同步轨道的星位是有一定限度的，不能无限制地增加卫星数量等。卫星通信作为地面通信的补充，得到了企业、国家的重视。以北斗系统为例，北斗是我国拥有自主知识产权的全球卫星导航系统。它由空间段、地面段和用户段三部分组成，其中空间段由3颗GEO卫星、3颗IGSO卫星和24颗MEO卫星组成。IGSO卫星轨道高度与GEO卫星相同，轨道倾角为55度；北斗MEO卫星轨道高度约21500km，轨道倾角为55度，绕地球旋转运行。北斗系统是一个中高轨混合星座架构。而星链(starlink)、全球星(Globalstar）、铱星(Iridium）、OneWeb、亚马逊的Kuiper项目等主要提供低轨道卫星方案。对于星链的发展，今年7月份，美国联邦通信委员会（FCC）批准SpaceX的“星链”卫星通信网络连接汽车、船舶、飞机等交通工具。8月25日，SpaceX宣布与T-Mobile合作，新的连接服务是使用T-Mobile公司的无线频谱，通过Space X公司的星链卫星为用户提供连接，2023年底前在部分地区开始提供短信服务，最终目标是在任何地方实现通话和数据传输的服务。截至2022年8月27日23时41分（美国东部时间），SpaceX已经发射了3162颗星链卫星，包括不再使用的原型和测试装置。作为拥有频谱牌照的Globalstar，提供低价的卫星移动通信业务，包括话音、传真、数据、短信息、定位等，除南北极在全球范围提供无缝隙覆盖。太空资源的有限性，或许是诸多大厂大规模发射卫星和抢占先机的原因之一。

02.
手机卫星通信“捅破天”？面对此次“手机支持卫星通信”的风口，Strategy Analytics无线运营商战略高级分析师杨光表示，一方面是技术推进，另一方面是市场驱动。在技术上，今年6月中旬，3GPP正式冻结了5G协议的Release17版本。在这个版本里，支持手机与卫星直接通信的“非地面网络（Non-terrestrial Network，NTN）”功能被正式定义。近期，联发科、中兴通讯相继发布5G NTN相关实验成果。在市场上，“通过手机实现与卫星的互联，并不是临时起意的，其开发需要长周期的准备。”杨光说道。同时对手机厂商来说，也需要一个新的卖点。但苹果和华为对卫星通信功能的齐发布也透露出，未来卫星通信走向大众或将是趋势之一。就目前手机卫星通信尚未实现通话、上网等，局限于消息应用。对此，杨光表示，不管是北斗还是Globalstar最初都不是为与普通手机直联设计的，真正的卫星到手机直联通信可能还是需要专门设计的卫星，主要特征应该是低轨和超大规模天线，像SpaceX的starlink v2一样。目前能够实现卫星通信的设备是有的，但是价格昂贵，带笨重的外部天线，诚如天通1号，并不便于大众使用。图片来源：京东截图苹果在发布会上表示，由于带宽非常有限，发送一条信息都是技术挑战。因此，智能手机需要设计定制组件和特定的软件，使手机天线能够连接到卫星独特的频率上。以SOS卫星紧急联络功能为例，只有当手机直接指向卫星时，连接才能实现。但由于卫星的高度并非肉眼能看到的，为增强用户体验，APP会提示手机要指向何处进行“对准”，并在卫星移动时保持连接。虽然华为在发布会上讲的不是很详尽，但在网上有相同的说法，需要由一个“对准”的过程。对于该技术，杨光表示，“这个应该并不难，卫星星座都是有星历的，能比较准确地知道何时何地，头顶上有几颗卫星各在什么方位。”华为、苹果发布会结束后，拿两者进行比较也是常态。单就手机卫星通信功能来看，iPhone14的卫星通信是双向的，华为Mate50只能发不能收；iPhone14针对急救人只能接收短信或语音做出了预处理方案，还能在日常中借助查找APP，通过卫星手动共享位置，无需发布信息，华为Mate50则对相关内容介绍的偏少。但客观来看，手机卫星通信处于起步阶段，距实现“捅破天”天地一体化的愿景还有些距离。

03.
距实现“互联”还有多远消息是现阶段智能手机在卫星通信中的形态之一，手机卫星通信距实现双向互联、通话、上网还需要多久？“受通信能力需要入网等因素，目前华为可适用范围限中国大陆，苹果在美国和加拿大。”杨光说道，从行业发展来看，目前处于起步阶段，主要为培育市场。在卫星通信建设还存在诸多挑战，在未来很长一段时间内，卫星通信在toc侧都将以一种与地面通信相补充的方式存在。在通信技术上，实现无手机基站信号的全覆盖，实现通话、上网是卫星互联的最终目的。而目前卫星通讯还面临数据上行等难题，短期内想要通过卫星通信帮助消费者实现日常通信，仍是一件具有挑战的事。但在技术侧，5G/6G作为实现天地一体化的技术基础，北斗通过与运营商的网进行连接，或将能打通日常通信。目前北斗与三大运营商之间已有密切的合作。2021年11月16日，由中国电信、苏州市有关国资平台和中智行公司联合组建的天翼交通科技有限公司成立，该公司旨在攻克5G+北斗融合定位、全域协同控制、5G/V2X融合网络等关键技术。中国移动上海产业研究院副总经理陈豫蓉曾在2021中国5G+工业互联网大会期间表示，针对开放空间，中国移动推出了5G+北斗高精度定位服务。中国联通智慧城市研究院与山东联通、福建联通分别成立了“5G+北斗”联合创新应用基地。未来能否打破物理边界实现卫星畅通互联还是值得期待的。在商业模式上，短信的发送和接收是否会涉及费用的问题，若缴费，用户又该向谁进行结算？“目前在测试阶段，感觉华为应该是免费的。苹果免费享用2年，但是未来总规它会有一个商业模式的问题。”杨光表示，设备商、电信运营商、卫星运营商的网间结算模式还待考量。在卫星方面，杨光认为，“想要保持双向联系，要么是手机做大，加上方向性更好、增益更大的天线，要么是卫星做大，加大天线的尺寸，同时可能还需要增加卫星的数量。但低轨弄那么多大号的卫星，会有哪些潜在的影响，还不好说。”星链作为低轨卫星中的“网红”，SpaceX曾计划在2019年至2024年间在太空搭建由约1.2万颗卫星组成的星链网络，据有关文件显示，该公司还准备再增加3万颗，使卫星总量达到约4.2万颗。面对低轨道卫星建设，在频谱及地球低轨资源有限的条件下，发展国内的“星链”也是迫在眉睫的。“智能手机实现卫星通信”从遥不可及到照进现实，引来了手机厂商们的一致追捧，或许，这项技术让用户对手机多了一个新期待。

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