苹果手机直接与卫星进行通信，可能吗？
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文章转载自微信公众号太空与网络，作者： 魏兴，版权归原作者及刊载媒体所有。
苹果手机直接与卫星进行通信，可能吗？
最近几年，每当苹果公司将要发布新一代iPhone之前，总会有传言称新款iPhone将集成卫星通信功能，能够直接通过卫星上网。这不，关于今年9月份将要发布的iPhone14的传闻又流行了起来。有报道称，因为开发进度的原因，这项众人期待的功能并未添加到iPhone13系列中，但是有“可靠消息”称，苹果目前正在测试可以通过卫星发送短信的原型机，其内部代号为“Stewie”。
那么，通过手机直接通过卫星上网，真的可能吗？
先说结论吧：通过手机与卫星进行窄带通信，速率在几Kbps到几十Kpbs，发送文字短信，并不是什么新技术，早在二十多年前就在“铱星”上实现了，这当然是可行的技术。但是想达到更快的带宽，目前的技术是不可能的。
建设于上世纪九十年带的“铱星”星座，能够提供覆盖全球的语音通话和窄带数据通信能力。“铱星”的大部分卫星位于距地面七百多公里的低地球轨道，使用的手持电话发射功率从2瓦起，有些终端设备支持更高的发射功率，提供的语音通话编码速率为2.4kbps，这也是“铱星”能够提供的最基础的拨号上网速率，而最高的联网速率为10kbps，发送的短消息长度为160字节。
（美国铱星手机）
（中国版“铱星”——天通卫星电话，价格从5000到万元不等）
我们使用的消费电子产品，为了防止电磁波辐射对人体健康造成损伤，世界各国政府的监管部门都规定了一个指标：SAR，专门用于衡量便携通信设备近场辐射对人体健康影响。SAR的全称是SpecificAbsorptionRatio，意为“比吸收率”，定义为“人体的一部分组织，平均一秒钟时间会吸收多少手机发出的电磁波能量”，单位为W/kg。中国的SAR标准与欧盟相同，明确规定：“任意10克生物组织、任意连续6分钟内的平均比吸收率（SAR）值不得超过2.0W/kg”。世界上大部分国家的规定也是一样的。
在这种法规的限制下，由3GPP组织制定的4G和5G通信标准，把手机工作在FDD（频分复用）模式下的最大发射功率限制在23dBm,也就是200毫瓦；而对于TDD（时分复用）模式，由于在这种模式下手机并不一直发射电磁波，因此最大发射功率放宽到了26dBm，也就是400毫瓦。我们日常使用的Wi-Fi设备，最大发射功率也被Wi-Fi技术标准限制在了200毫瓦。
可以看出，手机的最大发射功率只有“铱星”电话最小发射功率的十分之一左右。手机的这种发射功率是为了与几百米外的基站进行通信设计的，然而大部分低地球轨道卫星和地球的距离都在400公里以上，距离增大了1000倍以上。在这种情况下，手机和卫星进行宽带通信是绝对不可能的。作为对比，SpaceX公司的星链地面终端设备的发射功率约为4瓦，只有这样的发射功率才能维持比较高的上行速率。
手机和卫星之间维持窄带通信可能吗？答案是可能的。
实际上，全球已经发射的一些低轨道物联网（IoT）卫星，已经实现了低发射功率的终端设备与卫星进行窄带通信。比如我国的国电高科公司发射的“天启星座”物联网卫星，其地面终端设备依靠几节干电池就能工作一年以上，设备整体功耗能够低至100毫瓦。
（天启物联网应急求助终端，十分小巧，可放入口袋中）
所以，苹果手机如果实现通过低轨道卫星发送文字短信，是有可能实现的，进行宽带通信，就别想了。
苹果手机如果想要实现通过卫星发短信的功能，并不能直接使用现有的5G通信模块。原因在于：
首先，现有的5G通信标准对于手机和基站之间的相对速度限制在500公里每小时以内。5G通信标准的设计只能补偿这个速度之下的多普勒频移。但是低地球轨道卫星是以第一宇宙速度（约每秒7.9公里）在飞行，与地面终端的相对速度远远超过了5G标准能够补偿的能力。
其次，5G通信标准中允许的终端和基站之间的距离不超过30公里，因为地球曲率通常会阻止传输距离超过30公里的直线通信，5G标准中对信号延迟的处理最多就在这个距离之内。然而低地球轨道卫星的高度通常在400公里以上，信号延迟要远远超过5G通信标准的规定。
另外，考虑到大气层对不同频率无线电信号的影响，5G手机工作的频点也并不一定都适合卫星通信。
因此如果苹果手机真的要加入卫星窄带通信能力，就必然会使用完全不同于5G标准的模块，当然，也可能使用相同的硬件，通过软件来实现不同的通信协议。
总而言之，手机直接通过卫星发送短消息是可能实现的，但还涉及使用哪家公司的卫星，该卫星在当地是否被允许使用及是否覆盖的问题。
而这个功能的使用场景也非常有限，美国媒体在2021年就分析说，苹果公司拟推出的Stewie卫星短信工具，界面设计类似“紧急SOS通话”，只是提供应急功能。比如在荒郊野外或缺乏Wi-Fi和移动信号的环境下，用户可以用有限的卫星通信功能报警求助。普通人在大部分情况下用不到，适用于野外科考探险、海洋航行等有限的场景，而这些场景下，完全可以使用更专业的户外应急通信设备。至于指望用苹果手机通过卫星上网，还是别惦记了。
参考资料：
https://www.163.com/dy/article/H2GCAT1R05454XML.html
http://www.elecfans.com/d/1289027.html
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1709832284045729294&wfr=spider&for=pc
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