iPhone 14 传闻中的「卫星通信」，可以让手机信号变好吗？

去年 9 月，iPhone 13 发布前夕，就有传闻说新 iPhone 将要和 Globalstar 合作支持卫星电话，但库克并未期待果粉的期待。其实正如传闻中引用的不具名人士说法，即虽然 iPhone 13 的硬件可能支持卫星通信，但实际服务不可能在一年内推出：

And though the next iPhone could have the hardware needed for satellite communications, the features are unlikely to be ready before next year, said another person, who asked not to be identified because the plans aren't yet public.

谁知最近风云再起，Mark Gurman 又出来爆料了，称今年的 iPhone 和后续的 Apple Watch 都可能具备连接卫星作为紧急通讯手段的能力，例如在无信号时向紧急联络人发送信息（但不能拨打卫星电话）。Gurman 指出，Apple 的合作伙伴 Globalstar 于今年 2 月购买了 17 颗新卫星，以帮助「潜在」但且未具名的客户提供「持续卫星服务」，该客户已向其支付了数亿美元。

实际上，去年的消息就已经是空穴来风了，早在 2017 年，彭博社就曾首次报道过 Apple 对卫星通信的浓厚兴趣，并与波音公司就低地轨道卫星业务进行了谈判。此外，Apple 还聘请了航空航天公司的通信卫星专家阿什利 · 摩尔 · 威廉姆斯和前 Netflix 高管丹尼尔 · 埃利斯，并正在继续扩大团队。苹果的庞大秘密计划包括发射自己的卫星和建立只能由其自身使用的卫星 Internet 数据通信网络。

此后有新闻报道称，苹果总部专用的通讯研究团队由迈克尔 · 特雷拉（Michael Trela）和约翰 · 芬威克（John Fenwick）领导，其中约 12 位来自航空航天和卫星技术领域，包括工程师 Matt Ettus——无线技术领域中最著名的人物之一，创立了致力于销售无线网络设备的公司 Ettus Research。

一年之期已到，恭迎信号之王？那么，曾以信号差闻名的 iPhone，若能真的支持卫星通讯，是不是就能在地库接收到卫星信号了呢？

先说结论吧：当然不能。

接下来一起来了解一下卫星电话是什么，以及还有哪些有可能与 Apple 达成合作来提供卫星通信服务的公司吧：

▍卫星电话是什么

卫星电话是携带式卫星通信系统的简称。它与蜂窝网络通信最大的区别是不通过地面基站与电信网络连接，而是直接与天上的通信卫星通信。

通讯卫星是卫星电话工作的媒介，负责接收和转发无线电信号，并且对信号进行放大，一般采用中低轨道卫星系统作为卫星电话系统。在卫星电话通讯过程中，卫星通讯地面站会将接收到的语音信号转变为载波信号，再传递到通讯卫星上。通讯卫星上的空间转发器会进行信号能量的增强，再传达到另一端的卫星通讯地面站。

我们所熟知的 GPS 全球定位系统就是位于中地球轨道（MEO）的通信卫星系统，用户设备如手机作为 GPS 接收机，主要作用是从 GPS 卫星收到信号并利用传来的信息计算用户的三维位置及时间。手机只能单纯接收 GPS 卫星发来的信号，并不能发射信号给卫星。

GPS 接收机

而卫星电话终端因为配有高功率射频天线，可以发送信号到卫星，从而实现卫星通信。而能否实现卫星通信，则要取决于信号强度、天线增益、发射信号功率、接收器灵敏度等。早期卫星电话听筒的尺寸和重量都与 20 世纪 80 年代后期至 90 年代早期的移动电话类似，并有可伸缩的天线。

Globalstar 的卫星电话终端产品

卫星通信也分为卫星电话、短信和卫星宽带互联网，数据传输速率悬殊，对硬件的需求也不同。相比起卫星通话，卫星短信对传输功率的要求要小得多。

所以，iPhone 如果真的支持了卫星通信，也只可能是卫星短信，也就是当用户所在地区无网络覆盖时向紧急服务和联系人发送个人求救信息、向当地相关部门报告危机事件（如车祸、船祸、飞机失事、火灾、自然灾害等）罢了。

2021 年的爆料文章中还提到一些细节，如通过卫星发送的短信将会显示为灰色气泡，而不是蓝色和绿色泡泡；发送的求救信息将通过卫星推送到紧急联系人的手机上，即使他们开了 DND 勿扰模式也能马上看到。

也就是说，卫星通信只能是作为地面通讯不可用时的一个补充，不可能指望它来实现通话或上网，更别提国行版 iPhone 14 的卫星通话大概率会被取消或屏蔽。未来，也许会出现配套的卫星通信手机壳套件，充当大功率天线和额外的电池来实现卫星电话，但就目前而言卫星短信依然是我们最能期待的功能了。

那么，卫星电话究竟为什么这么强呢，又有哪些缺陷影响其可用性？

01 卫星电话的优势

与普通的移动电话相比，卫星电话的极端环境覆盖优势非常明显。卫星电话实现了真正意义上的全球通信，因此应用的领域也非常广泛，例如可应用到海上运输、紧急救援、科学考察等。

典型使用场景：Better Call Kim

首先是卫星通信可覆盖地球表面的所有区域，不受地形、地貌等环境因素影响。哪怕是在沙漠、高原、极地、海洋等人烟稀少的区域，也能实现基本的语音与数据通信服务，达到了真正意义上的无盲区通讯。

其次则是卫星通信的距离远。卫星发射电磁波覆盖范围内的任意位置间都能实现通信，地球同步轨道的通信卫星可实现的通信距离在 18000 km 以上，单颗卫星覆盖范围可达地球表面积的 42.5%。

此外卫星通信的容量大。其频率范围在 2GHz 到 40GHz 之间，且语音通信的话路多达上万条，数据传输速度可达 100Mbps。一般 C 和 Ku 频段的卫星带宽可达 500～800 MHz，而 Ka 频段可达几个 GHz。

最后不受地面灾害等恶劣天气的影响，在面对抗震救灾或国际海底光缆的故障时，卫星通信是一种无可比拟的重要通信手段。

02 卫星电话的局限性

2021 年 2 月 25 日至 3 月 17 日，用于我国广播电视节目传输的卫星进入春季日凌期，日凌现象时，卫星电视用户可能会看到电视画面出现马赛克甚至信号中断的情况

但卫星电话也存在着一些局限性，不少都和通信卫星有关。首先是，通信卫星的使用寿命较短。因为通讯卫星是由无数个零部件组成的综合高科技产品，任何一个零部件一旦发生故障，会直接导致整颗卫星故障，并且由于维修成本太高，基本无法进行修复。

其次，卫星通信会受到特殊天体现象（如日凌现象和星食、雨衰现象）的干扰，比如当卫星处于地球和太阳之间且三者处于一条直线上时，卫星天线会受到太阳辐射的干扰，地面站天线也会接收到强大的太阳噪声，造成通讯中断。

紧接着是由于地球和通讯卫星的距离较远，电波的传播延时较大，并且存在回波干扰，可能造成通话不适，需要采取特殊措施进行抵消。

此外通讯卫星的研发、制造、发射、测控等，需要先进的空间技术和电子技术做支撑，并且十分复杂。卫星发射的成功率为 80%，卫星的寿命为几年到十几年，发展卫星通信需要长远规划和承担发射失败的风险。

而且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。

最后在地球同步卫星通信系统中，通信站到同步卫星的距离最大可达 40000km，电磁波以光速传输时单程需要时间约 0.27 秒，导致传输时延大，让通话的体验变得非常糟糕。

▍卫星通信发展现状

除了传闻中的 Globalstar，还有哪些卫星通信系统呢？

目前主流的卫星通信系统有铱星、海事、欧星、天通等，可分为两类：近地轨道卫星系统（LEO）和地球同步轨道卫星系统（GSO）。

近地轨道卫星（LEO）技术的优势在于可以提供全球无缝隙的无线信号覆盖。近地轨道上的卫星以高速（每 70 到 90 分钟即可绕地球一圈）运行在较低的轨道（640 至 1120 km）上，但因此也需要较多的卫星来维持信号覆盖率。

LEO、MEO、GSO 轨道距离地球的距离分布

而地球同步轨道卫星（GSO）系统仅需要三至四颗卫星即可维持几乎全天候的全球信号覆盖率，从而降低发射卫星的费用。但这类卫星往往非常重（约 5 吨），因此建造和发射单颗卫星的费用较高。地球同步轨道上的卫星运行高度约为 35000 km，所以在通话或者传送其他数据的过程中延时现象非常明显。

地球同步轨道系统的另一缺陷是，哪怕用户处在非常开阔的地带，卫星电话的信号也有可能被某一方向上的陡坡或是一片森林阻挡，因此使用者必须前往高处才能获得信号。

这一问题在近地轨道的网络服务中就不存在，因为即使当前的卫星信号被某一障碍阻挡了，几分钟之后便会有新的卫星从另一方向飞越用户所在的地方。

01 近地轨道卫星（LEO）

近地轨道卫星最著名的就是铱星和本次传言的主角 Globalstar，另外 Elon Musk 的星链 Starlink 也运行于近地轨道中，预计卫星数量高达 12000 颗，但其和本文关系不大且知名度极高，就不做详细介绍了。

SpaceX 星链卫星互联网接受器天线

铱星（Iridium）

铱星系统从 1990 年代开始构思，于 1998 年 11 月 1 日开始服务。但由于当时市场上并没有足够的需求，因此于 1999 年进行了破产重组。

铱星计划也成为了摩托罗拉由盛转衰的起点，由于研发资金不足加上涉足领域过多，摩托罗拉的 CPU 业务和 DSP 业务其后都选择了出售。而由于在 GSM 上投入不足，摩托罗拉长期没有掌握程控交换这样的核心网技术，无法独立进行组网，这也导致了摩托罗拉在通信设备领域不断失去市场，再加上其后中兴和华为的低价入侵以及 WiMax 的失利，最终摩托罗拉的基站业务也全面溃败。

现在的铱星，其实已经是第二代了，第一代的 66 颗已经于 2019 年 12 月之前全部坠入大气层。

第二代铱星共 75 颗卫星（66 颗现役 + 9 颗在轨备份），部署在 780 km 的高度工作轨道，能够利用 48 个波束的相控阵天线开展 L 波段语音和数据通信，相较于一代，二代铱星的星座寿命长了一倍，支持连接数量升级到 1900+ 个，星载计算机的处理能力增强，星间链路带宽扩大接近 3 倍至 17Mbps，馈线链路带宽扩大 10 倍至 30Mbps。

铱星的数据中继是透过卫星间的信号传输，以接力的方式将数据送到最近的地面站。铱星实现了真正的全球覆盖，包括南北极。典型的铱卫星使用者包含航海人员、航空人员、政府机关、石化工业、科学家和经常旅行者。

铱卫星的通讯速率只有 2400 波特每秒，因此语音资料必须大幅度地压缩，且语音存在 500ms 的明显延迟。Garmin 的紧急卫星通信服务 InReach 也是使用的铱星卫星。

铱星系统中继原理图

Globalstar

与铱星相似，主要区别是中继机制。目前同样也是第二代卫星星座，由 24 颗低地轨道卫星和 24 座地面站组成。每颗卫星的信号范围内必须有至少一个地面接收站，所以实际上在许多地区都无法使用它的网络。这些卫星运行在一个 52 度的倾斜轨道，因此极地也没有信号。

Globalstar 共支持超过 120 个国家和地区

地面接收站在卫星与传统的地面网络之间扮演着桥梁的作用，卫星与地面站之间通过 Gateway link (GWL)   通信。

两个使用铱星的相隔遥远的用户之间通话，需要在不同的铱星卫星之间进行中继，而 Globalstar 则是通过地面站。首先是 A 用户与卫星 1 建立连接，卫星 1 再将信号传递给对应的地面站 Ⅰ，地面站 Ⅰ 与地面站 Ⅱ 之间通过公共交换电话网（PSTN）传递数据，地面站 Ⅱ 再打给卫星 2，卫星 2 最终将信号给到用户 B。

Globalstar 系统中继原理图

02 地球同步轨道卫星（GSO）

海事（Inmarsat）

国际海事卫星组织简称海事（Inmarsat），是一家英国的卫星通信公司，提供全球性的移动服务。它最早起源于 1979 年成立的国际海事卫星组织，是一个不以营利为目的的国际组织，在联合国国际海事组织机构的授意下成立，为航运界提供卫星通信网络，提高海上人命安全。

inmarsat 未来的扩展计划

海事卫星星座由 13 颗卫星组成，位于 GEO 轨道，GEO 轨道是地球同步轨道 GSO 的一个特例，指地球赤道面上方 35786 km 的圆形轨道，该轨道上航天器的运行方向和地球自转方向一致。在地球静止轨道上的航天器绕地球运行一周的时间和地球自转周期相同，因此，在地面观测者看来，这样的航天器是在天空固定不动的。

因此，与铱星和 Globalstar 不同，虽然只有 13 颗卫星，但一旦连上，因为卫星和地球一直在同步转动，所以很难丢失信号。同样的原因也导致，如果和卫星之间存在通信障碍，用户很难换到另外一颗卫星上去，只能自己移动来寻找合适的通信位置。

海事卫星的手持机国内预付费一般 1200 元 / 年，主要是企业在使用。印度洋海啸后，美军援助人员在印尼尼亚斯岛使用海事卫星电话进行通信：

海事的卫星电话在救灾中的实战应用，看看这个天线有多大

欧星（Thuraya）

Thuraya 是阿联酋的一家通信公司，运营着两颗地球同步轨道卫星，并在欧洲，中东，北非，中非和东非，亚洲和澳大利亚的 161 个国家提供电信覆盖。

Thuraya 手机

天通卫星

2008 年汶川地震后，为了拥有自主移动通信卫星系统，我国启动了天通一号卫星研制工作。2016 年，S 频段大容量地球同步轨道移动通信卫星天通一号 01 星成功发射，实现了我国移动通信卫星零的突破。2020 年 02 星发射成功，2021 年 03 星发射成功。

天通一号卫星移动通信系统，由空间段、地面段和用户终端组成，空间段计划由多颗地球同步轨道移动通信卫星组成。覆盖区域主要为中国及周边、中东、非洲等相关地区，以及太平洋、印度洋大部分海域。

如果 iPhone 14 真的支持了卫星通信，当然国内因为政策、牌照等原因落地的可能性很小，但华为小米 OV 等国产手机厂家大概率会寻求一个类似的解决方案，那么和天通合作就显得理所当然了。

▍尾巴

前面介绍了这么多卫星的基本知识，你看完有什么感觉呢？反正笔者是为其高昂的发射成本和较短的使用寿命而感到担忧，如果如传闻所说， Globalstar 为了这次合作购买了 17 颗新卫星，还要发射、建设地面站，这个成本不要太高。再考虑到会购买这个服务的用户基数，分摊到每个用户身上的成本大概会颇为不菲。如果还只有 iPhone 14 甚至只有 Pro 机型才能用，那就太少太少了。

所以，考虑到 M1 Max 芯片发布时并未提及其扩展性，虽然有爱好者根据 DieShot 猜测其可能支持双芯片联结，但直到 M1 Ultra 发布才得到证实。所以也许 iPhone 13 系列就已经内置了卫星通信所需的硬件（但最终并未搭载 X65 基带，而是魔改的 X60），要等 iPhone 14 发布时才会宣布升级到 iOS 16 后即可启用。

这样有两代 iPhone 能在该服务发布时就护航支持，并且 iPhone 13 这一代还是处在需求强劲周期内的销量、保有量巨大，个人感觉是比较合理的。

答案会在四个月后揭晓，也或许今年 4 月 Mark Gurman 还会有一篇新文章爆料 iPhone 15 即将支持卫星短信，敬请期待。

原文链接：

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作者：Levinson

责编：广陵止息

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