手机直连卫星通信,成为今秋手机行业热门话题,这究竟是一门什么技术?又是否会给行业带来“捅破天”的巨变?

撰文/记者 赵天宇 图文编辑/陈永杰

新媒体编辑/吕冰心

采访专家:

谢 军(北斗三号工程副总设计师、卫星首席总设计师)

王淑芳(中国交通通信信息中心导航中心副主任)

9月6日下午,华为举办发布会,Mate50系列新机正式发布。新机最引人注目的,当数其与北斗卫星直连通信的功能,华为CEO余承东把这项技术形象地称作“向上捅破天”。

▲9月6日,华为常务董事余承东在发布会上表示,Mate 50系列将支持北斗卫星消息 (图片来源/华为官网)

无独有偶,9月8日凌晨1点召开的苹果秋季新品发布会上,iPhone14手机也将带有卫星SOS紧急联络功能。不同于华为的仅支持发送不支持接收短文本的情况,苹果可以支持收发信息,不过这一功能仅限美国和加拿大使用。

▲9月8日,苹果公司首席执行官蒂姆·库克在苹果发布会上称,iPhone 14带有卫星SOS紧急联络功能 (图片来源/苹果官网)

华为和苹果为何将关注点聚焦在“卫星通信”上?它是不是下一个手机厂家 “必争之地”?

手机卫星“握手”不易

根据华为官方消息,搭配该技术的Mate50系列,支持北斗卫星消息硬件能力,当用户身处荒漠无人区、出海遇险、地震救援等无地面网络信号覆盖环境下,可通过畅连APP将文字和位置信息向外发出,与外界保持联系。

对于这一在发布会前就被冠予“捅破天”名衔的技术,余承东在发布会上自豪地宣称,“华为Mate50是业界首款支持北斗卫星消息的大众智能手机。华为Mate50系列开启了大众卫星通信时代”。

▲卫星通信技术其实早就有 (图片来源/华为官网)

而全新发布的iPhone14手机,也可连接卫星并在15秒内发送紧急求救信息;而收购魅族的吉利星纪时代公司宣布,将推出全球首款直连低轨卫星消费级手机;甚至谷歌方面也表示,最新更新的安卓14系统,将支持手机直连卫星通信。

手机直连卫星通信,无论以怎样的方式实现,都是技术层面的巨大进步,在智能手机市场增长乏力的大背景下,为行业注入了一针强心剂,也有望成为全新通信时代开启的重要标志之一。

手机如何直连卫星?传统的手机通信主要依靠地面基站与电信网络连接,但连接卫星通信以后,手机可以“抛弃”基站,直接与天上的通信卫星相连接,卫星负责接收和转发信号,并对信号进行放大。

卫星通信并不是什么新技术,因为早在1964年,第一颗商用卫星就发射成功了,此后卫星通信技术蓬勃发展,以中、低轨道卫星星座系统为空中转接平台,卫星移动通信系统发展迅速。

数据显示,到2021年,全球共有7942颗在轨卫星,通信卫星为2867颗,占比为63%。卫星通信已成为地面通信的良好补充,并在诸多行业当中发挥了重要的作用。

像公众熟知的“卫星电视”“卫星宽带”都是卫星通信的典型案例。还有卫星电话方面,它常被用于地质勘探、远洋运输、森林巡护等领域,供给特殊人群使用。汶川地震时,第一批救援人员就携带卫星电话进入震区,在通信中断的条件下,取得与外界的联系。

卫星电话对硬件要求比较苛刻,必须做到功率大、方向性和抗干扰性强。常见卫星电话一般体积都不小,且配备了一根较长的天线,只能在户外场景使用,即便如此,通信效率依然不高且价格昂贵。

可以设想一下,假如智能手机拥有与卫星直接连接的功能,爬野山、探险的驴友在没有卫星电话的前提下,也能直接与外界取得联系。遇险时通过卫星通信功能紧急求救,还能发送位置信息,最大程度地避免灾难发生。

但卫星电话并非智能手机,后者想要与卫星直连“握手”,实则门槛不低,在技术上并不容易实现。把智能手机和卫星电话二合一,手机厂商必须攻克移动通信编码和高灵敏度信号捕获等多项技术,但智能手机体积非常小,想要容纳高功率的射频器件非常困难,强行嵌入相关芯片模块,可能会让智能手机体积变大,需要进一步优化设计。

技术层面以外,北斗三号工程副总设计师、卫星首席总设计师谢军向记者表示,智能手机目前尚不具备大量的应用场景,普通公众也鲜有需要卫星沟通的需求,供需关系不平衡,也是制约手机卫星直连重要因素之一。

通信行业观察家项立刚接受媒体采访时表示,卫星通信技术比较成熟,但它在普通商用手机上使用还是比较难的,正因为比较难,而且又有用,所以两者的结合才有意义。不过,项立刚同时提醒,两者结合目前还有很多技术问题需要去解决,“没有我们想象的那么成熟。”

“比如卫星通信系统本身就比较复杂,我们常见的卫星电话都有一根非常长的天线,这根天线也会改进放在手机里,势必会侵占其他零部件的位置,产生更大能耗,如何平衡是个考验。”项立刚说。

技术进步推动北斗融合

事实上,北斗卫星系统应用在智能手机上似乎“早有先例”,而最后结果则以失败告终。

2019年,国内手机厂商联想发布了Z6青春版手机,采用华大北斗HD8040芯片,宣称可支持北斗短报文系统,且支持北斗双频定位,连续定位的功耗下降30%,远超传统双频GPS。

不过到了实际应用场景,或许因为技术壁垒并未攻克,又或许有其他不可描述的原因,Z6手机并未实现上述功能,甚至公司高管也不清楚“系统如何使用”,所谓的卫星手机被指责为“虚假宣传”“营销噱头”。

此次华为发布的新机,是否意味着公众从此可以和北斗“愉快地玩耍”了?中国交通通信信息中心导航中心副主任王淑芳表示,在导航领域,北斗早就应用在智能手机当中了,但通信功能还是第一次实现。

“此次华为Mate50实现的,主要是北斗短报文功能,并不是说从此智能手机完全抛弃基站,变成了一款卫星电话,公众也不应把北斗短报文和真正意义上的卫星通信画等号。”

据了解,短报文功能,是北斗系统区别于其他全球卫星导航系统独有的特色服务,即通过北斗卫星作为中继节点,在没有基站信号时将预警信息通过卫星传输给用户,广泛应用于救灾减灾、野外救援、远洋渔业等行业,通常而言,北斗短报文用户每分钟仅能发送一帧报文,报文长度不超过78字节。

虽然华为方面并未过多解释如何在手机上实现短报文功能,但今年7月一则新闻似乎已经揭示了答案——中国兵器工业集团有限公司、中国移动通信集团有限公司、中国电子科技集团有限公司以及国产手机厂商,联合完成了国内首颗手机北斗短报文通信射频基带一体化芯片研制。

王淑芳表示,从导航功能到通信功能的转变,无论手机厂商是否有“宣传”甚至“炒作”成分在,这其中的技术突破是不能否认的,也是北斗系统在大众应用领域的又一重大突破。

但另一方面,王淑芳也强调,技术实现与应用实现往往不在一个维度当中,技术上虽然取得突破,但应用层面还有很多挑战尚未完成,短时间内依然制约用户使用体验。

▲应用北斗导航系统的卫星手表 (图片来源/新华社)

比如说,理想当中的状态是,如果手机使用了北斗短报文功能,两用户之间就可以借助空中通道直接短信文字对话。但事实上,Mate50系列仅支持发送消息,不支持接收,且需要在空旷、无遮蔽的环境当中使用。即便如此,该功能目前也没有正式“上线”,来自华为官方消息表示,需要等待HOTA更新支持,通过畅连App进行激活。

至于公众关心的利用北斗卫星打电话、甚至使用上网服务,北斗短信系统容量有限,还不足以完全支撑,更多情况下只能是地面通信的必要补充。北斗最基本的功能是导航和授时,其短信功能,有别于带宽容量较大的通信卫星,打卫星电话还是建议用专门的卫星电话手持机。

“目前手机连接北斗卫星,实现的是手机上卫星通信有和无问题,这和十几年前非智能手机使用GPRS上网服务有些类似。当下北斗短信,最重要的是实现地面通信的补充功能,与用户理解的直连通话不太相同,需要有一个客观的认知。”王淑芳说道。

低轨卫星迎发展机遇

因此,卫星通信虽然已经成熟,但当下在民用消费市场,它所扮演的角色定位,仍是地面蜂窝通信系统的补充。

但正所谓“天上一小步 地下一大步”以华为、苹果为代表,众多手机厂商瞄准手机“星联网”并非空穴来风:在市场层面,手机星联网的发展,和自动驾驶高精度定位一样,打开更多民用领域的市场,给卫星通信产业上下游发展增添巨大活力。

甚至“星联网”无形中还助推了6G通信概念的成型——把核心放在卫星通信商,依靠不同轨道、不同种类、不同性能的通信卫星,实现手机信号全球覆盖。

在技术层面,低轨卫星迎来良好发展机遇,为手机与卫星早日实现真正意义上的“握手”创造了便利条件。

当下,根据平台高度可以把卫星分为高轨、中轨和低轨。不同轨道卫星作用不同,例如风云气象卫星属于高轨卫星,北斗导航卫星属于中轨道卫星。以前卫星发射成本较高,想扩大卫星的覆盖范围,就必须把卫星放得更高,但距离过远也带来了信号不佳的问题,在通信领域尤为明显。

现在随着技术的成熟,发射卫星的成本有所下降。以马斯克Space-X为代表的民营公司,采用火箭回收技术,降低了卫星发射成本,使得更加适合通信的“低轨道通信卫星”大量铺设。

业内大名鼎鼎的星链计划,就是大量向太空中发射低轨卫星。今年7月,搭载了46颗星链卫星的“猎鹰九号”发射升空,这一次发射成功后,马斯克的星链计划已经发射了2800颗卫星,但这距离最终4万颗的目标尚有一定差距。

无论是北斗短报文还是低轨卫星通信,都是卫星互联网不可或缺的技术支撑,北斗只是一个开始,率先实现了自主可控的卫星互联功能,但仍然受北斗短信容量限制等技术制约。在王淑芳看来,未来手机“星联网”想实现更大范围的应用,北斗卫星要与低轨通信卫星协同,成为万物互联的技术选择和实现路径。

她解释说,国内低轨卫星产业虽然起步较慢,但近年来发展十分迅速:2021年,注册资本100亿元的中国卫星网络集团在雄安成立。2022年,星网集团开始启动卫星通信地面网络建设,同时筹备商业火箭发射基地建设,展现出良好的商业化前景。

市场数据显示,2021年,我国卫星通信市场规模达757.7亿元,细分领域大众消费通信服务市场规模为614.9亿元,但卫星移动通信服务市场规模只有29.8亿元,称得上是“小荷才露尖尖角”。

无论采用哪种方法,如果能将专业卫星通信与大众化智能终端有机结合,势必打开了一个全新的通信阶段。王淑芳认为,一个全新的空天信息产业也将加速崛起,这有望进一步扩展经济、民生等领域的市场空间,为经济增长带来更多新动能。

Tips:消费者要为此多花钱吗?

值得一提的是,目前一部卫星电话的价格及资费标准并不亲民。记者注意到,在电商平台上,一部便携卫星电话的价格多在五千元到一万元之间,有的甚至高达数万元。资费方面,以在中国使用海事卫星电话为例,除交200元入网费外,接打每分钟费用约为1.8元。

那么,手机支持卫星通信后,用户要为此买单吗?

通过普通手机使用卫星通信,用户一定是要多付费的,这部分高成本手机厂商恐难以承担,但具体通过什么途径收费还不明确。“可能最终还是由运营商来代收,毕竟对用户来说,在运营商之外再设一个收费体系,比较麻烦。

通信行业观察家项立刚也认为,通过普通手机使用卫星通信,用户一定是要多付费的,且资费不会便宜。“目前收费方式不确定,可能会走运营商渠道,但肯定不会很便宜。因为它需要很高的运营维护成本,而且这个资源比较稀缺,相应的门槛也会很高。具体形式,按条收费的可能性比较大。”项立刚说。

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