2020年8月，北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)經過11年建設提前半年成功建成，去年，是北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)建成后大規(guī)模應用的元年。而到了今年，北斗三號更是實現(xiàn)了多項技術突破，未來在智能手機上也將支持短報文通信服務。
去年，就有傳言說iPhone13上將會實現(xiàn)衛(wèi)星通信，現(xiàn)在，這個傳言又轉到了iPhone14和Apple Watch身上。根據著名的蘋果爆料者Mark Gurman所說，未來的iPhone將加入衛(wèi)星通信，可以讓用戶在沒有信號的情況下發(fā)送緊急短信，而知名蘋果分析師郭明錤也在他的報告中提到，下一代iPhone將支持低軌衛(wèi)星通話和收發(fā)信息的功能。
不過，下一代iPhone是否能真正實現(xiàn)這項功能還未可知，但支持北斗短報文通信服務的智能手機可能會搶先一步到來。
上周六，關于北斗三號的最新成果正式向外界發(fā)布：中國兵器工業(yè)集團有限公司聯(lián)合中國移動通信集團有限公司、中國電子科技集團有限公司以及國產手機廠商，攻克多項關鍵核心技術，完成國內首顆手機北斗短報文通信射頻基帶一體化芯片研制，創(chuàng)新實現(xiàn)“不換卡、不換號、不增加外設”的大眾手機“一號雙網”設計，全球首次實現(xiàn)了大眾智能手機衛(wèi)星通信能力，在亞太地區(qū)大眾用戶將享受到北斗三號短報文通信服務。
北斗短報文通信是基于中國北斗二代、三代衛(wèi)星導航系統(tǒng)的特點開發(fā)而來的，其同時具備定位與通訊功能，無需其他通訊系統(tǒng)或運營商的網絡支持，即可實現(xiàn)北斗用戶間的雙向短報文通信。同時，北斗三號短報文通信在北斗二號的基礎上進行了升級換代，提高了系統(tǒng)服務容量，降低了終端發(fā)射功率。
當手機搭載這項技術后，在通信方面將實現(xiàn)高敏度信號捕捉、創(chuàng)新通信編碼能力等。不僅如此，通過長時間的研發(fā)，科研人員還攻克了體積的約束和功耗的要求等瓶頸的束縛，也就是說，未來只要普通用戶所在的位置完成了北斗的地區(qū)覆蓋，無需額外添加輔助設備，僅用智能手機就可以享受到無信號情況下的短報文通信服務，不再有“不在服務區(qū)”的這種痛點存在。
短報文通信“飛入尋常百姓家”
早在上世紀末，美國就有三個衛(wèi)星系統(tǒng)：銥星、全球星和泰利迪斯衛(wèi)星系統(tǒng)，分別由摩托羅拉、高通、微軟三個巨頭投資，面向全球提供語音通信系統(tǒng)，但由于地面上移動通信網絡的迅猛發(fā)展，導致衛(wèi)星通信的商業(yè)運營成本過高，這三個衛(wèi)星系統(tǒng)如今也已經破產。雖然有些衛(wèi)星系統(tǒng)仍在使用，但與普通人的手機通信基本無緣，而是被用于某些專業(yè)領域。
自1994年中國的衛(wèi)星導航工程獲批立項，我國便開始了“北斗一號雙星導航定位系統(tǒng)” 的建設，到2020年第55顆北斗衛(wèi)星順利入軌時，北斗三號全球衛(wèi)星系統(tǒng)得以全面建成和開通。而北斗系統(tǒng)作為我國自研的衛(wèi)星系統(tǒng)，是繼美國的GPS、俄羅斯的 GLONASS后推出的第三個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)。目前，北斗衛(wèi)星已經完成了對大部分地區(qū)的覆蓋，而且短報文通信是北斗系統(tǒng)區(qū)別于其他全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)獨有的特色服務之一，是其他任何一個全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)都不具備的，這也使得北斗系統(tǒng)成為了全球首個通信一體化的全球導航定位系統(tǒng)。
與美國類似，此前的北斗短報文收發(fā)功能也只存在于一些相對的專業(yè)領域，如災害救援、船舶車輛管理等，而一般人只能使用北斗導航的定位功能。
在08年汶川地震的時候，就因為使用了北斗一代提供的短報文通信功能，才極大地提高了救援效率，但在當時還必須使用北斗專門的通信終端才能發(fā)送信息。不過，隨著北斗短報文通信功能與其他技術的融合發(fā)展及推廣，短報文通信服務逐漸在海洋漁業(yè)、電力電網、戶外運動、水庫雨水情等不同的場景得到了廣泛的應用。
此前，普通用戶如果想要在戶外使用衛(wèi)星通信功能，需要一個單獨的專用接收設備，往往設備比較笨重，即便是便攜式的，也無法與手機媲美，而且會在設備外伸出一根非常明顯的天線。這種專用的衛(wèi)星通信設備已經存在了多年，通常體積較大且價格高達幾百美金，還要比手機消耗更多的能量。目前市面上支持北斗短報文的便攜終端，也都會配合手機APP進行使用，從而實現(xiàn)應急通信、位置上報、軌跡記錄等場景應用。
圖：Garmin衛(wèi)星電話
而由于衛(wèi)星信號收發(fā)模塊的體積和功耗問題在一定程度上被攻克，現(xiàn)在已經可以在手機有限的空間和功耗要求下加入衛(wèi)星通信模塊。此外，北斗系統(tǒng)和其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)的不同之處在于，有3顆地球靜止軌道衛(wèi)星和3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星運行在36000千米的地球同步軌道上，衛(wèi)星距離地面距離非常遠，還需要解決信號靈敏度的問題。如今，科研人員也已經通過創(chuàng)新的信號編碼技術，以及高靈敏度信號捕獲技術，解決了手機直接對衛(wèi)星信號進行接收的問題。
衛(wèi)星通信前景廣闊
目前，北斗三號短報文通信服務已經覆蓋中國及周邊國家和地區(qū)，具備低成本、廣覆蓋、高可靠和隨遇接入等特點，可對地面移動通信網絡進行有效補充，而且得益于北斗系統(tǒng)信號的穩(wěn)定、覆蓋范圍廣，通常北斗短報文便攜終端的定位精度可達到5-10m，如果配合上北斗三號通信協(xié)議，那么單次報文的長度將會增加至1000字，這將會解鎖更多的應用場景。
到目前為止，地球上仍有超過 70%的地理空間，涉及 30 億人口未能實現(xiàn)網絡覆蓋。在沙漠和山區(qū)等偏遠地區(qū)，傳統(tǒng)的地面通信鋪設技術難度大、運營成本高，通過部署傳統(tǒng)通信骨干網絡在滲透率低的區(qū)域進行普及并不十分現(xiàn)實。
而衛(wèi)星通信則能夠解決地面通信覆蓋不足等問題，未來具有廣闊的市場空間。相比于4G和5G等地面通信，衛(wèi)星通信也可以分為高軌和低軌兩種方式，雖然最低時延高于地面通信，但在理論帶寬上卻不相上下，可覆蓋的面積更是有著數(shù)量級的提升。
尤其是對于海洋作業(yè)、航空等場景，衛(wèi)星通信是滿足需求的唯一解決方案。對于遠洋船舶而言，隨著物聯(lián)網和智能船舶的發(fā)展，通過衛(wèi)星通信可以聯(lián)通行駛中的船舶與岸端的數(shù)據中心，實現(xiàn)能效優(yōu)化、工況監(jiān)測等提高運營效率、降低運營成本的應用；對于航空出行來說，衛(wèi)星通信具有帶寬容量大、低成本、抗干擾性強、無地面建設費用的優(yōu)勢，將成為未來機載通信的重要發(fā)展方向。
當然，衛(wèi)星通信對于國家而言還有著極其重要的戰(zhàn)略意義。相較于地面通信，衛(wèi)星通信不受極端災害和軍事方面的影響，能夠持續(xù)提供通信服務。如在俄烏沖突中，俄羅斯摧毀中斷了烏克蘭地面通信服務，但Starlink很快就為烏克蘭開通了星鏈網絡服務，幫助烏克蘭實現(xiàn)對外聯(lián)系。
根據羅蘭貝格數(shù)據，全球衛(wèi)星通信行業(yè)2018年收入高達 1265 億美元，其中約 81%收入源于衛(wèi)星消費通信。在衛(wèi)星消費通信中，目前衛(wèi)星寬帶（互聯(lián)網）的業(yè)務占比較小，僅 2%。未來，隨著全球星網逐漸覆蓋及成本下降，衛(wèi)星通信應用迎來普及，衛(wèi)星互聯(lián)網業(yè)務增長潛力巨大。
與此同時，從供給端來看，隨著制造技術的更新和競爭的加劇，衛(wèi)星的發(fā)生成本也在大幅下降。從 1970 年到 2000 年，衛(wèi)星發(fā)射的平均成本約為 18500 美元/千克。而隨著Space X等革命性企業(yè)的出現(xiàn)，現(xiàn)在能夠以約 2720 美元/千克的成本將衛(wèi)星送入軌道，相較之前降低了 85%。
不僅如此，衛(wèi)星的制造工藝也越來越先進。通過更加模塊化的設計、標準化的總線技術和使用更小、更先進的組件，現(xiàn)在已經出現(xiàn)了專注于制造的衛(wèi)星工廠，既節(jié)省了成本，又加快了批量生產的速度。例如，空中客車和 OneWeb 的合資企業(yè)——OneWeb Satellites，已經可以做到每天制造兩顆衛(wèi)星。
此外，由于高、中軌衛(wèi)星的通信時延較長，難以滿足日?；ヂ?lián)網寬帶業(yè)務需求，更適合用于衛(wèi)星電視和定位導航，而低軌道衛(wèi)星一般位于地球表面范圍 300-2000 千米，具備傳輸延時小、鏈路損耗低、發(fā)射靈活等優(yōu)點，最適合用于寬帶通信，但低軌道只能容納約 6 萬顆衛(wèi)星，且低軌衛(wèi)星所主要采用的 Ku及 Ka 通信頻段資源也逐漸趨于飽和狀態(tài)，可用空間十分緊張。針對這種情況，早在2020年我國就發(fā)射了多顆低軌互聯(lián)網試驗衛(wèi)星以及6G通信驗證衛(wèi)星，并且已經規(guī)劃了一個由12992顆衛(wèi)星組成的低軌互聯(lián)網“星座”計劃，也即將進入實施階段。
寫在最后
目前，Starlink還需要一個類似鍋蓋的接收設備才能使用，手機并不能直接連接衛(wèi)星。而北斗衛(wèi)星的短報文功能下放到普通的智能手機市場，證明了我國的衛(wèi)星通信與地面通信相結合的“天地一體”規(guī)劃，即將進入實質發(fā)展階段。
也許到了未來的6G時代，手機將具備直接與低軌衛(wèi)星星座進行通信的能力，甚至未來北斗系統(tǒng)還可能會繼續(xù)升級，不僅開通圖片和視頻的傳送功能，而且將衛(wèi)星通信與物聯(lián)網、區(qū)塊鏈等新興技術交叉創(chuàng)新，進而拓展出更多的使用場景。
參考資料：
1.《北斗系統(tǒng)首次有了質量認證，芯片天線等7種基礎產品納入認證》，南方都市報
2.《全球首創(chuàng)！北斗三號短報文通信服務成果正式發(fā)布》，鳳凰網軍事
3.《用了“中國芯”的北斗，有何優(yōu)勢？》，網易
