2020年(nian)(nian)(nian)8月，北斗三(san)號全(quan)球衛(wei)星(xing)導航系統經過11年(nian)(nian)(nian)建(jian)設提前半年(nian)(nian)(nian)成(cheng)功建(jian)成(cheng)，去年(nian)(nian)(nian)，是北斗三(san)號全(quan)球衛(wei)星(xing)導航系統建(jian)成(cheng)后大規模應用的(de)元年(nian)(nian)(nian)。而到了(le)今年(nian)(nian)(nian)，北斗三(san)號更是實現了(le)多項技術突(tu)破，未(wei)來(lai)在智能手機上也(ye)將支持(chi)短報文通信服務。
去年(nian)，就有(you)傳(chuan)言(yan)說iPhone13上將(jiang)(jiang)會實現(xian)衛星通(tong)信，現(xian)在(zai)，這個傳(chuan)言(yan)又轉到了iPhone14和(he)Apple Watch身上。根據著(zhu)名的(de)蘋果爆料者Mark Gurman所說，未來的(de)iPhone將(jiang)(jiang)加入(ru)衛星通(tong)信，可以讓用戶在(zai)沒有(you)信號的(de)情(qing)況下(xia)發(fa)(fa)送緊急短信，而知(zhi)名蘋果分析師(shi)郭明(ming)錤也(ye)在(zai)他的(de)報告中提到，下(xia)一(yi)代(dai)iPhone將(jiang)(jiang)支持低軌衛星通(tong)話和(he)收發(fa)(fa)信息的(de)功能(neng)。
不(bu)過，下(xia)一代iPhone是否(fou)能真(zhen)正實現這項功能還未可知，但支持北(bei)斗短報文(wen)通信服務的(de)智能(neng)手機(ji)可能(neng)會搶先一步到(dao)來(lai)。
上周(zhou)六，關于北斗三號的最新成果正式向外界發布：中(zhong)國(guo)(guo)兵器工業(ye)集團(tuan)有限(xian)公(gong)司聯合(he)中(zhong)國(guo)(guo)移動(dong)通信集團(tuan)有限(xian)公(gong)司、中(zhong)國(guo)(guo)電子科技(ji)集團(tuan)有限(xian)公(gong)司以及(ji)國(guo)(guo)產手機(ji)廠商，攻克多項關鍵核心技(ji)術(shu)，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，創新實現“不換卡、不換號、不增加外設”的大眾手機“一號雙網”設計，全球首次實現了大眾智能手機衛星通信能力，在亞太地區大眾用戶將享受到北斗三號短報文通信服務。
北(bei)斗短(duan)(duan)報(bao)文(wen)通(tong)(tong)信是(shi)基于中國北(bei)斗二代、三代衛星導航系(xi)統(tong)的特(te)點(dian)開發(fa)(fa)而來的，其同時(shi)具備定位與通(tong)(tong)訊功(gong)能，無需其他通(tong)(tong)訊系(xi)統(tong)或運營(ying)商的網絡支持，即可(ke)實現(xian)北(bei)斗用戶間(jian)的雙向(xiang)短(duan)(duan)報(bao)文(wen)通(tong)(tong)信。同時(shi)，北(bei)斗三號短(duan)(duan)報(bao)文(wen)通(tong)(tong)信在北(bei)斗二號的基礎上進(jin)行了(le)升級(ji)換代，提高了(le)系(xi)統(tong)服務容量，降低(di)了(le)終端發(fa)(fa)射(she)功(gong)率。
當手機搭載(zai)這項技(ji)術后，在通信方(fang)面將實現高敏度信號捕捉、創新通信編碼能力等。不(bu)僅(jin)如此，通過(guo)長時間(jian)的(de)研發，科研人員還攻(gong)克了體積(ji)的(de)約束和功耗的(de)要求等瓶頸的(de)束縛(fu)，也就是說(shuo)，未(wei)來只要普通(tong)用(yong)戶所在(zai)(zai)的(de)位置完(wan)成了北斗的(de)地區覆蓋，無需額外添加(jia)輔助設備，僅用(yong)智能(neng)手(shou)機就可(ke)以享受到無信號情況下的(de)短報(bao)文通(tong)信服(fu)務(wu)，不再有“不在(zai)(zai)服(fu)務(wu)區”的(de)這種痛點存在(zai)(zai)。
短報文通信(xin)“飛入(ru)尋常(chang)百姓(xing)家”
早在上世紀(ji)末，美(mei)國就有(you)三(san)個(ge)衛(wei)星(xing)系(xi)統(tong)(tong)：銥星(xing)、全球星(xing)和(he)泰利迪斯衛(wei)星(xing)系(xi)統(tong)(tong)，分別由(you)摩托羅拉(la)、高通(tong)(tong)、微軟三(san)個(ge)巨頭(tou)投資，面向全球提供語音通(tong)(tong)信(xin)系(xi)統(tong)(tong)，但由(you)于地面上移動通(tong)(tong)信(xin)網(wang)絡的(de)迅(xun)猛發(fa)展，導致衛(wei)星(xing)通(tong)(tong)信(xin)的(de)商業運營成本過(guo)高，這三(san)個(ge)衛(wei)星(xing)系(xi)統(tong)(tong)如今也已(yi)經破(po)產(chan)。雖然有(you)些衛(wei)星(xing)系(xi)統(tong)(tong)仍在使用，但與普通(tong)(tong)人的(de)手機通(tong)(tong)信(xin)基本無緣，而是(shi)被用于某些專業領域。
自(zi)1994年(nian)中國的衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)導(dao)航(hang)工程獲批立項，我國便(bian)開始了“北(bei)斗一(yi)號雙星(xing)(xing)導(dao)航(hang)定位系(xi)(xi)統(tong)” 的建設(she)，到2020年(nian)第55顆北(bei)斗衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)順利(li)入(ru)軌時，北(bei)斗三號全球(qiu)衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)系(xi)(xi)統(tong)得以(yi)全面建成(cheng)和開通。而北(bei)斗系(xi)(xi)統(tong)作為(wei)我國自(zi)研的衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)系(xi)(xi)統(tong)，是繼美(mei)國的GPS、俄羅斯(si)的 GLONASS后推(tui)出的第三個全球(qiu)導(dao)航(hang)衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)系(xi)(xi)統(tong)。目前(qian)，北(bei)斗衛(wei)(wei)(wei)星(xing)(xing)已經完成(cheng)了對大部分地區的覆(fu)蓋，而且短報文通信是(shi)(shi)北斗系(xi)(xi)統(tong)區別于其(qi)他全球(qiu)衛星(xing)導航系(xi)(xi)統(tong)獨有的特色服(fu)務之一(yi)，是(shi)(shi)其(qi)他任何一(yi)個全球(qiu)衛星(xing)導航系(xi)(xi)統(tong)都不具備的，這也使(shi)得北斗系(xi)(xi)統(tong)成為了全球(qiu)首個通信一(yi)體(ti)化的全球(qiu)導航定位系(xi)(xi)統(tong)。
與美國(guo)類(lei)似，此(ci)前的(de)北斗(dou)短報文收發功(gong)能(neng)也只(zhi)(zhi)存在于一些相(xiang)對的(de)專業(ye)領域，如災害(hai)救(jiu)援、船舶車(che)輛管理(li)等，而一般人只(zhi)(zhi)能(neng)使(shi)用北斗(dou)導航的(de)定位功(gong)能(neng)。
在08年汶川(chuan)地(di)震的(de)時(shi)候，就(jiu)因為使用了(le)北斗一代提供的(de)短報文通信(xin)功(gong)能，才(cai)極(ji)大地(di)提高了(le)救(jiu)援效率，但(dan)在當時(shi)還必(bi)須使用北斗專門的(de)通信(xin)終端(duan)才(cai)能發送信(xin)息。不(bu)過，隨著北(bei)斗短(duan)報文通信(xin)功(gong)能與其他技術的(de)融合發(fa)展及推廣，短(duan)報文通信(xin)服(fu)務逐漸在海洋漁(yu)業、電力(li)電網、戶外運(yun)動、水庫雨水情等(deng)不(bu)同(tong)的(de)場景(jing)得到(dao)了廣泛的(de)應用。
此(ci)前(qian)，普通(tong)用(yong)戶(hu)如果(guo)想要(yao)在戶(hu)外使(shi)(shi)用(yong)衛(wei)星通(tong)信(xin)功能，需(xu)要(yao)一個(ge)單獨的(de)(de)專用(yong)接收設備，往往設備比較(jiao)笨重，即便(bian)是便(bian)攜式(shi)的(de)(de)，也無法(fa)與手(shou)機(ji)媲美，而(er)且會(hui)在設備外伸出一根(gen)非(fei)常明顯(xian)的(de)(de)天線。這種專用(yong)的(de)(de)衛(wei)星通(tong)信(xin)設備已經存在了多年，通(tong)常體積較(jiao)大且價格高達(da)幾百美金，還(huan)要(yao)比手(shou)機(ji)消耗(hao)更(geng)多的(de)(de)能量(liang)。目前(qian)市面上支(zhi)持北斗短報(bao)文的(de)(de)便(bian)攜終端，也都(dou)會(hui)配合手(shou)機(ji)APP進行使(shi)(shi)用(yong)，從而(er)實現應(ying)急通(tong)信(xin)、位置上報(bao)、軌跡記錄等場(chang)景應(ying)用(yong)。
圖：Garmin衛星電話(hua)
而由于衛(wei)星(xing)信(xin)(xin)號(hao)收發(fa)模(mo)塊的體積和功耗問題(ti)在一定程度上被攻克，現在已經可以在手機有限的空間和功耗要求(qiu)下(xia)加入衛(wei)星(xing)通信(xin)(xin)模(mo)塊。此(ci)外(wai)，北(bei)斗系(xi)統和其他衛(wei)星(xing)(xing)(xing)導航系(xi)統的不同之處在(zai)于(yu)，有3顆地球(qiu)(qiu)靜(jing)止軌道(dao)衛(wei)星(xing)(xing)(xing)和3顆傾斜地球(qiu)(qiu)同步軌道(dao)衛(wei)星(xing)(xing)(xing)運(yun)行在(zai)36000千米的地球(qiu)(qiu)同步軌道(dao)上，衛(wei)星(xing)(xing)(xing)距離地面距離非常遠，還(huan)需要解決信(xin)號(hao)靈(ling)敏度的問題。如(ru)今，科(ke)研人員也(ye)已經通過創新的信(xin)號編(bian)碼技術，以及高靈敏度信(xin)號捕獲技術，解決了手機直接對衛(wei)星信(xin)號進行接收的問(wen)題。
衛星(xing)通信(xin)前景(jing)廣闊
目前，北斗(dou)三號短報文通信(xin)服務已經覆蓋中國(guo)及周(zhou)邊國(guo)家和(he)地區，具備(bei)低成本、廣覆蓋、高可(ke)靠和(he)隨遇接(jie)入等(deng)特點，可(ke)對地面移動(dong)通信(xin)網(wang)絡(luo)進行有效(xiao)補(bu)充，而且(qie)得益于北斗(dou)系(xi)統信(xin)號的穩定、覆蓋范圍廣，通常北(bei)斗(dou)(dou)短報文便攜(xie)終端的(de)定位精(jing)度(du)可達到5-10m，如果配合上北(bei)斗(dou)(dou)三號通(tong)信協議(yi)，那么單次報文的(de)長度(du)將會增加至(zhi)1000字(zi)，這將會解鎖更多的(de)應用場景。
到目前(qian)為止(zhi)，地球上仍有超過(guo) 70%的(de)地理(li)空間，涉(she)及 30 億(yi)人口未能實(shi)現(xian)(xian)網(wang)絡覆蓋。在(zai)沙漠和山區(qu)等偏遠(yuan)地區(qu)，傳(chuan)統(tong)(tong)的(de)地面通(tong)信(xin)鋪設技術難度(du)大、運營成本高，通(tong)過(guo)部署傳(chuan)統(tong)(tong)通(tong)信(xin)骨干網(wang)絡在(zai)滲透率低的(de)區(qu)域進(jin)行普及并不(bu)十(shi)分現(xian)(xian)實(shi)。
而衛(wei)星(xing)通信(xin)則能(neng)夠(gou)解決(jue)地面通信(xin)覆蓋不(bu)足等問題，未來具有廣(guang)闊的(de)市場空間(jian)。相(xiang)比于(yu)4G和5G等地面通信，衛星(xing)通信也可以(yi)分(fen)為高(gao)(gao)軌(gui)(gui)和低(di)軌(gui)(gui)兩種方式，雖(sui)然(ran)最(zui)低(di)時延高(gao)(gao)于(yu)地面通信，但(dan)在理論(lun)帶寬上(shang)卻不相(xiang)上(shang)下，可覆(fu)蓋的(de)面積更是(shi)有著數(shu)量級的(de)提(ti)升。
尤其是對于海洋作業、航空等場景，衛星通信是滿足需求的唯一解決方案。對于遠洋船舶而言，隨著物聯網和智能船舶的發展，通過衛星通信可以聯通行駛中的船舶與岸端的數據中心，實現能效優化、工況監測等提高運營效率、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勢，將成為未來機載通信的重要發展方向。
當然，衛(wei)星(xing)通(tong)信(xin)對于(yu)國家而言還有(you)著極(ji)其(qi)重要的戰略意(yi)義(yi)。相較(jiao)于(yu)地(di)面(mian)通(tong)信(xin)，衛(wei)星(xing)通(tong)信(xin)不受極(ji)端災害(hai)和軍事(shi)方面(mian)的影響，能夠持續提供通(tong)信(xin)服(fu)務(wu)。如在俄烏(wu)沖突中，俄羅斯摧毀中斷了(le)烏(wu)克蘭(lan)地(di)面(mian)通(tong)信(xin)服(fu)務(wu)，但Starlink很快(kuai)就為烏(wu)克蘭(lan)開(kai)通(tong)了(le)星(xing)鏈網(wang)絡(luo)服(fu)務(wu)，幫助烏(wu)克蘭(lan)實現對外聯系。
根據(ju)羅(luo)蘭貝(bei)格數據(ju)，全球衛(wei)(wei)(wei)星(xing)通信行業2018年收入高達 1265 億美元，其中約 81%收入源于衛(wei)(wei)(wei)星(xing)消(xiao)費通信。在衛(wei)(wei)(wei)星(xing)消(xiao)費通信中，目(mu)前衛(wei)(wei)(wei)星(xing)寬(kuan)帶(dai)（互聯(lian)網）的業務(wu)占(zhan)比較小(xiao)，僅(jin) 2%。未來(lai)，隨著全球星(xing)網逐漸覆(fu)蓋及成本下降，衛(wei)(wei)(wei)星(xing)通信應用(yong)迎來(lai)普及，衛(wei)(wei)(wei)星(xing)互聯(lian)網業務(wu)增長潛力巨大。
與此(ci)同時，從供給端來看，隨著制造技術的更新和競(jing)爭的加劇(ju)，衛星的發生成本(ben)也在大幅下降。從 1970 年到 2000 年，衛(wei)星發射的平均成本(ben)約為(wei) 18500 美(mei)元/千克。而隨(sui)著Space X等(deng)革命性企業的出(chu)現(xian)，現(xian)在能夠以約 2720 美(mei)元/千克的成本(ben)將衛(wei)星送入軌道，相較(jiao)之前降低了 85%。
不僅(jin)如(ru)此，衛星(xing)的制造工藝也越來越先(xian)進。通過更加模塊(kuai)化(hua)的(de)(de)設計、標(biao)準化(hua)的(de)(de)總線技術和使(shi)用更小、更先進的(de)(de)組(zu)件，現在已(yi)經出現了(le)專注于制(zhi)造的(de)(de)衛星(xing)工廠(chang)，既節省了(le)成本(ben)，又加快(kuai)了(le)批(pi)量生產的(de)(de)速度。例(li)如，空中客車和 OneWeb 的(de)(de)合(he)資企業——OneWeb Satellites，已(yi)經可以做到每天制(zhi)造兩顆衛星(xing)。
此外，由于(yu)高、中軌(gui)衛星(xing)(xing)的通(tong)信(xin)時延較長，難以滿足日常互聯網寬帶業務需求，更適合(he)(he)用(yong)(yong)于(yu)衛星(xing)(xing)電視和(he)定位(wei)導航，而低軌(gui)道衛星(xing)(xing)一般(ban)位(wei)于(yu)地球表面(mian)范圍 300-2000 千(qian)米(mi)，具備傳輸延時小(xiao)、鏈(lian)路損(sun)耗低、發射靈活等優(you)點，最適合(he)(he)用(yong)(yong)于(yu)寬帶通(tong)信(xin)，但低軌道只能容納(na)約 6 萬顆衛(wei)星，且低軌衛(wei)星所主(zhu)要采(cai)用的 Ku及(ji) Ka 通信(xin)頻段資源也逐漸趨于飽和狀態，可(ke)用空間十分緊張。針對這種情況(kuang)，早在2020年我國就發射了多顆低(di)軌(gui)互(hu)聯網試驗衛(wei)星(xing)以及(ji)6G通信驗證衛(wei)星(xing)，并且已經規(gui)劃了一個由12992顆衛(wei)星(xing)組成(cheng)的(de)低(di)軌(gui)互(hu)聯網“星(xing)座(zuo)”計劃，也即將進入實施階(jie)段。
寫在最后
目(mu)前，Starlink還需要一(yi)個類似鍋蓋的接(jie)收設備(bei)才能使用，手機(ji)并不能直接(jie)連(lian)接(jie)衛(wei)星(xing)(xing)。而北斗衛(wei)星(xing)(xing)的短(duan)報文功能下放到普(pu)通(tong)的智能手機(ji)市場，證明了我國的衛(wei)星(xing)(xing)通(tong)信(xin)與地面通(tong)信(xin)相結合的“天地一(yi)體”規(gui)劃，即(ji)將進入(ru)實質發展階段。
也(ye)許到了未來的(de)6G時代，手機將具備直接與低軌衛(wei)(wei)星星座(zuo)進行(xing)通(tong)信(xin)的(de)能力，甚至未來北斗系統還(huan)可能會(hui)繼續(xu)升(sheng)級，不僅開通(tong)圖片(pian)和視(shi)頻的(de)傳送功能，而(er)(er)且(qie)將衛(wei)(wei)星通(tong)信(xin)與物聯網、區塊(kuai)鏈等新(xin)興技術交叉創新(xin)，進而(er)(er)拓展出(chu)更多(duo)的(de)使用(yong)場景。
參(can)考資料：
1.《北斗系統首次有(you)了(le)質量認(ren)證(zheng)，芯片天線等7種基礎產品納入認(ren)證(zheng)》，南方都市報
2.《全球首(shou)創！北斗三號短報文(wen)通信服務成果(guo)正(zheng)式發布》，鳳凰網軍(jun)事
3.《用了(le)“中國(guo)芯(xin)”的北斗，有何優勢？》，網易
