2020年8月，北斗(dou)三(san)號全球衛星導(dao)航(hang)系(xi)統經過11年建設提(ti)前半年成(cheng)功建成(cheng)，去年，是北斗(dou)三(san)號全球衛星導(dao)航(hang)系(xi)統建成(cheng)后大規模應用的元年。而到了今年，北斗(dou)三(san)號更是實現了多項技術(shu)突破，未來在智能手機上(shang)也將(jiang)支(zhi)持(chi)短報文通信服(fu)務。
去年，就有傳(chuan)言說iPhone13上將會實現(xian)衛(wei)星(xing)通(tong)信(xin)，現(xian)在，這個傳(chuan)言又轉(zhuan)到(dao)了iPhone14和(he)Apple Watch身上。根據著(zhu)名的(de)蘋果(guo)爆料者Mark Gurman所(suo)說，未來的(de)iPhone將加入衛(wei)星(xing)通(tong)信(xin)，可以讓(rang)用戶在沒有信(xin)號的(de)情況下發(fa)(fa)送緊(jin)急短信(xin)，而(er)知(zhi)名蘋果(guo)分析師郭明錤(qi)也在他(ta)的(de)報(bao)告中(zhong)提到(dao)，下一代iPhone將支持(chi)低軌衛(wei)星(xing)通(tong)話(hua)和(he)收發(fa)(fa)信(xin)息的(de)功能(neng)。
不過，下一代iPhone是否能(neng)真正實(shi)現(xian)這項功能(neng)還未可(ke)知(zhi)，但(dan)支持北(bei)斗短報(bao)文通(tong)信(xin)服(fu)務的智能(neng)(neng)手(shou)機可能(neng)(neng)會搶先一步到(dao)來。
上(shang)周六，關于北斗三號(hao)的最(zui)新成(cheng)果正式向外(wai)界發布：中國兵器工業集(ji)團(tuan)有(you)限(xian)公司聯合(he)中國移(yi)動通信(xin)集(ji)團(tuan)有(you)限(xian)公司、中國電子科技集(ji)團(tuan)有(you)限(xian)公司以及國產手機廠商，攻克(ke)多(duo)項關鍵核心(xin)技術(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。
北斗(dou)(dou)(dou)短(duan)(duan)報(bao)文通信是基于中國北斗(dou)(dou)(dou)二代、三代衛星導航系(xi)統(tong)的(de)特點開發(fa)而來的(de)，其同(tong)時具(ju)備定位與通訊功(gong)能，無需其他通訊系(xi)統(tong)或運營商的(de)網(wang)絡支持，即可實現北斗(dou)(dou)(dou)用戶(hu)間的(de)雙向(xiang)短(duan)(duan)報(bao)文通信。同(tong)時，北斗(dou)(dou)(dou)三號(hao)短(duan)(duan)報(bao)文通信在北斗(dou)(dou)(dou)二號(hao)的(de)基礎上進行了(le)(le)升級換代，提高了(le)(le)系(xi)統(tong)服務容量，降低了(le)(le)終端(duan)發(fa)射功(gong)率。
當手(shou)機搭(da)載這(zhe)項技術后，在(zai)通(tong)信(xin)方(fang)面將實現高敏度(du)信(xin)號捕捉、創新通(tong)信(xin)編碼(ma)能力等。不(bu)僅如此，通(tong)過長時間的(de)(de)(de)研發，科研人員還攻克(ke)了體(ti)積的(de)(de)(de)約束和(he)功耗(hao)的(de)(de)(de)要求等瓶頸的(de)(de)(de)束縛，也就是(shi)說，未來只要普(pu)通用戶所在的位置完成了北斗的地區(qu)覆蓋，無需額外添(tian)加輔(fu)助設備，僅用智能手機就可(ke)以享受到無信(xin)號情況下的短(duan)報文通信(xin)服務，不再有“不在服務區(qu)”的這種痛點存在。
短報文通信“飛(fei)入尋(xun)常百姓家”
早(zao)在(zai)上世紀末，美國(guo)就有三個衛(wei)星(xing)(xing)(xing)系統：銥星(xing)(xing)(xing)、全(quan)球星(xing)(xing)(xing)和泰利迪斯衛(wei)星(xing)(xing)(xing)系統，分別由(you)(you)摩(mo)托(tuo)羅拉、高通、微軟三個巨頭投資，面向全(quan)球提供(gong)語音(yin)通信(xin)系統，但(dan)由(you)(you)于地面上移動通信(xin)網絡的(de)迅猛發(fa)展，導致衛(wei)星(xing)(xing)(xing)通信(xin)的(de)商業(ye)運營成本過高，這三個衛(wei)星(xing)(xing)(xing)系統如今也已(yi)經破產。雖然有些衛(wei)星(xing)(xing)(xing)系統仍在(zai)使用(yong)，但(dan)與(yu)普通人的(de)手機通信(xin)基本無緣(yuan)，而是(shi)被用(yong)于某些專業(ye)領域。
自(zi)1994年(nian)中國(guo)的衛(wei)星(xing)導(dao)航工程獲批立項，我國(guo)便開(kai)(kai)始了“北(bei)斗(dou)一(yi)號雙星(xing)導(dao)航定位系(xi)統(tong)(tong)” 的建(jian)設(she)，到2020年(nian)第(di)55顆北(bei)斗(dou)衛(wei)星(xing)順(shun)利入軌時，北(bei)斗(dou)三號全球衛(wei)星(xing)系(xi)統(tong)(tong)得以全面建(jian)成(cheng)和開(kai)(kai)通(tong)。而北(bei)斗(dou)系(xi)統(tong)(tong)作(zuo)為我國(guo)自(zi)研的衛(wei)星(xing)系(xi)統(tong)(tong)，是(shi)繼美國(guo)的GPS、俄羅斯的 GLONASS后(hou)推出的第(di)三個全球導(dao)航衛(wei)星(xing)系(xi)統(tong)(tong)。目前，北(bei)斗(dou)衛(wei)星(xing)已(yi)經完成(cheng)了對大部分地區的覆蓋，而且短報文通信是北斗(dou)系(xi)統(tong)區(qu)別于其(qi)他(ta)全球(qiu)衛(wei)星導(dao)航(hang)系(xi)統(tong)獨有的特色(se)服(fu)務之一，是其(qi)他(ta)任何一個全球(qiu)衛(wei)星導(dao)航(hang)系(xi)統(tong)都(dou)不具備的，這也使得北斗(dou)系(xi)統(tong)成(cheng)為了全球(qiu)首(shou)個通信一體(ti)化(hua)的全球(qiu)導(dao)航(hang)定(ding)位系(xi)統(tong)。
與美國類似，此前的(de)北(bei)斗(dou)(dou)短報文(wen)收發功能也只存在(zai)于一些(xie)相對的(de)專業領域，如(ru)災(zai)害(hai)救(jiu)援、船舶車輛管理等，而(er)一般人只能使(shi)用北(bei)斗(dou)(dou)導(dao)航的(de)定位功能。
在08年(nian)汶川地震的時(shi)候，就因為使(shi)(shi)用了(le)(le)北斗一(yi)代提供的短報文通信功(gong)能(neng)，才(cai)極(ji)大地提高了(le)(le)救援效率，但在當時(shi)還必(bi)須(xu)使(shi)(shi)用北斗專門的通信終端才(cai)能(neng)發送信息(xi)。不(bu)過，隨著北(bei)斗短(duan)報文通信(xin)功能與其(qi)他技術的(de)融合(he)發展及推廣，短(duan)報文通信(xin)服務(wu)逐漸在海洋漁業、電力電網、戶外運動、水庫雨水情等不(bu)同的(de)場景得到了廣泛的(de)應用。
此前(qian)，普通(tong)用(yong)(yong)戶如果想要在戶外使(shi)用(yong)(yong)衛星通(tong)信(xin)功(gong)能，需要一個單獨的(de)專(zhuan)用(yong)(yong)接(jie)收(shou)設(she)備(bei)(bei)，往(wang)往(wang)設(she)備(bei)(bei)比較(jiao)笨重(zhong)，即便是(shi)便攜(xie)式(shi)的(de)，也無法與手機(ji)媲美(mei)，而且(qie)會在設(she)備(bei)(bei)外伸出一根非常明顯的(de)天線。這(zhe)種專(zhuan)用(yong)(yong)的(de)衛星通(tong)信(xin)設(she)備(bei)(bei)已經存在了(le)多年(nian)，通(tong)常體積較(jiao)大(da)且(qie)價(jia)格(ge)高達幾百美(mei)金，還要比手機(ji)消耗更多的(de)能量。目(mu)前(qian)市面(mian)上支(zhi)持北斗短報(bao)文(wen)的(de)便攜(xie)終(zhong)端，也都(dou)會配(pei)合手機(ji)APP進(jin)行使(shi)用(yong)(yong)，從而實現應(ying)急通(tong)信(xin)、位置上報(bao)、軌(gui)跡記錄等場景應(ying)用(yong)(yong)。
圖：Garmin衛星電話(hua)
而由(you)于衛(wei)星信號收(shou)發模塊(kuai)(kuai)的(de)體積和功耗問題在(zai)一定(ding)程(cheng)度上被(bei)攻克，現在(zai)已經可以在(zai)手機有限的(de)空間和功耗要求下加入衛(wei)星通信模塊(kuai)(kuai)。此外，北(bei)斗系(xi)統和其他衛(wei)星(xing)導航系(xi)統的(de)不同(tong)之處(chu)在于，有3顆地(di)球靜止軌道(dao)衛(wei)星(xing)和3顆傾斜地(di)球同(tong)步軌道(dao)衛(wei)星(xing)運行(xing)在36000千米(mi)的(de)地(di)球同(tong)步軌道(dao)上，衛(wei)星(xing)距離(li)地(di)面距離(li)非常(chang)遠，還需(xu)要解決信(xin)號靈(ling)敏(min)度的(de)問題。如今，科研人員也已經通過創新(xin)的信號編碼(ma)技術(shu)，以及高靈敏度信號捕獲技術(shu)，解決了手機直接對衛星信號進行(xing)接收的問題。
衛星通信前景廣闊
目前(qian)，北斗(dou)三號短報文通(tong)(tong)信(xin)服務已經覆蓋中國(guo)及(ji)周(zhou)邊國(guo)家(jia)和(he)地區，具(ju)備低成本(ben)、廣覆蓋、高可靠和(he)隨遇(yu)接(jie)入等特點，可對地面移動(dong)通(tong)(tong)信(xin)網絡進行有效(xiao)補充(chong)，而且得益于北斗(dou)系(xi)統信(xin)號的穩定、覆蓋范圍廣，通(tong)(tong)常北斗短報(bao)文便攜(xie)終(zhong)端的(de)定位精(jing)度可達到5-10m，如果(guo)配合上北斗三號通信協議(yi)，那么單次報(bao)文的(de)長度將會增(zeng)加至1000字，這將會解鎖更多的(de)應用場景。
到(dao)目前為(wei)止，地(di)球上(shang)仍(reng)有超過 70%的(de)地(di)理空間，涉及 30 億人(ren)口未能實現網絡覆蓋。在沙漠和山(shan)區(qu)(qu)等偏遠地(di)區(qu)(qu)，傳統的(de)地(di)面通(tong)(tong)信(xin)鋪設技術(shu)難度(du)大、運營成本(ben)高，通(tong)(tong)過部署傳統通(tong)(tong)信(xin)骨干網絡在滲透率(lv)低的(de)區(qu)(qu)域進行(xing)普及并不十分現實。
而(er)衛星通信(xin)則能夠解決地面通信(xin)覆蓋(gai)不足等問題，未來具有廣闊的市場空間。相比(bi)于(yu)4G和5G等地(di)面通信(xin)(xin)，衛星通信(xin)(xin)也(ye)可(ke)(ke)以分為高軌和低(di)軌兩種方式，雖(sui)然最低(di)時延高于(yu)地(di)面通信(xin)(xin)，但在理論帶(dai)寬(kuan)上(shang)卻不相上(shang)下，可(ke)(ke)覆蓋的(de)面積更(geng)是有著(zhu)數量級(ji)的(de)提升。
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，衛星(xing)通信對于國家而言還有著極(ji)其重要的戰略意義。相較于地面(mian)通信，衛星(xing)通信不(bu)受(shou)極(ji)端災害和(he)軍事(shi)方面(mian)的影響，能夠持續提(ti)供(gong)通信服務。如在俄(e)烏沖突中，俄(e)羅斯摧毀中斷了烏克(ke)蘭地面(mian)通信服務，但Starlink很快就為烏克(ke)蘭開通了星(xing)鏈(lian)網絡服務，幫助烏克(ke)蘭實現對外聯系。
根據羅蘭貝格(ge)數據，全(quan)球衛(wei)(wei)星通(tong)信(xin)行業(ye)2018年收入(ru)高達 1265 億美元，其中約 81%收入(ru)源于衛(wei)(wei)星消(xiao)費通(tong)信(xin)。在(zai)衛(wei)(wei)星消(xiao)費通(tong)信(xin)中，目前衛(wei)(wei)星寬(kuan)帶（互聯網(wang)）的業(ye)務占比(bi)較(jiao)小，僅(jin) 2%。未來，隨著全(quan)球星網(wang)逐漸覆蓋及成本下降(jiang)，衛(wei)(wei)星通(tong)信(xin)應(ying)用迎來普及，衛(wei)(wei)星互聯網(wang)業(ye)務增(zeng)長潛力巨大。
與(yu)此同時，從(cong)供(gong)給端來看，隨著制(zhi)造(zao)技(ji)術(shu)的(de)更新和(he)競爭的(de)加劇，衛星(xing)的(de)發生成本(ben)也在大幅下降。從 1970 年到(dao) 2000 年，衛星發(fa)射的(de)平均成(cheng)本約為 18500 美(mei)元/千克(ke)(ke)。而隨著(zhu)Space X等革命性(xing)企業的(de)出現，現在能夠以約 2720 美(mei)元/千克(ke)(ke)的(de)成(cheng)本將衛星送入(ru)軌道(dao)，相較之(zhi)前(qian)降低了 85%。
不僅如此(ci)，衛星的制造工藝也越(yue)來越(yue)先進。通過(guo)更加(jia)模塊化(hua)的(de)設計、標準化(hua)的(de)總線技(ji)術和使用(yong)更小、更先進的(de)組(zu)件，現在已經(jing)出現了(le)專注于制(zhi)造(zao)的(de)衛星(xing)工(gong)廠，既節省了(le)成本(ben)，又(you)加(jia)快了(le)批量生產的(de)速度。例如，空中客車和 OneWeb 的(de)合資企業——OneWeb Satellites，已經(jing)可以做到每(mei)天制(zhi)造(zao)兩顆衛星(xing)。
此(ci)外，由于高、中軌衛(wei)星的(de)通信(xin)時延(yan)較長，難以滿足日常互聯網(wang)寬帶業務需求，更(geng)適合用于衛(wei)星電視和定位導(dao)航(hang)，而低(di)(di)軌道衛(wei)星一般位于地(di)球表面范圍 300-2000 千米，具備傳輸延(yan)時小、鏈路(lu)損耗低(di)(di)、發射(she)靈活等(deng)優點，最適合用于寬帶通信(xin)，但(dan)低軌道只(zhi)能容納約(yue) 6 萬(wan)顆衛星，且低軌衛星所主(zhu)要采用的 Ku及 Ka 通信頻(pin)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，早在2020年我國(guo)就(jiu)發射了(le)多(duo)顆(ke)低軌(gui)互聯網試驗衛星(xing)(xing)(xing)以及6G通信驗證衛星(xing)(xing)(xing)，并且已經規劃(hua)了(le)一個由12992顆(ke)衛星(xing)(xing)(xing)組(zu)成的低軌(gui)互聯網“星(xing)(xing)(xing)座(zuo)”計劃(hua)，也即將進入(ru)實施階段。
寫在最后
目(mu)前，Starlink還(huan)需要一個類似鍋蓋的(de)接(jie)收設(she)備才(cai)能(neng)使用(yong)，手機(ji)并不(bu)能(neng)直接(jie)連(lian)接(jie)衛(wei)星(xing)。而(er)北斗衛(wei)星(xing)的(de)短報文功(gong)能(neng)下放到普(pu)通的(de)智(zhi)能(neng)手機(ji)市場，證(zheng)明(ming)了我國的(de)衛(wei)星(xing)通信(xin)與地(di)面(mian)通信(xin)相(xiang)結(jie)合(he)的(de)“天地(di)一體”規劃，即將(jiang)進入實質發展(zhan)階段。
也許到了(le)未來的(de)(de)6G時(shi)代(dai)，手(shou)機將具備直接與低軌衛(wei)星星座進行通信的(de)(de)能力，甚(shen)至未來北(bei)斗系統還可(ke)能會繼續升級，不僅開通圖片和視頻的(de)(de)傳(chuan)送功能，而(er)且將衛(wei)星通信與物聯網、區塊(kuai)鏈等新興技術(shu)交叉創新，進而(er)拓(tuo)展出更多的(de)(de)使用場(chang)景。
參考資料：
1.《北斗系(xi)統首次有了質量認證，芯片天線等(deng)7種(zhong)基礎(chu)產(chan)品(pin)納(na)入認證》，南方都市(shi)報
2.《全(quan)球首(shou)創！北斗三(san)號短(duan)報(bao)文通信(xin)服(fu)務成果正(zheng)式發布(bu)》，鳳凰網軍事
3.《用了(le)“中國芯”的北(bei)斗，有何優(you)勢？》，網易
