全球首创!iPhone13跳票的功能让北斗卫星实现了?
作者 | 物联网智库2022-08-02

2020年8月,北斗三号全球卫星导航系统经过11年建设提前半年成功建成,去年,是北斗三号全球卫星导航系统建成后大规模应用的元年。而到了今年,北斗三号更是实现了多项技术突破,未来在智能手机上也将支持短报文通信服务。

去年,就有传言说iPhone13上将会实现卫星通信,现在,这个传言又转到了iPhone14和Apple Watch身上。根据著名的苹果爆料者Mark Gurman所说,未来的iPhone将加入卫星通信,可以让用户在没有信号的情况下发送紧急短信,而知名苹果分析师郭明錤也在他的报告中提到,下一代iPhone将支持低轨卫星通话和收发信息的功能。

不过,下一代iPhone是否能真正实现这项功能还未可知,但支持北斗短报文通信服务的智能手机可能会抢先一步到来。

上周六,关于北斗三号的最新成果正式向外界发布:中国兵器工业集团有限公司联合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,攻克多项关键核心技术,完成国内首颗手机北斗短报文通信射频基带一体化芯片研制,创新实现“不换卡、不换号、不增加外设”的大众手机“一号双网”设计,全球首次实现了大众智能手机卫星通信能力,在亚太地区大众用户将享受到北斗三号短报文通信服务。

北斗短报文通信是基于中国北斗二代、三代卫星导航系统的特点开发而来的,其同时具备定位与通讯功能,无需其他通讯系统或运营商的网络支持,即可实现北斗用户间的双向短报文通信。同时,北斗三号短报文通信在北斗二号的基础上进行了升级换代,提高了系统服务容量,降低了终端发射功率。

当手机搭载这项技术后,在通信方面将实现高敏度信号捕捉、创新通信编码能力等。不仅如此,通过长时间的研发,科研人员还攻克了体积的约束和功耗的要求等瓶颈的束缚,也就是说,未来只要普通用户所在的位置完成了北斗的地区覆盖,无需额外添加辅助设备,仅用智能手机就可以享受到无信号情况下的短报文通信服务,不再有“不在服务区”的这种痛点存在。

短报文通信“飞入寻常百姓家”

早在上世纪末,美国就有三个卫星系统:铱星、全球星和泰利迪斯卫星系统,分别由摩托罗拉、高通、微软三个巨头投资,面向全球提供语音通信系统,但由于地面上移动通信网络的迅猛发展,导致卫星通信的商业运营成本过高,这三个卫星系统如今也已经破产。虽然有些卫星系统仍在使用,但与普通人的手机通信基本无缘,而是被用于某些专业领域。

自1994年中国的卫星导航工程获批立项,我国便开始了“北斗一号双星导航定位系统” 的建设,到2020年第55颗北斗卫星顺利入轨时,北斗三号全球卫星系统得以全面建成和开通。而北斗系统作为我国自研的卫星系统,是继美国的GPS、俄罗斯的 GLONASS后推出的第三个全球导航卫星系统。目前,北斗卫星已经完成了对大部分地区的覆盖,而且短报文通信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之一,是其他任何一个全球卫星导航系统都不具备的,这也使得北斗系统成为了全球首个通信一体化的全球导航定位系统。

与美国类似,此前的北斗短报文收发功能也只存在于一些相对的专业领域,如灾害救援、船舶车辆管理等,而一般人只能使用北斗导航的定位功能。

在08年汶川地震的时候,就因为使用了北斗一代提供的短报文通信功能,才极大地提高了救援效率,但在当时还必须使用北斗专门的通信终端才能发送信息。不过,随着北斗短报文通信功能与其他技术的融合发展及推广,短报文通信服务逐渐在海洋渔业、电力电网、户外运动、水库雨水情等不同的场景得到了广泛的应用。

此前,普通用户如果想要在户外使用卫星通信功能,需要一个单独的专用接收设备,往往设备比较笨重,即便是便携式的,也无法与手机媲美,而且会在设备外伸出一根非常明显的天线。这种专用的卫星通信设备已经存在了多年,通常体积较大且价格高达几百美金,还要比手机消耗更多的能量。目前市面上支持北斗短报文的便携终端,也都会配合手机APP进行使用,从而实现应急通信、位置上报、轨迹记录等场景应用。

Garmin卫星电话

图:Garmin卫星电话

而由于卫星信号收发模块的体积和功耗问题在一定程度上被攻克,现在已经可以在手机有限的空间和功耗要求下加入卫星通信模块。此外,北斗系统和其他卫星导航系统的不同之处在于,有3颗地球静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星运行在36000千米的地球同步轨道上,卫星距离地面距离非常远,还需要解决信号灵敏度的问题。如今,科研人员也已经通过创新的信号编码技术,以及高灵敏度信号捕获技术,解决了手机直接对卫星信号进行接收的问题。

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卫星通信前景广阔

目前,北斗三号短报文通信服务已经覆盖中国及周边国家和地区,具备低成本、广覆盖、高可靠和随遇接入等特点,可对地面移动通信网络进行有效补充,而且得益于北斗系统信号的稳定、覆盖范围广,通常北斗短报文便携终端的定位精度可达到5-10m,如果配合上北斗三号通信协议,那么单次报文的长度将会增加至1000字,这将会解锁更多的应用场景。

到目前为止,地球上仍有超过 70%的地理空间,涉及 30 亿人口未能实现网络覆盖。在沙漠和山区等偏远地区,传统的地面通信铺设技术难度大、运营成本高,通过部署传统通信骨干网络在渗透率低的区域进行普及并不十分现实。

而卫星通信则能够解决地面通信覆盖不足等问题,未来具有广阔的市场空间。相比于4G和5G等地面通信,卫星通信也可以分为高轨和低轨两种方式,虽然最低时延高于地面通信,但在理论带宽上却不相上下,可覆盖的面积更是有着数量级的提升。

尤其是对于海洋作业、航空等场景,卫星通信是满足需求的唯一解决方案。对于远洋船舶而言,随着物联网和智能船舶的发展,通过卫星通信可以联通行驶中的船舶与岸端的数据中心,实现能效优化、工况监测等提高运营效率、降低运营成本的应用;对于航空出行来说,卫星通信具有带宽容量大、低成本、抗干扰性强、无地面建设费用的优势,将成为未来机载通信的重要发展方向。

当然,卫星通信对于国家而言还有着极其重要的战略意义。相较于地面通信,卫星通信不受极端灾害和军事方面的影响,能够持续提供通信服务。如在俄乌冲突中,俄罗斯摧毁中断了乌克兰地面通信服务,但Starlink很快就为乌克兰开通了星链网络服务,帮助乌克兰实现对外联系。

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根据罗兰贝格数据,全球卫星通信行业2018年收入高达 1265 亿美元,其中约 81%收入源于卫星消费通信。在卫星消费通信中,目前卫星宽带(互联网)的业务占比较小,仅 2%。未来,随着全球星网逐渐覆盖及成本下降,卫星通信应用迎来普及,卫星互联网业务增长潜力巨大。

与此同时,从供给端来看,随着制造技术的更新和竞争的加剧,卫星的发生成本也在大幅下降。从 1970 年到 2000 年,卫星发射的平均成本约为 18500 美元/千克。而随着Space X等革命性企业的出现,现在能够以约 2720 美元/千克的成本将卫星送入轨道,相较之前降低了 85%。

不仅如此,卫星的制造工艺也越来越先进。通过更加模块化的设计、标准化的总线技术和使用更小、更先进的组件,现在已经出现了专注于制造的卫星工厂,既节省了成本,又加快了批量生产的速度。例如,空中客车和 OneWeb 的合资企业——OneWeb Satellites,已经可以做到每天制造两颗卫星。

此外,由于高、中轨卫星的通信时延较长,难以满足日常互联网宽带业务需求,更适合用于卫星电视和定位导航,而低轨道卫星一般位于地球表面范围 300-2000 千米,具备传输延时小、链路损耗低、发射灵活等优点,最适合用于宽带通信,但低轨道只能容纳约 6 万颗卫星,且低轨卫星所主要采用的 Ku及 Ka 通信频段资源也逐渐趋于饱和状态,可用空间十分紧张。针对这种情况,早在2020年我国就发射了多颗低轨互联网试验卫星以及6G通信验证卫星,并且已经规划了一个由12992颗卫星组成的低轨互联网“星座”计划,也即将进入实施阶段。

写在最后

目前,Starlink还需要一个类似锅盖的接收设备才能使用,手机并不能直接连接卫星。而北斗卫星的短报文功能下放到普通的智能手机市场,证明了我国的卫星通信与地面通信相结合的“天地一体”规划,即将进入实质发展阶段。

也许到了未来的6G时代,手机将具备直接与低轨卫星星座进行通信的能力,甚至未来北斗系统还可能会继续升级,不仅开通图片和视频的传送功能,而且将卫星通信与物联网、区块链等新兴技术交叉创新,进而拓展出更多的使用场景。

参考资料:

1.《北斗系统首次有了质量认证,芯片天线等7种基础产品纳入认证》,南方都市报

2.《全球首创!北斗三号短报文通信服务成果正式发布》,凤凰网军事

3.《用了“中国芯”的北斗,有何优势?》,网易

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