除了苹果华为新机，现存智能手机都能不经修改直连卫星

梦晨 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

好消息，2023年现存智能手机都可以不经修改直连卫星网络。
坏消息，现阶段只能发短信，就像苹果iPhone 14系列和华为Mate50系列一样。
两家初创公司Lynk Global与AST SpaceMobile，均与全球20余家电信运营商达成协议，前者计划在2023年内开始商业运营，后者是在2024年。
全球最大运营商之一T-Mobile则与马斯克的星链合作，计划在2023年底测试卫星短信，语音和数据传输则要更晚一些。
我国的鸿雁卫星通信系统也预计在2023年建成骨干星座。
“您拨打的用户不在服务区”，终将成为历史。



为什么卫星通信集中在这个时候爆发？
几项关键技术成熟

在航天领域，火箭和空间站获得了最多的关注。
相比之下，卫星制造成本下降和尺寸缩小显得悄无声息、容易被人忽视。
实际上现在最小的卫星之一，Planet公司的Dove卫星只有4千克重、鞋盒大小，制造成本低于100万美元。
不过这种卫星只能用于成像，而不是通信。



今天的主角，低轨通信卫星重量通常在1吨以下，如SpaceX的卫星在200-300kg左右。
低轨指地球上空500-2000公里之间，由于距离地面较近、传输损耗低，一方面功率不高的普通手机也可以收到信号，另一方面卫星本身也可以采用轻型复合材料技术以及集成化设计。
相应的缺点是每颗卫星覆盖的地面面积较小，不过重量下降使单次发射可以搭载更多的卫星，也就是“一箭多星”，总的来说降低了平均发射成本。



△天文爱好者拍到的SpaceX卫星列队过境
除了重量成本下降之外，还有一项关键技术进展是软件定义卫星，就相当于手机从功能机到智能机的变化。
在过去，收发不同波长的信号需要不同的硬件。现在只需软件定义无线电技术，在特制芯片上处理软件调制的信号。
在卫星处理不同地区的信号时，可以通过软件来跳频（Frequency-Hopping），进一步节省空间，可以用来安装更大更有效的天线。
如AST SpaceMobile计划部署高达400平方米的天线，来加强与低功率、低信号强度的手机通信的质量。



即便如此，与地面信号塔相比，卫星通信的延迟问题依旧棘手。
手机与几公里之外的信号塔同步时间在5毫秒到10毫秒之内，对于几百公里外的卫星来说，这种方法就行不通了。
苹果卫星短信服务，在最初阶段对接较高轨道上的旧卫星，建立连接可能需要10分钟以上。
即使是最新的低轨卫星网络，目前也多是为手机提供短信服务以及有限的语音通话，卫星上网或者视频通话还有难度。
马斯克与T-Mobile合作的计划支持同时发送数十万条短信，但语音通话就只能同时处理1000-2000个连接。
不过卫星小型化、批量制造批量发射，再加上卫星间激光通信技术，相控阵天线技术等技术的成熟，也为另一个应用方向打开了空间——
卫星互联网

互联网卫星与通信卫星同样部署在低轨，但所用频段更高，带来更大的带宽。
与5G和光纤网络相比，卫星互联网好处在哪？
首先是人口密度低的边远地区，建设地面网络的投资回报不成比例，也是卫星互联网目前用户基数最大，且率先实现商业化运营的区域。
此外还有海上通信、极地科考、航空机载WiFi等传统网络难以到达的地方。
在海洋与沙漠油气田开采、煤区矿区等野外开采、环境和气候监测、货运与交通长距离监测跟踪等场景上，卫星互联网具有全球覆盖和成本的比较优势。
最后，早在2017年，英国电信集团网络架构师Neil McRae便对6G进行展望，称“6G将是5G+卫星网络”的组合，在5G基础上集成卫星网络实现互联网全球覆盖。
量子位智库根据公开数据推算，2023年卫星互联网服务市场规模将达6亿美元，2027年将达11亿美元。



目前国内的卫星互联网发展模式，开始由国家主导转变为国家与企业共同推动。
代表玩家有：
航天科技集团，其鸿雁星座为为用户提供全球无缝、实时宽窄带通信和综合业务服务，一起计划投资200亿元，预计在2023年建成骨干星座系统。
银河航天，其“小蜘蛛网”低轨宽带通信试验星座”已支撑我国低轨卫星互联网、天地一体网络等领域多项关键技术验证，估值约110亿人民币
吉利旗下的时空道宇，建设“未来出行星座”，提供智慧出行、智能网联、城市精细管理、应急通信保障、环境监测等解决方案
……
量子位智库预计2023年将迎来卫星发射的高峰期。



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参考链接：
[1]https://spectrum.ieee.org/satellite-cellphone
[2]https://www.washingtonpost.com/technology/2021/04/06/small-satellites-growth-space/
[3]https://twitter.com/dfuji1/status/1566891410640744448
—完—
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