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全民卫星通话才是技术大跨越谁将超越华为+北斗?
  谁将超越华为和苹果,第一个实现卫星通话?先要看有没有卫星可用。
  众所周知,北斗主业是定位导航系统,短报文只是它附带的功能。浙江大学微小卫星研究中心主任金仲和认为,北斗很难再跟第二家手机厂商合作,一来北斗系统能支持的通信容量十分有限,如果全民使用,频段大概率会被堵死;二来北斗还有其他重任,其特殊性决定了它只能给国内核心手机厂商使用。
  2008年汶川地震,地面通信几乎瘫痪,灾区成为一座座孤岛。彼时,中国没有自己的移动通信卫星系统,空军派出15名空降兵勇士,携带2部国外系统的卫星电话,冒着生命危险恢复灾区与外界的联系。中国自主卫星移动通信系统由此开始研发,10年后,2018年,天通卫星通信服务开始试商用,由中国电信独家运营,运营主体是中国电信集团卫星通信有限公司(下简称中国电信卫星公司)。
  2020年,天通卫星正式商用,中国人拥有了自己的卫星电话,不再依赖国外。所以放眼望去,国内专门用于通信的高轨卫星非天通莫属。除了短信外,天通卫星还支持通话、视频甚至384kbps数据服务支持上网。“目前,中国电信卫星公司正在与国内手机厂商合作推进手机直连卫星功能,将尽快推出突破性产品。”中国电信卫星公司技术总师陈宏向《IT时报》记者透露,这一突破可能会从卫星短信跨越到卫星通话。
  形似大哥大,一根长长的天线裸露在外,为的是接收到几万公里外的卫星信号,这就是传统的卫星电话,实现卫星通话难道要让手机设计“开倒车”吗?
  在陈宏看来,手机直连卫星有三大技术挑战:虽然已经可以把卫星电话做得跟普通手机一般大小,但要把天线植入到小小的手机中还是一个挑战,特别是和3.6万公里远的高轨卫星通信难度更大,对射频器件、天线性能要求很高。其次是芯片关,原先卫星电话中有两张芯片,一张支持卫星通信,一张支持普通蜂窝网络,但现在消费级手机内部空间已近极限,很难承载两张芯片,只能尝试让一张芯片支持两种网络。还有一点是大多数参与者没有意识到的,卫星网络多是烟囱式,卫星电话只能用专用号段。不过这一痛点已经被中国电信卫星公司消除,在今年上半年发布的天地翼卡上实现了一卡双网。
  IEEE地球科学与遥感学会AdCom委员、复旦大学信息科学与工程学院副院长徐丰也认为,天线和芯片是最大的技术挑战,芯片要能解调微弱的信号及发射更大的功率,天线要设计成高增益的圆极化、方向能朝上指向卫星,这与传统基站通信有很大区别。
  在浙江舟山的400多条渔船上,渔民带着卫星电话出海。去年河南暴雨,今年泸定地震,都能见到天通卫星电话的身影。其实早在一年前,中国电信卫星公司就已经在拓展民用市场,中国电信卫星公司总经理杨岭才在接受《IT时报》记者专访时提到,除了应急通信外,驴友越野探险、海上邮轮等民用场景也在拓展中。天通系列卫星的覆盖范围已经从我国的领土、领海扩展到周边,包括东南亚、太平洋海域等。
  短短一年,天通卫星用户已从10万户增加至14万户。这些数据支撑着陈宏团队的精准预估,天通卫星还能容纳多少用户的通信需求。“天通卫星的容量非常充裕,后续我们打算采取稳中求进的策略,先推出带卫星通信功能的一款机型,再根据市场反响决定是否向其他机型,或向其他运营商用户开放。”陈宏道出了中国电信卫星公司在手机直连卫星市场的布局。“华为和北斗合作,因为不用大改原有手机设计”,一位接近华为的行业人士向《IT时报》记者透露,光争取到卫星资源还不够,手机厂商自身需要有较强的自研能力,其中涉及芯片、天线等各个产业链环节。
  Sat5G卫星通信标准发起人、世域网通创始人郭正标认为,除了华为之外,国内手机厂商很难在短时间内推出卫星通信功能,华为有海思芯片,自研操作系统,定位中高端,对成本不敏感。
  前年,一家只做中高端手机厂商找到郭正标,寻求利用世域公司研发的屏下天线解决方案来应对卫星通信痛点,为的是将天线与柔性屏幕贴合,考虑的机型是折叠机,因为这样才有足够的空间容纳天线阵列。
  地面基站距离用户只有几公里至十几公里,但高轨卫星距离地球3.6万公里,中轨卫星距离地球2万公里,低轨卫星也在几百公里外的空间轨道上。“想要信号好,要么把卫星天线做得更大,要么把手机天线做得更大。”郭正标表示。无论走哪条路,都不是一件易事。
全球“追击”马斯克标准和路径之争
  马斯克已经发了3000多颗小卫星“上天”,被视为太空轨道资源最强竞争者。航天学者黄志澄认为,马斯克的“星链计划”要想实现全球信号无盲区,至少需要上万颗,留给全球追赶者的时间窗口期只有两至三年。
  今年,马斯克的太空技术探索公司Space X两大动作都瞄准了手机直连卫星,一是和美国电信运营商T-Mobile合作,利用其5G频谱;二是计划在2023年发射第二代卫星,其天线更大,能直接向手机发射信号。
  在卫星覆盖范围内,星链可以提供24Mbps的带宽接入速度,除了发短信,足以支持每个区域一千到两千次通话。
  自从马斯克星链计划开启以来,中高轨卫星和低轨卫星的路径之争从未停止过。在金仲和看来,中高轨卫星较为固定,所以覆盖范围稳定、所需卫星数量少,但距离远,要求发射功率大,直连手机的天线设计较为复杂;低轨卫星是快速移动的,手机连接时会有信号断点,但好在距离近,对手机天线的改造要求不高。
  2021年以前,中国国家队的星座计划均没有超过上千颗,吉利、银河航天等民企更是相去甚远。2021年4月,中国卫星网络集团(简称中国星网)正式揭牌,由国资委牵头,以卫星宽带运营商的定位出现,一时之间,“中国版星链”的猜想不胫而走。“星网目前的规划是发射一万多颗卫星”,郭正标向《IT时报》记者透露。
  黄志澄认为,如何利用民间资本,举国之力争夺“星空”的政策并不明朗。
  郭正标也认为,受限于卫星通信技术发展趋势和国际化运营现实问题,国家应该鼓励支持民营卫星运营商开展国际化业务。
  资源和路径之争,关乎长远的卫星竞争格局。但眼前的手机直连卫星大势,急需解决的是技术标准。
  单就负责信号和协议处理的基带芯片而言,高通和联发科占据了全球主要市场。目前,高通、联发科已经基于国际移动通信标准组织3GPP的5G NTN(non- terrestrial network,非地面网络)技术进行研究和测试,正在达成产业共识。
  最近,中国移动和中兴通讯等发布全球首个运营商5G NTN技术外场验证成果。挑战在于,普通手机要与远在3.6万公里之外的高轨卫星通信,像发微信一样,实现短消息和语音对话。
  据《IT时报》记者了解,这个成果是基于3GPP公开协议,采用的是海事卫星系统,手机终端依次通过卫星、信关站、NTN基站接入地面核心网和业务平台,最终将空天地一体贯通。但是,技术突破并不代表可以一步跳到商用,上述试验后续将先在北京、云南等省试点,并没有开放民用,只是用于应急通信。
  摩托罗拉的“铱星计划”比马斯克的“星链计划”更为超前,30多年前的2G时代,摩托罗拉为占据世界通信市场的主动权,发射77颗卫星,最终想实现在任何地方都能使用手机通信。但是动辄五千美元的铱星卫星手机,每分钟通话费用三美元,岂是普罗大众能接受的,最终铱星公司因资金链断裂破产重组,摩托罗拉为此身心俱疲,全线溃败,一代贵族就此没落。
  曾经落在摩托罗拉头上的一粒灰,是否能成为新时代的满天星辰和手中的“救命神器”,还要经历商业化的洗礼。