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揭秘“手机+卫星”技巧到底难在哪?

发布日期:2022-09-11 14:22    点击次数:164

揭秘“手机+卫星”技巧到底难在哪?

9月6日,在华为Mate 50系列及全场景新品秋季发布会上,华为进展发布Mate 50系列手机。

华为消耗者业务CEO余承东示意,华为Mate50系列手机是全球首款撑持北斗卫星音尘的群众智高人机。

当身处稀零无人区、出海遇险、地震缓助等无大地集聚信号袒护环境下,可通过畅连App将笔墨和位置信息向外发出,与外界保持辩论,并撑持多条位置生成轨迹舆图。

无专有偶,另有小道音尘宣称:苹果的iPhone 13中,就有链接卫星的硬件。可是,苹果跟运营商莫得谈拢合营模式,因此莫得公开。在改日的iPhone 14上,这一功能很可能会已毕。

华为和苹果,都在发力“卫星通讯”。似乎,新的“赛道”,又出现了。

无良流量号,又运行嗨了……

那么,事实确实是这样吗?手机的卫星时期,确实运行了吗?

今天这篇著述,小枣君就给内行做一个深刻解读。

█通讯频率问题

连年来,对于卫星通讯的新闻,一直都是媒体和群众的眷注热门。

尤其是马斯克搞了一个星链之后,三天两端就有新闻,炒作卫星通讯对大地蜂窝迁徙通讯的胁迫,对5G的胁迫。

事实上,这些炒作许多都穷乏基本的通讯学问,除了清楚某些人的急功近利以外,主若是为了就业于流量,就业于成本运作。

卫星通讯,不管现时照旧改日(至少50年),都不可能取代大地迁徙通讯,成为人类主要的通讯技巧。

接下来,我来透露原因——

率先,内行要昭着且记起一丝:任何无线通讯系统,都是基于无线电磁波进行通讯的。

无线电磁波,有一个要紧的属性参数,那即是频率。

频率不同样的无线电磁波,特质就不同样,如下图所示:

从宏观来看,主要分为光波和电波。

咱们人类无线通讯,现时主要用的是电波。早期用的低频和中频电磁波,现时迟缓往高频致使太赫兹(即是上图中间的THz)发展。也有科学家,在谋划可见光通讯(往光波发展)。

无线电磁波的电波这部分,看上去频率资源挺多的,但内容上,每个频率,都被政府相关部门章程了对应的用途。

从使用者来看,这些频段分为军用、专网用(公安、消防、铁路、电力等)、运营商用(群众迁徙通讯),等等。

此外,还有ISM(Industrial工业、Scientific科学、 Medical医学)免授权频段,无需肯求授权即可使用,举例咱们的Wi-Fi频段。

任何人都不不错坚毅占用频率。举例,我我方发明了一个无线通讯开发,然后占用运营商的800MHz频段,辐射这个频段的无线信号,那即是违规行动。

手机进行卫星通讯,第一个要沟通的问题:它到底用什么频段?

不澄澈内行有莫得注释,咱们买的生手机,成功之后,都会在反面看到一个蓝色的标签:

这个标签,即是手机的进网许可证。任何手机型号上市之前,厂商都要先拿到工信部,去做上钩测试。测试及格,才会发证。

这就意味着,国度对每一个电子产物,尤其是带无线信号收发功能的电子产物,都是有严格条件的:条件无线电责任频率必须相宜国度相关章程,必须相宜产物的正当用途。

咱们的手机被想象出来,不错使用的频段有三种:

一种是运营商的蜂窝通讯系统责任频率(也即是基站的责任频段)。如果是现时比拟常见的全网通手机的话,就要撑持2G/3G/4G/5G频段。每个频段,都在官网上注明。

小米某型号撑持的频段

第二种,是Wi-Fi和蓝牙。这种即是前边我说的非授权频谱,ISM频段。只须辐射功率相宜条件(不行太高),就不错平直用。

第三种呢,即是卫星定位系统的责任频段。咱们手机现时都撑持GNSS卫星定位,不错收发卫星信号。GNSS系统有许多种,美国的GPS,中国的北斗(BDS),还有欧洲的伽利略,等等。

浩大的卫星导航定位系统

那么,问题来了。许多人天天嚷入部属手机通过卫星进行通讯,真要通讯的话,使用什么频段呢?

卫星通讯属于空间无线电通讯,一经超出了一个主权国度的无线电惩办才气。因此,对卫星通讯责任频率资源的使用,要向国际电联(ITU-R)进行肯求。

ITU-R有明确的文献,对文书步和洽划定有严格的条件,每每是和卫星轨道资源的肯求同步进行。

卫星通讯责任在微波频段,其频率范围为1GHz~40GHz。按照频段,可别离:L、S、C、X、Ku、K、Ka。其中,K频段由于处于大气给与损耗影响最大的频率窗口,不安妥于卫星通讯。因此,常用的卫星通讯频段为:L、S、C、X、Ku、Ka:

值得一提的是Ka频段。

由于C和Ku频段已近足够,无法承载更多的业务,是以Ka频段现时迟缓成为热门。Ka频段比Ku频段更容易受天气影响,但责任带宽更大,信号强度更高。

不管怎么说,卫星通讯频段和运营商蜂窝通讯频段是不同的。现时在商场上售卖的普通手机,根底不撑持通讯卫星的无线责任频率,当然就无法和卫星进行通讯。

唯一卫星通讯就业商提供的专用卫星电话,才能和这些通讯卫星确立链接。这些卫星电话的话费,亦然要充值给对应卫星电话就业商的。

前边提成功机不错和GPS、北斗进行通讯,那是定位导航卫星。严格来说,不是通讯卫星。不外,咱们国度的北斗很给力,除了定位、导航和授时就业外,它比GPS多了一个功能,那即是短报文通讯才气。

也即是说,除了位置信息以外,它不错进行短音尘通讯(RDSS公约)。有多短呢?最多78个进制数/英文/数字,或者39个汉字。

前边提到的华为MATE 50“卫星通讯”功能,即是指的这个。借助北斗定位卫星的短报文通讯通道,在伏击情况下,收发短信,进行济急通讯。

这个仅仅文本短音尘良友,没稀有据业务,无法看图片,更无法打电话或者看视频。

这个和内行平方意旨上领略的卫星通讯,照旧有很大区别的。前边说的专用卫星电话,是不错打电话和使用数据业务(上网)的。

现时市面上的手机,均不撑持通讯卫星的频段。那么,是不是不错加上呢?

没那么简单。

手机对通讯频段的撑持,不是加根天线就不错的。它触及到SoC芯片、基带、射频、软件部分的修订,是一个额外广阔且复杂的责任。

不是做不出来,而是没特意旨。

因为绝大部分情况下,手机都有基站信号,或者Wi-Fi信号,莫得必要为了少许出现的情况,增多不消的成本。(搞一个外置的卫星通讯套件,倒是更有可行性。)

这个和水陆两用汽车的道理,是同样的。

汽车加上汽船的功能,也不是不不错。可是,价钱会翻几倍,诈骗率极低,不利于汽车的素质。

那么,手机不改装,不撑持现存卫星通讯的责任频率,是不是就没宗旨进行卫星通讯了呢?

也不是。

咱们不错换一种思绪。如果手机不撑持卫星通讯频率,那么,干脆让卫星平直使用大地蜂窝基站的频率呗?

事实上,美国运营商T-Mobile和马斯克沿途新搞的阿谁样式,即是这样干的。他们让卫星使用部分5G频段,创新天线,然后对大地发送无线通讯信号。

这种责任模式,有一个要紧的前提,那即是必须使用低轨道卫星。

这些年来,卫星通讯有一个额外要紧的发展趋势,那即是低轨道卫星的崛起。

夙昔,辐射卫星的成本很高,精品推荐是以,就但愿一颗卫星能袒护很大的范围。想要袒护范围大,就必须把卫星放得更高。如下图所示:

高轨道卫星,固然袒护面积大,但距离远,通讯就更勤恳。阿谁时期,通讯技巧也不是很熟练,是以,无线信道的带宽比拟低,通讯速度比拟慢。这种低速度通讯,只可拼凑知足定位导航等需求。

现时,跟着技巧的熟练,加上一箭N星技巧的世俗应用,辐射卫星的成本有所下落。以马斯克Space-X为代表的民营公司,聘请火箭回收技巧,更裁汰了卫星辐射成本,使得低轨道通讯卫星的遍及铺设,成为了可能。

密集懦弱症慎入

低轨卫星,距离大地更近,如果抛开天气要素,都是视距袒护,是以,是不错给大地用户提供信号就业的。

“星链”卫星的运行轨道高度底本是1110公里到1325公里,自后调低至540到570公里。

简单来说,就等于是把基站吊在了天上,即是距离稍许远点。

那么,T-Mobile离间的这种卫星通讯技巧,能提供的带宽速度是些许呢?

2-4 Mbps。

是的,你没看错,也就和当年ADSL拨号上网一个级别。拼凑打打电话、发发图片,视频的话,够呛。

马斯克的传统星链主要使用卫星通讯专用频段,基于已有的卫星数目上风,现时不错达到大致300Mbps的就业速度。

注释!星链属于老例卫星通讯系统,不是手机达到这个速度,而是它所配备的卫星通讯开发。这个开发有“锅”(蝶形天线),还有路由器啥的。

星链开发开箱

星链开发天线伸开气象

那么,为啥手机不行已毕更高的卫星通讯速度呢?

这个和手机硬件有很大关系。尤其是天线的类型,变成的影响很大。

█天线类型问题

咱们现时的手机都是内置天线,天线都在手机内部。专用的卫星电话,会有更大更醒绸缪天线,如下图所示:

卫星电话

字据天线道理,天线的长度为无线电信号波长的1/4时,天线的辐射和收受休养效劳较高。卫星电话的天线这样大,阐明这个通讯系统的责任波长更长。也意味着,它的责任频率越短(频率=光速÷波长)。

基于中学物理知识,低频率(大波长)的无线信号,绕射才气更强,传播距离更远。这和卫星通讯的场景是相匹配的。

鞭状天线的信号收发才气终归比拟弱。比它更强的,是碟状天线,也即是内行常见的“锅”。

碟状天线,只须朝向对得准,就不错已毕较好的通讯后果。

那么,我想问一下,如果手机进行卫星通讯,你愿不肯意手机上再背一个锅呢?然后这个锅,你照旧用劲找准朝向。

即便你兴盛背这个锅,你还面对一个问题——辐射信号的问题。

卫星向手机辐射信号,不错调大辐射功率。手机向卫星辐射信号,这就难了。

手持通讯终局,辐射功率是有严格限制的。你也不但愿我方手上拿个微波炉,进行通讯吧?

以手机毫瓦级的无线发送功率,想让卫星收到这种信号,到底有多难?内行不错自行想象一下。

更何况,是多如牛毛致使十万百万的手机,向天际中的卫星发送信号,你以为,卫星能捕捉到悉数的信号吗?

马斯克的星链,也存在上行速度不及的问题。这是一个死穴。

█容量问题

好了,咱们络续往下分析。

接下来,咱们说说容量问题。

马斯克的星链,堪称是1.2万颗卫星,用于袒护全球。简单平均一下,中国960万平方公里,地球面积5.1亿平方公里,好像占比1.88%。卫星的话,也就226颗。

那么,大地基站数目呢?

中国的基站总和,大致是1035万座。仅中国迁徙的话,大致是550万座。

226 vs 5500000,痴人也能看昭着,这内部不存在取代关系。如果莫得大地蜂窝基站,咱们需要些许颗卫星,才能让悉数人高速上网?

退一万步说,即便卫星不错一丝对多点,贯串了海量的迁徙宽带链接需求,那么,信号回传(也即是卫星将信号发到大地站),又该怎么办?数据中心都在大地,云就业也在大地,不回传不行的呀。

现时的5G基站,也就袒护几平方公里到几十平方公里的面积,几百用户,前传带宽都要达到25Gbps级别。卫星通讯,是否不错已毕与大地站的25Gbps通讯速度呢?

此前,我国在卫星上做了一次覆按任务,聘请高速高阶相关激光通讯终局,已毕了速度10Gbps的传输。

看似好像也和25Gbps差不大,可是这个是无线通讯,寂静性、抗干与性都远远不如光纤。况兼,卫星的数目远远不如基站,如果要并列陆地基站,它的数目需求是极大的。

█室内袒护问题

简而言之,如果卫星通讯取代大地蜂窝基站通讯,那么,室内信号袒护,该怎么办?地下室、纯正,该怎么办?如果遭遇恶劣天气,又该怎么办?

█结语

洋洋纚纚说了那么多,内行应该看昭着了。卫星通讯,是统统无法取代大地蜂窝通讯系统的。如果有人告诉你通讯卫星会取代基站,要么是傻,要么是坏。

行动一项独特的通讯技巧,卫星通讯的变装定位,仍然是大地蜂窝通讯系统的补充。

卫星通讯的应用领域有三类:

1、在杳无火食地区,在光纤和基站不便捷布设的地区,卫星会有很大的作用。在海外,在国内的中西部,这种地区还有许多。对于一些户外疼爱者,还有矿产勘测、当然保护等独特责任人群,卫星电话很有效。

2、海洋以及天际场景,举例帆海船舶、民航飞机,对卫星通讯有热烈的需求。尤其是民航,这几年商务人士等高价值人群,对空中通讯需求很大,这类应用发展很快。

3、济急救灾场景。当发生地震、激流等当然灾害,大地通讯系统失灵,就需要借助卫星,进行济急通讯。

内行在看待卫星通讯的时期,一定要感性、客观。它的商场体量,和蜂窝迁徙通讯根底不是一个级别。可是,它面对的细分商场,确乎有很大的发展空间。

这些年,3GPP的NTN(Non-terrestrial networks,非大地集聚样式),还有SaT5G、TC12,都在谋划旷地一体化通讯。

我以为,商场后劲是有的,可是并不莫得想象中那么大。尤其是NTN,主要侧重的是卫星通讯与5G的交融,是卫星对5G的补充。并不是脱离蜂窝通讯,别辟门户,内行应该有基本的了解。

对于卫星通讯,除了技巧瓶颈以外,还触及到法律、环境、政事等一系列要素。限于篇幅,就不逐一先容了。好了,今天的内容就到这里。但愿对内行有所匡助。






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