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            如何解读华为Mate50支持北斗卫星通信?

            发布时间:2022-09-09作者来源:金航标浏览:68


            9月6日下午,华为公司常务董事、终端业务部门CEO余承东发布了万众期待的旗舰手机Mate50系列。新手机亮点很多,但最让人们惊讶的一个功能是余承东在发布会前就预热过的“捅破天”的技术:

            Mate50手机支持北斗三号短报文通信服务,能够直接通过我国的北斗星座卫星导航系统发送文字短消息,并且不需要任何额外的设备附件。Mate50成为世界上第一款量产的、能够直连卫星通信的消费者手机,可以说开启了一个手机通信的新纪元。

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                                                                                         【华为Mate50系列手机发布,开创手机直连卫星通信新纪元】



            与传统卫星电话有何不同?


            有许多网友们会问,华为手机能直连卫星,是多大的技术突破?几十年前不就出现了有卫星电话了吗?比如铱星和海事卫星电话系列,近年来,我们国家也有了自己的天通卫星电话系统。

            大部分人也知道,卫星电话是特制的、专用的,且价格昂贵。早些年卫星电话价格普遍在万元人民币以上,目前最便宜的也在四五千元档。加上我国地面网络覆盖程度高,卫星电话只在极少数极端情况下才有用武之地,因此很少人会专门购买,也就导致人们普遍无法享受到卫星通信服务。反过来说,也造成了卫星通信行业远离消费市场,难以形成规?;木置?。

            那么,常用的消费级手机,为什么不能兼容卫星通信功能呢?主要原因是手机和卫星电话的区别很大:第一,传统的卫星通信协议和通信频段都与地面移动通信网络不同,在基带处理、射频电路和天线设计上都有所差异;第二,由于移动通信卫星与地面的距离在几百公里(LEO轨道)到2.7万公里(GEO轨道)之间,因此传统卫星电话的最大发射功率都需要在2瓦以上,而作为消费电子产品的手机,按照大多数国家政府规定的标准,在FDD模式下最大发射功率不能超过23dbm,即200毫瓦,在TDD模式下最大发射功率不能超过26dbm,即400毫瓦,在过去由于技术的限制,通信行业从未想过让发射功率如此小的手机直接与卫星进行通信。近年来,由于天线、射频电路以及信号处理等技术的进步,手机与卫星直接通信成为了可能,于是这个功能成为当下通信行业讨论的热点。

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            某品牌天通卫星电话产品


            想想看,如果你的手机在脱离了地面移动通信网的覆盖之后,在荒山野岭、无垠的大洋之上,仍然能够随时通过卫星与家人联系,将是多么方便啊。在近日四川泸定发生地震之后,相关部门派遣了搭载移动通信基站的无人机在灾区上空飞行,给灾区民众提供应急通信服务,如果未来人们的手机都支持直连卫星通信,也许就不需要依赖这样的应急服务了。令人欣喜的是,这个时代正在到来。

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                                                                            华为Mate50在发送短信之前需要根据APP的指示对准某颗北斗卫星



            Mate50通过北斗卫星发送短信的功能如何使用?


            关于Mate50手机直接通过北斗卫星发送短信的功能,根据网络上已经发布的评测视频来看,主要有以下特点:

            1、通过畅连APP使用该功能,不需要办理专门的北斗通讯卡;

            2、体验期内提供每月30条的免费额度,超出可以购买套餐;

            3、只能发送文字短信息,但不能接收;。

            4、在发送文字短信息之前,手机需要按照APP的提示,进行对准北斗卫星的操作,只有对准了某颗北斗卫星,才能正常发送;

            5、文字短信息可以在预置的几十条中选择一条发送,这些短信息都包括定位信息,用户也可以在预置信息之外手动输入十几个字的消息,字数根据接收者的数量而变化(最多可选择同时发给四人),接收者越多,用户可以手动输入的字数越少;北斗卫星将会把接收到的短信转发给运营商的卫星地面站,然后通过运营商的网络发送给收信人。不论收信人是否使用华为的手机还是APP,都可以正常接收;

            6、需要在空旷、无遮蔽的环境使用。不过,据华为手机产品线副总裁李晓龙透露,根据他的实测,在城市地面、原始森林,都可以使用Mate50系列向北斗卫星发送消息,但是飞机上不行。

            北斗卫星将会把接收到的短信转发给运营商的卫星地面站,然后通过运营商的网络发送给收信人。不论收信人是否使用华为的手机还是APP,都可以正常接收。


            为何只能发送不能接收?


            Mate50一经发布,立即引起了卫星通信、北斗行业人士的热议,焦点之一就集中在:为何Mate50不能通过北斗卫星接收短消息呢?

            目前北斗卫星的短报文用户终端已经在我国沿海的渔船上和野外作业的人群中普及了,都是支持短消息双向发送和接收的。而且根据通信原理,能够发送的通信链路在理论上也足够支持接收功能。Mate50为何做不到接收呢?

            经过与专业人士探讨,大致有两种猜测:

            1、传统的北斗卫星短报文终端一般都有一个较大外置的全向卫星天线,能够提供并比较大的接收增益。然而华为Mate50手机采用了内置天线,并未对手机的体积做出任何妥协,此天线的方向性比较强,在发送的时候需要执行对准卫星的操作,只有对准了某颗北斗卫星,才能在发射时提供足够的天线增益。但是接收短信的时间是完全无法预知的,我们用户总不能一直举着手机对准某颗卫星等着接收吧?如果不对准卫星,Mate50的接收天线就无法提供足够高的接收增益,也就无法正常接收了。

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            某品牌北斗短报文对讲机


            2、有些专业人士认为,华为Mate50采用了北斗三号卫星提供的国际搜救服务的相关功能来发送短报文,因此不能接收信息。中圆地球轨道(MEO)的北斗卫星提供了符合国际搜救卫星系统(COSPAS-SARSAT)的中轨卫星搜救(MEOSAR)服务。但是,国际搜救信息SARSAT仅仅是发送一个信标(Beacon),并不允许发送用户自己编写的文字短消息,因此Mate50的卫星短消息功能应该不是利用SARSAT功能,而是使用北斗系统提供的全球短报文通信(GSMC)功能。


            北斗短报文的限制


            我们首先需要知道的是,北斗星座并不属于近些年被热议的低地球轨道LEO卫星(如星链)。事实上,北斗星座已经发射的五十多颗卫星,采用了三种轨道:地球静止轨道GEO、倾斜地球同步轨道(IGSO)和中圆地球轨道MEO,所有卫星的高度都距离地面20000公里以上。和处于只有400多公里高度的低轨卫星相比,在通信功能上,北斗并没有什么优势,在上行链路上也需要用户终端具备较大的发射功率。我们目前还不清楚华为Mate50发送北斗短报文时的最大发射功率,不过由于发射的时间和频度并不高,应该是符合国家相关规定的。

            此外,北斗短报文的系统容量是有限制的。根据官方的说法,能够容纳的用户数量是“千万数量级”。如果将用户发送短报文的时间间隔设得长一些,就能容纳更多用户,如果发送时间间隔较短,用户数量就会减少。但是可以肯定的是,北斗系统的短报文服务并不是让普通人聊天用的。如果同一时间发送短报文的用户数量过多,系统就会拥塞,发送短报文就会失败。


            未来低轨卫星与手机直连更有优势


            如上所述属,未来低轨道卫星与手机直连通信会更有优势,也才能够让手机卫星通信的使用体验更接近地面通信。

            从技术路线来说,又分为两种类型:

            第一,使用公开协议。今年7月份,制定移动通信标准的3GPP组织冻结了Release17版本的最新标准,其中就包含手机与卫星直接通信的NTN(非地面网络)功能。目前这个版本的5G标准也仅支持手机通过卫星发送和接收文字短信息,尚不支持语音通话和宽带上网功能。不过,未来的Release18、19,乃至未来的6G标准,一定会把手机直接通过卫星宽带上网的功能写入。人们随时随地宽带上网的梦想一定能够实现。

            目前国外的一些公司已经在考虑发射支持3GPP标准的通信卫星了。比如瑞典爱立信公司、法国泰雷兹公司和美国高通公司正联手进行5G NTN卫星的研究工作;美国的老牌卫星通信公司铱星通信也在考虑研制支持5G NTN标准的新卫星;而苹果公司与全球星(GlobalStar)公司的合作,也有可能遵循5G NTN标准(苹果将于北京时间9月8日凌晨1点正式召开秋季发布会,发布iPhone 14系列新品,是否支持卫星通信功能,让我们拭目以待)。

            未来,主要的手机SOC生产商,如高通、联发科、三星和紫光展锐等,都有可能生产兼容3GPP NTN标准的手机SOC,这意味着未来可能所有手机都能够支持直连符合相同标准的卫星的功能。因此,如果卫星厂家和卫星运营商支持3GPP的NTN协议,那么将会拥有世界上最广泛的用户群体。

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                                                                                            3GPPRelease17标准中非地面网络NTN的应用场景之一


            第二,使用私有协议。目前,一些卫星公司将可能采用私有协议来提供手机与卫星的直接通信服务。这些公司里就包括大名鼎鼎的Space X公司。马斯克在前不久就宣称,未来的“星链2.0”卫星就将支持手机通过卫星直接宽带上网,具体来说,星链宣布与美国无线运营商T-Mobile合作,2023年T-Mobile的用户就将有机会使用手机直连星链2.0卫星。美国初创企业AST SpaceMobile公司很快就将发射自己的低轨宽带试验卫星,这颗卫星携带有一个超大相控阵天线,以此来支持地面的手机实现直连其卫星,并让手机用户享受宽带上网服务。

            需要指出的是,采用私有通信协议,用户的手机就必须是特制的,内置支持这些星座的基带和射频芯片,并由专门的运营商来提供服务。

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                                                                                            AST SpaceMobile的BlueWalker 3测试卫星即将发射


            那么国内目前有没有能够支持手机直连通信的低轨卫星呢?有!据悉,天启物联网星座的运营方北京国电高科科技有限公司,将联合地面运营商等合作伙伴,联合开发手机直连功能,预计将在今年年底到明年完成试验和部署,实现我国低轨卫星首次直接连接消费级手机。值得一提的是,天启星座能够实现手机和卫星的双向通信,比华为Mate50的“只发不收”要进阶了一步,更为实用。天启星座是IoT低轨物联网星座,目前已15星在轨运营,完成第一阶段组网,实现全球覆盖1.5小时时间分辨率,明年将实现38星组网及全球实时覆盖。

            天启星座采用私有通信协议,届时需要定制内置相应的基带、射频芯片和天线的手机。我们也期待支持5G NTN标准的国产手机直连卫星通信解决方案早日出现。


            小结


            不过在这里还需要澄清一个事实,哪怕十年之后手机直接通过卫星宽带上网的技术得到了普及,也不会对地面移动通信网络造成冲击。

            因为卫星网络的用户容量不够,一颗卫星就相当于一个基站,北京一个城市就有几十万个4G和5G基站,在北京上空能同时有多少颗卫星?能保障北京两千万人的通信服务吗?而且地面基站的部署成本要远比卫星的部署成本低得多。因此,卫星网络永远不会与地面移动通信网开展正面的市场争夺,相关参与者、运营方需要勇于创新、另辟蹊径,寻找新的更适合的应用场景。

            总之,不论是连接中高轨卫星还是低轨卫星,采用3GPP组织的公开协议还是私有协议,手机和卫星直连通信的时代已经被华为Mate50正式开启。这一技术必将让我们的生活变得更加便利和安全。

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