2020年8月，北斗三號全球衛星導航系統經過11年建設提前半年成功建成，去年，是北斗三號全球衛星導航系統建成后大規模應用的元年。而到了今年，北斗三號更是實現了多項技術突破，未來在智能手機上也將支持短報文通信服務。
去年，就有傳言說iPhone13上將會實現衛星通信，現在，這個傳言又轉到了iPhone14和Apple Watch身上。根據著名的蘋果爆料者Mark Gurman所說，未來的iPhone將加入衛星通信，可以讓用戶在沒有信號的情況下發送緊急短信，而知名蘋果分析師郭明錤也在他的報告中提到，下一代iPhone將支持低軌衛星通話和收發信息的功能。
不過，下一代iPhone是否能真正實現這項功能還未可知，但支持北斗短報文通信服務的智能手機可能會搶先一步到來。
上周六，關于北斗三號的最新成果正式向外界發布：中國兵器工業集團有限公司聯合中國移動通信集團有限公司、中國電子科技集團有限公司以及國產手機廠商，攻克多項關鍵核心技術，完成國內首顆手機北斗短報文通信射頻基帶一體化芯片研制，創新實現“不換卡、不換號、不增加外設”的大眾手機“一號雙網”設計，全球首次實現了大眾智能手機衛星通信能力，在亞太地區大眾用戶將享受到北斗三號短報文通信服務。
北斗短報文通信是基于中國北斗二代、三代衛星導航系統的特點開發而來的，其同時具備定位與通訊功能，無需其他通訊系統或運營商的網絡支持，即可實現北斗用戶間的雙向短報文通信。同時，北斗三號短報文通信在北斗二號的基礎上進行了升級換代，提高了系統服務容量，降低了終端發射功率。
當手機搭載這項技術后，在通信方面將實現高敏度信號捕捉、創新通信編碼能力等。不僅如此，通過長時間的研發，科研人員還攻克了體積的約束和功耗的要求等瓶頸的束縛，也就是說，未來只要普通用戶所在的位置完成了北斗的地區覆蓋，無需額外添加輔助設備，僅用智能手機就可以享受到無信號情況下的短報文通信服務，不再有“不在服務區”的這種痛點存在。
短報文通信“飛入尋常百姓家”
早在上世紀末，美國就有三個衛星系統：銥星、全球星和泰利迪斯衛星系統，分別由摩托羅拉、高通、微軟三個巨頭投資，面向全球提供語音通信系統，但由于地面上移動通信網絡的迅猛發展，導致衛星通信的商業運營成本過高，這三個衛星系統如今也已經破產。雖然有些衛星系統仍在使用，但與普通人的手機通信基本無緣，而是被用于某些專業領域。
自1994年中國的衛星導航工程獲批立項，我國便開始了“北斗一號雙星導航定位系統” 的建設，到2020年第55顆北斗衛星順利入軌時，北斗三號全球衛星系統得以全面建成和開通。而北斗系統作為我國自研的衛星系統，是繼美國的GPS、俄羅斯的 GLONASS后推出的第三個全球導航衛星系統。目前，北斗衛星已經完成了對大部分地區的覆蓋，而且短報文通信是北斗系統區別于其他全球衛星導航系統獨有的特色服務之一，是其他任何一個全球衛星導航系統都不具備的，這也使得北斗系統成為了全球首個通信一體化的全球導航定位系統。
與美國類似，此前的北斗短報文收發功能也只存在于一些相對的專業領域，如災害救援、船舶車輛管理等，而一般人只能使用北斗導航的定位功能。
在08年汶川地震的時候，就因為使用了北斗一代提供的短報文通信功能，才極大地提高了救援效率，但在當時還必須使用北斗專門的通信終端才能發送信息。不過，隨著北斗短報文通信功能與其他技術的融合發展及推廣，短報文通信服務逐漸在海洋漁業、電力電網、戶外運動、水庫雨水情等不同的場景得到了廣泛的應用。
此前，普通用戶如果想要在戶外使用衛星通信功能，需要一個單獨的專用接收設備，往往設備比較笨重，即便是便攜式的，也無法與手機媲美，而且會在設備外伸出一根非常明顯的天線。這種專用的衛星通信設備已經存在了多年，通常體積較大且價格高達幾百美金，還要比手機消耗更多的能量。目前市面上支持北斗短報文的便攜終端，也都會配合手機APP進行使用，從而實現應急通信、位置上報、軌跡記錄等場景應用。
圖：Garmin衛星電話
而由于衛星信號收發模塊的體積和功耗問題在一定程度上被攻克，現在已經可以在手機有限的空間和功耗要求下加入衛星通信模塊。此外，北斗系統和其他衛星導航系統的不同之處在于，有3顆地球靜止軌道衛星和3顆傾斜地球同步軌道衛星運行在36000千米的地球同步軌道上，衛星距離地面距離非常遠，還需要解決信號靈敏度的問題。如今，科研人員也已經通過創新的信號編碼技術，以及高靈敏度信號捕獲技術，解決了手機直接對衛星信號進行接收的問題。
衛星通信前景廣闊
目前，北斗三號短報文通信服務已經覆蓋中國及周邊國家和地區，具備低成本、廣覆蓋、高可靠和隨遇接入等特點，可對地面移動通信網絡進行有效補充，而且得益于北斗系統信號的穩定、覆蓋范圍廣，通常北斗短報文便攜終端的定位精度可達到5-10m，如果配合上北斗三號通信協議，那么單次報文的長度將會增加至1000字，這將會解鎖更多的應用場景。
到目前為止，地球上仍有超過 70%的地理空間，涉及 30 億人口未能實現網絡覆蓋。在沙漠和山區等偏遠地區，傳統的地面通信鋪設技術難度大、運營成本高，通過部署傳統通信骨干網絡在滲透率低的區域進行普及并不十分現實。
而衛星通信則能夠解決地面通信覆蓋不足等問題，未來具有廣闊的市場空間。相比于4G和5G等地面通信，衛星通信也可以分為高軌和低軌兩種方式，雖然最低時延高于地面通信，但在理論帶寬上卻不相上下，可覆蓋的面積更是有著數量級的提升。
尤其是對于海洋作業、航空等場景，衛星通信是滿足需求的唯一解決方案。對于遠洋船舶而言，隨著物聯網和智能船舶的發展，通過衛星通信可以聯通行駛中的船舶與岸端的數據中心，實現能效優化、工況監測等提高運營效率、降低運營成本的應用；對于航空出行來說，衛星通信具有帶寬容量大、低成本、抗干擾性強、無地面建設費用的優勢，將成為未來機載通信的重要發展方向。
當然，衛星通信對于國家而言還有著極其重要的戰略意義。相較于地面通信，衛星通信不受極端災害和軍事方面的影響，能夠持續提供通信服務。如在俄烏沖突中，俄羅斯摧毀中斷了烏克蘭地面通信服務，但Starlink很快就為烏克蘭開通了星鏈網絡服務，幫助烏克蘭實現對外聯系。
根據羅蘭貝格數據，全球衛星通信行業2018年收入高達 1265 億美元，其中約 81%收入源于衛星消費通信。在衛星消費通信中，目前衛星寬帶（互聯網）的業務占比較小，僅 2%。未來，隨著全球星網逐漸覆蓋及成本下降，衛星通信應用迎來普及，衛星互聯網業務增長潛力巨大。
與此同時，從供給端來看，隨著制造技術的更新和競爭的加劇，衛星的發生成本也在大幅下降。從 1970 年到 2000 年，衛星發射的平均成本約為 18500 美元/千克。而隨著Space X等革命性企業的出現，現在能夠以約 2720 美元/千克的成本將衛星送入軌道，相較之前降低了 85%。
不僅如此，衛星的制造工藝也越來越先進。通過更加模塊化的設計、標準化的總線技術和使用更小、更先進的組件，現在已經出現了專注于制造的衛星工廠，既節省了成本，又加快了批量生產的速度。例如，空中客車和 OneWeb 的合資企業——OneWeb Satellites，已經可以做到每天制造兩顆衛星。
此外，由于高、中軌衛星的通信時延較長，難以滿足日常互聯網寬帶業務需求，更適合用于衛星電視和定位導航，而低軌道衛星一般位于地球表面范圍 300-2000 千米，具備傳輸延時小、鏈路損耗低、發射靈活等優點，最適合用于寬帶通信，但低軌道只能容納約 6 萬顆衛星，且低軌衛星所主要采用的 Ku及 Ka 通信頻段資源也逐漸趨于飽和狀態，可用空間十分緊張。針對這種情況，早在2020年我國就發射了多顆低軌互聯網試驗衛星以及6G通信驗證衛星，并且已經規劃了一個由12992顆衛星組成的低軌互聯網“星座”計劃，也即將進入實施階段。
寫在最后
目前，Starlink還需要一個類似鍋蓋的接收設備才能使用，手機并不能直接連接衛星。而北斗衛星的短報文功能下放到普通的智能手機市場，證明了我國的衛星通信與地面通信相結合的“天地一體”規劃，即將進入實質發展階段。
也許到了未來的6G時代，手機將具備直接與低軌衛星星座進行通信的能力，甚至未來北斗系統還可能會繼續升級，不僅開通圖片和視頻的傳送功能，而且將衛星通信與物聯網、區塊鏈等新興技術交叉創新，進而拓展出更多的使用場景。
參考資料：
1.《北斗系統首次有了質量認證，芯片天線等7種基礎產品納入認證》，南方都市報
2.《全球首創！北斗三號短報文通信服務成果正式發布》，鳳凰網軍事
3.《用了“中國芯”的北斗，有何優勢？》，網易
