华为8月29日悄然推出的Mate 60 Pro手机成为全球首款集成了卫星通话功能的手机终端,开启了手机与卫星直连的新时代,让卫星电话从小众用户群体拓展到了大众消费群体。
众所周知,卫星要实现双向通信是比较困难的,因为卫星离地面很远,从手机发射信号到卫星的难度非常大。但此次华为成功地将卫星通信设备做得很小,放进了手机,可以说是一次技术的突破。
根据公开信息显示,Mate 60 Pro搭载了卫星通信基带和射频芯片,可以提供双向卫星语音通话功能。 它搭配的是中国自研的天通卫星系统,同时支持北斗卫星定位系统,可以通过天通卫星来拨打和接听卫星电话,也能利用卫星发送短信,再加上北斗卫星定位,等于提供了双卫星通信功能,领先苹果的iPhone15仅能够通过卫星发送紧急救援短信。
卫星通信将成为智能手机的新卖点
所谓卫星通信,就是将基站放在外太空,其实3GPP在第17版5G通信标准中,就开始讨论卫星通信功能了。但卫星通信真正纳入标准并实用化,应该会要到2024年推出的第19版白皮书。
目前的无线通信主要分为两种,一种是地面网络通信(TN, Terrestrial Networks)和非地面网络(Non-Terrestrial Networks)。非地面网络指的就是卫星通信,在5G时代,非地面网络与地面网络开始整合,6G时代将会实现融合。
由于卫星通信的便捷性和全球覆盖特性,它将会成为新的发展方向,其存在的意义在于,一是可以作为移动通信的补充,因为时间、成本,或者是地理环境的限制,很多国家和地区至今都无法达到全覆盖,卫星通信的加入有望实现全覆盖;二是作为战略资源,在受灾基站受损,通信中断的情况下,仍然能够实现通信,这有点类似当年的北斗导航系统建设。
这几年智能手机创新乏力,除了处理器的常规升级外,大家已经“卷”摄影多年,如今卫星通信或将成为智能手机的新卖点。 据悉,除了华为,今年上半年,魅族、中兴等厂商也官宣了在卫星通信上的进展。星纪魅族与时空道宇开发了多模卫星通信芯片—— 魅族天问S1 ,支持连接高轨道和低轨道卫星,可做到自定义长文字和语音的双向收发。
紫光展锐在今年7月份推出的首颗卫星通信SoC芯片 V8821 ,已经与中国电信、中国移动、中兴通讯、vivo、移远通信、是德科技、鹏鹄物宇、佰才邦等行业伙伴完成了5G NTN数据传输、短消息、通话、位置共享等多种功能和性能测试。vivo在今年MWC上海展的合作伙伴展台上,展示了卫星通信样机,可实现5G NTN直连卫星通信。
在国外,美国电信运营商AT&T赞助的一家蜂窝网络卫星公司AST SpaceMobile于2023年9月8日在夏威夷毛伊岛一个没有蜂窝网络覆盖的地区拨打卫星电话,接收者使用三星 Galaxy S22手机在西班牙马德里接通了这通电话。AST SpaceMobile 利用其低地球轨道测试卫星 BlueWalker 3(BW3),再借助 AT&T 的 5G 频谱将蜂窝信号发送到目的地。
目前华为采用的是高轨道卫星实现的卫星通话,未来预计会向低轨卫星发展,低轨道可以提供更高的带宽和信号质量,但需要增加地面站的数量和改造。
国内研究所投入国产卫星通信的时间比较长,下游终端厂商去年或者今年才开始投入到卫星通信技术当中,预计今年往后的2~3年,下游终端厂商,特别是消费类电子公司比如华为、荣耀、OPPO、vivo,小米等会将卫星通信功能作为其产品的主要卖点来进行推广。
卫星通信类型及Mate 60 Pro卫星通信详情
目前的卫星通信主要分为同步轨道卫星、中轨道卫星、低轨道卫星等几种。
同步轨道卫星 (GEO:Geostationary Earth Orbit):距离地面35,786千米,与地球同步运转的卫星,传送距离较远,延迟时间约为250ms,由于高度够高,只需要3颗卫星就可以覆盖大部分地区。
中轨道卫星 (MEO: Medium Earth Orbit):距离地面2,000千米到35,786千米之间的轨道,延迟时间约100ms,目前主要是导航卫星使用,大约需要20颗卫星才能覆盖大部分地区。
低轨道卫星 (LEO, Low Earth Orbit):距离地面2,000千米以下的轨道,延迟时间约20ms,目前大多数是观测卫星、量测卫星、通信卫星使用,距离地面2,000千米需要5,000颗卫星,距离地面500千米,需要10,000颗卫星才能覆盖大部分地区。Space X公司的星链计划卫星高度约400千米,因此需要12,000颗卫星。
华为使用的天通卫星属于同步轨道卫星, 2016年开始发射,到目前只有3颗卫星,覆盖范围包括亚洲17个国家,与部分非洲地区,目前同时最多可支持约5000个语音通道,目前已经开放约11万用户,由于同时最多可以支持语音通道数量有限,因此,仍然只适合做为紧急使用,不适合平常使用。
据悉,天通卫星系统的语音数据传输率只有1.2~2.4Kbps,而早期的二代移动通信GSM900的语音数据传输为9.6Kbps,GSM1800的语音数据传输速率是14.4Kbps,明显声音的品质有很大的差异。
数据传输分为窄频通讯9.6Kbps和宽频通讯384Kbps,大约是早期的第2.5代移动通话GPRS的速度,因此,目前的Mate 60 Pro在数据传输方面的实用性并不高。
根据目前的拆解情况,Mate 60 基带芯片供应商为华力创通,型号HTD1010,售价7美元;卫星通信的射频芯片供应商为海格通信子公司广州润芯,型号RX6003,售价3美元。大部分的芯片都能实现国产,只需要少量国外供应商的芯片元件,即可实现S频段信号接收、发射,以及与北斗卫星通信功能。
以前天通卫星所使用的手机必须外接一根很粗的天线,才能连接到3.5万千米上空的同步轨道卫星,但华为手机明显没有外露的天线,体现了华为的设计实力。
根据目前不少用户对Mate 60 Pro的卫星通话测试,其声音有些失真,代表它的语音经过了大量的压缩,数据传输率很低,也代表了使用卫星通话其实效果并不好。而且只要手机转一个位置,就接收不到信号,必须对准特定的位置才能发送接收卫星信号,也代表把卫星通信放到一般智能手机中,又要求天线不能外露,其实困难度是非常高的。 因此,这部手机最大的特色是其卫星相关的射频元件设计。
03卫星通信的未来发展
其实,今年以来,工信部已经多次提到了6G&卫星通信相关布局,比如:
- 2023年2月6日:将卫星互联网设备等纳入进网许可管理;
- 2023年3月1日:前瞻布局下一代互联网等前沿领域,全面推进6G技术研发;
- 2023年4月20日:推动6G、光通信、量子通信等关键核心技术加速突破;
- 2023年6月28日:工信部率先在全球划分6G频段;
- 2023年9月8日:建设5G-A/6G,卫星互联网等新型网络,满足元宇宙应用需求;
- 2023年9月14日,前瞻谋划6G、手机直连卫星等新技术新应用频谱政策。
工信部在9月份再次提到了前瞻谋划6G&卫星通信,中国电信卫星通信公司大幅增资,注册资本由约1.16亿元增至约5.68亿元,增幅389.54%;此前,中国移动发布了1.4亿元的超级基站卫星网升级工程项目招标,中国联通、中国广电也都在卫星通信领域由相似产品。
图:采用6G卫星网络增强sidelink用户的覆盖(来源:OPPO 6G白皮书)
可以说,卫星互联网正成为全球竞争新战场,卫星频率和轨道资源需按照“先登先占”的原则协调分配,卫星频段资源呈现稀缺性。卫星互联网在多个领域具有巨大战略价值,卫星互联网是实现偏远地区网络覆盖的最佳方案;卫星通信在未来6G多种通信方式互联互通的愿景下将带来更丰富的应用场景;Starlink在俄乌冲突的使用证明低轨通信在信息化战场中具有重要战略价值。
未来,在6G时代,空天通信将会是必然趋势,而华为Mate 60 Pro提供的窄带互联通话能力,来开了基于卫星互联网的空天地一体化通信大时代的序幕!
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