手机为何需要发展卫星通信

“遥遥领先！”从2020年开始，几乎每场终端发布会，华为常务董事余承东都会用“遥遥领先”来形容自家手机产品。如今，随着华为Mate60 Pro首次实现卫星通话功能，华为进一步奠定了在手机通信领域“遥遥领先”的地位。与之形成对比的是，刚上市的iPhone15系列尚未做到支持卫星通话。

从技术角度看，发展卫星通信的难点在哪里？地面4G、5G基站已遍布城乡，我们今天为什么还需要卫星通信功能？这项功能会广泛应用于手机吗？

●南方日报记者 许隽

统筹 程鹏 魏楠

难在把天线“塞”进手机

卫星通信是指以天上的通信卫星为中继，来实现收发文字、语音等信息或接打电话的功能。在海洋、森林、荒漠这类区域，卫星通信就派上用场了。

早在几年前，在我国部分沿海地区，渔民出海就已经实现“人手一台卫星手机”。只不过，这类手机往往是“傻大笨粗”，顶端或侧面还有一根“大哥大式”的天线。

如何让卫星电话轻量化、小型化？在通信专业博士、中国科普作家协会会员张弛看来，难点主要有两个，把大容量电池“做小”，把外置天线“塞”进手机。

这并不容易。拿天线来说，日常使用的手机，考虑到电磁和辐射标准、功耗、内部空间大小等因素，天线功率并不高，其信号的传输距离一般也只有几公里；而用于接收卫星通话信号的天通卫星，离地却足足有3.6万多公里。

微弱的手机信号如何才能到达遥远的卫星？在华为之前，业内普遍采取的做法是为信号装一个“放大器”——也就是卫星手机硕大的外置天线。

怎么才能把天线“塞”进手机，同时还不明显降低发射功率，不影响功耗及其他性能表现？“这背后的集成工作涉及的工程难度、复杂度超乎想象。”华南理工大学电子与信息学院院长、集成电路学院院长薛泉说。

8月底，华为发布了全球首个支持“天通卫星通话”的智能手机，没有外置天线，没有厚重机身，依然实现了直连卫星通话的功能。

“这是划时代的，令多数人没有想到。”张弛表示，关于民用手机卫星通话的理论研究，最早从2018年就已经开始，但实现工业化还是头一回，“比产业界预想的快了很多”。

尽管华为方面没有透露更多技术细节，但据通信专家分析，华为此次重点突破了大功率天线的小型化等工程性难题。此外，还改进了内部器件堆叠工艺、零部件集成工艺，并针对发热、续航等进行了优化，平衡了功耗和卫星通话功能。

“从（卫星）短信到通话，这是一个很大的跨越。”张弛还表示，与短信这一瞬发通信形式相比，卫星通话的时间更长，对手机发射功率、信号传输损耗、天线等的考验更大，“如何维持通话期间信号不断线、数据不掉包，这背后有很大的技术进步”。

“之所以能够在手机里内置天线实现卫星通信，这是一个综合科技的结果，包括了天线设计水平提高、集成电路芯片设计水平提高以及卫星天线技术和集成电路技术提高等。”薛泉表示。

卫星通信是一种“雪中送炭”

目前，我国4G、5G基站总数超过900万个，已遍布城乡。既然如此，我们为什么还需要卫星通信？

“天上的卫星网络是张大网，地面的移动通信网也是一张大网，将通信和导航两个大网融为一体，解决了信号服务覆盖的问题。”国际欧亚科学院院士、北京邮电大学教授邓中亮概括了卫星通信与地面通信“互为补充”的关系。

地面通信基站的建设具有较强的局限性，据统计，地面移动通信系统只覆盖了20%的陆地面积，仅占地球表面积的约6%。成本、地理环境、地质条件、气候等多项因素，都可能制约基站的布局。

薛泉表示，如果说从1G到5G的发展是通信网络自我升级、不断“锦上添花”的过程，那么卫星通信的出现就类似“雪中送炭”，“在地面通信系统无法覆盖到的地方，通过调度卫星来提供即时、有效的通信资源”。

“目前，由天通卫星提供的语音通话，仍然是低速的语音通话，在同一时间能服务的用户数量也有限。”张弛告诉记者，从目前公开的各项数据来看，一颗天通卫星只能同时容纳5000路通话，超出这一数值就可能带来“信道不够用”的问题。“但从服务范围来看，一颗卫星至少可以覆盖100万人。”

至于资费情况，目前据记者观察，由运营商提供的手机直连卫星通信服务收费较高。比如，中国电信提供的手机直连卫星业务，功能费10元/月，含2分钟免费卫星主被叫通话，超出后国内主被叫通话9元/分钟；发送卫星短信5元/分钟，接收短信免费。此外，还设置有三档优惠语音包：第一档是直连卫星50分钟语音包，定价200元/31天；第二档是直连卫星100分钟语音包，定价300元/31天；第三档是直连卫星200分钟语音包，定价500元/31天。

薛泉认为，随着技术的发展，未来卫星通信服务的成本会逐步降低，甚至慢慢逼近智能手机通话套餐的收费标准；在服务质量上，也会越来越接近目前地面蜂窝移动电话。

“卫星通信，目前并不完美。”比如，经用户测试，拨打卫星电话时会有几秒延迟，体验仍待加强；信号并不稳定，因为大到建筑物、飞行器，小到一扇门、一棵树，都可能对卫星信号形成遮蔽。此外，丢包率、发热、电量消耗……这些都有待后续观察和完善。但张弛说：“我们已经迈出了从0到1的重要一步。”

6G通信的预演？

目前，在华为、苹果的设想中，卫星通信的主要应用场景在应急救援领域。不少人评价这项功能“可有可无”，还有的将其解读为厂商“黔驴技穷”。但在通信专业人士看来，手机企业率先布局卫星通信是下了一盘“大棋”，它们真正瞄准的方向是6G。

与4G、5G不同，6G的目标和特点是空天地海一体化覆盖。要做到这一点，陆地基站很难实现。原因之一是地面的遮蔽物过多。此外，基站会不可避免地受到地理环境、地质条件等因素限制。

如何让信号全域一体化覆盖？专家们将6G信号的“发射源”假定到了卫星之上。

“未来广域覆盖可以走向空中，经由卫星往下覆盖。”中国工程院院士、紫金山实验室主任刘韵洁曾表示。简单来说，即6G信号将经由卫星“从天而降”，以彻底解决山区、海洋、荒漠等偏远地区的网络覆盖问题，实现全球高速网无死角覆盖。

据中国电信相关负责人预测，在华为手机率先实现卫星通话之后，下一步，“6G必将和卫星通信及卫星互联网结合，构建天地一体化融合网络”。

无论是拨打卫星电话、收发短信；还是连接卫星，实现随时随地联网，都无法绕开智能手机终端。薛泉表示，当下，以华为为代表的手机厂商在卫星通信技术、应用的探索上先行一步，对于激活我国卫星通信产业创新活力、推动行业发展有重要意义。

某通信行业资深从业者对记者分析，对手机品牌来说，率先发力卫星通信，有利于自身积累技术经验，从而在未来的市场竞争中占据先机。“可以预见的是，卫星通信能力未来会成为旗舰手机的标配。”