星链(全球第一中国领先星链实现手机直连卫星电话:星链为何不行?)

2024-05-09 13:11 来源:爱美欣 浏览量:

华为MATE 60 PRO率先实现卫星电话的功能实在让大家非常惊喜,也让星链狂热的发烧友们失望再三,但大家非常疑惑的是中国人怎么就先做到了呢?星链不是早就叫嚣要和苹果实现卫星电话功能?

华为MATE 60 PRO是怎么实现卫星电话的?

此前能实现卫星电话功能的一般都是海事卫星(Inmarsat)、铱星(Iridium)、欧星(Thuraya)以及我国的天通系列卫星等,并且通信设备傻大笨粗是,看起来就像一台老人机,尽管卫星电话很少拿来常规通信,但要特别准备一台电话总觉得不是很方便。

8月29日华为发布的MATE 60 PRO彻底改变了这一现象,这就是一台可以直接拨打卫星电话的高端智能手机,只要是使用电信卡的朋友去营业厅开通卫星电话功能并且缴纳资费充值成功,即可在野外没有正常3G/4G/5G通信信号的区域拨打卫星电话,而且资费还比较亲民:

该套餐每月基础服务费10元,包含30条免费卫星消息额度。国内卫星电话每分钟10元起,国际卫星电话每分钟20元起,卫星电话间通话每分钟50元起。此外,还有其他套餐可供选择,比如200元包200分钟国内卫星电话等。

如果只是野外使用作为救援联络的话,基础服务费10块包含30条卫星短信基本就足够求救使用了,如果使用量比较大的话200元包200分钟国内卫星电话,只要在出发前临时开通即可,这个方便度远超要单独准备卫星电话,要是MATE 60 PRO发布更早一些,前阵子的罗布泊四人遇难的事件可能就不会发生了。

天通卫星:手机居然能在3.6万千米外直连

这是很多朋友都想不明白的问题,MATE 60 PRO使用的是什么卫星?居然直接就能在手机和卫星之间建立通信链路?据目前已经公布的消息,使用的是天通一号01星、02星和03星,这几颗卫星的基本数据:

  • 天通一号01星:35775 x 35798 千米; 2.4°
  • 天通一号02星:35770 x 35801 千米; 3.5°
  • 天通一号03星:35777 x 35795 千米; 3.0°

各位没看错,这几颗卫星都在静止卫星轨道上,有一点点倾角,在地面看来会形成一个幅度不大的8字运动,但位置变化仅仅只在南北纬3.5°范围内。

手机直接能和3.6万千米外的卫星直连,这个天线与信号增益实在是太牛了,有必要来了解下通信频段,据通信专业博士“奥卡姆剃刀”的数据,通卫星1号星的移动通信业务使用的是S波段,发射频率:1980~2010MHz;接收频率:2170~2200MHz。

各位对这个频段应该比较熟悉,和3G网络频段1880MHz-1900MHz和2010MHz-2025MHz有些相似,不过两者并非是同一个频段,差距还是挺大的。

手机能和卫星直连,除了频段选择以外更关键的卫星天线的设计,天通一号有一个巨大的S波段卫星天线(15.6米直径)和多波束技术,该卫星支持1.2-9.6kbps的语音和短信以及支持最高384kbps的“宽带”数据上网,前者使用S波段全向高增益天线,后者使用平面相控阵天线。

简单一点理解就是通话只要使用高增益全向天线即可,不需要平板或者卫星锅等天线要求,但后者的大流量数据通信还是有一些要求,要携带一个不大的平面相控阵天线。与远在3.6万千米外的卫星做中继通信,延迟应该还是有些感觉的。

天通卫星:最高支持多少人同时通话?

“奥卡姆剃刀”在日前发布的一个微头条中列出了一个计算方式,他表示,天通1号星的上下行速率总带宽为30MHz的带宽,每一路话音为1.2~4kbit/s,数据为64~384 kbit/s, 支持语音、数据、短消息等业务,能同时支持5000个话音信道,也就是支持5000人同时打电话。

但天通一号的卫星数据容量表明可以支持100万用户使用,这又作何解释?“奥卡姆剃刀”表示,这涉及到一个用户使用频次的问题,比如这5000人24小时都在通话,那么显然只能为这5000人服务,但这是不可能的,要是没人每天使用10分钟,就可以满足50万用户,如果每月只用10分钟,那就可以满足500万,如果每年只用10分钟,那就是5000万。

当然上述计算只是一个特别理想的平均分配状态,而事实上用户之间的电话频度是存在高峰和低谷期,白天相对比较多,晚上相对就会比较少,深夜可能就是最低谷的时期,因为绝大部分人都在休息。因此评估为100万用户还是非常科学的。

这个到底算不算优秀呢?“奥卡姆剃刀”也举例对比,英国海事系统4颗卫星服务30万用户,美国铱星系统66颗卫星服务200万用户,中国三颗天通一号卫星服务100万,似乎已经非常先进了,遥遥领先!

星链数据通信那么牛,为何还未实现卫星电话?

SpaceX的星链是近地轨道互联网星座中最庞大的,此前正在开发苹果手机直连星链的业务,但到目前为止,苹果手机并不能通过卫星直接拨打电话,为此,苹果的合作伙伴Globalstar向SpaceX支付了6400万美元,要求发射新的卫星以支持手机直连,并在3年内提供更好的卫星通信。

当然这只是卫星一方星链的技术升级,在苹果手机一方还有一个绕不过去的问题,因为Apple无法突破技术瓶颈,将信号增强的卫星天线小型化并整合到iPhone中,所以就算SpaceX发射了支持直连的卫星,iPhone15系列仍然无法直接拨打卫星通话。

既然不支持卫星电话:星链又是干啥的?

国内不支持星链客户端,因此很多网友都不太了解星链到底是个啥玩意儿,和我们的天通卫星相比,到底谁优谁劣,下文就从通信原理角度出发,对星链做个简单介绍:

星链是SpaceX推出近地轨道互联网通信星座,总共有4.2万颗卫星,分别运行在350千米与550千米两层近地轨道上,倾角从0度到90度几乎全覆盖,其通信原理是:

  • 1、将地面客户端的信号经过卫星直接接入最近的地面站后接入互联网;
  • 2、如果附近没有地面站,那么通过星间链路路由到最近能接入地面站的卫星;
  • 3、星链的客户端是一个平板的相控阵天线,星链的卫星端是一个巨大的平板相控阵天线;

星链卫星到目前为止已经发射了总共5070颗,在轨总数为4724,正常工作4692颗(有部分卫星已经失效或者重返大气层),尽管距离卫星总数4万还有大约3.5万颗的差距,但全球天空基本已经都分布有卫星,只是稀疏程度有些差异。


地面卫星天线在卫星经过链接范围时会自动对准卫星,因为是相控阵天线,因此并不需要转动天线即可将波束对准卫星与之建立联系,由于是低轨卫星,这些卫星消失在“视野”中之前建立的链接并不长久,不过会有下一颗卫星“接任”,就像我们使用的手机移动时在AP之间无缝切换一样。

星链的地面天线后还有一个接入的网关,你可以把这个设备看成是一台无线+路由器,可以通过有线或者无线的方式接入其他设备,比如手机、笔记本电脑或者台式机等,也可以是一需要上网的任何设备,甚至可以用一体化的星链设备装载在实时性要求比较低的武器上实现制导与控制。

星链可以通过星间链路的方式解决客户端附近地面没有地面站接入的方式,所以特别适合像乌克兰这种地面通信设施已经大部分被摧毁的交战区域,为战场提供通信服务,甚至为自杀无人机提供制导,让俄罗斯非常难受,甚至多次威胁要击毁星链!俄罗斯确实有能力击毁卫星,但星链数量已经接近5000颗,要全部摧毁这还真是个大问题。

星链的带宽:非常可观

星链总共3~4万颗卫星的早期总设计带宽达到了1250Tbps,每颗卫星提供大约20Gbps,目前发射的V2.0卫星与之前的1.0和1.5相比,重量有所下降但带宽大幅度增加,下一代卫星可能会更重,带宽也更高,星链客户端提供如下几种速率:

1、普通用户:终端费用599美元,月租费120美元,带宽:50~150Mbps/s;

2、高级用户:终端费用为2500美元,月租费500美元,带宽:150~500 Mbit/s;

3、公海互联网接入用户:终端费用为10000美元,月租费5000美元,带宽:350Mbit/s;

星链用户限制也挺多的,比如如果要移动使用,还必须缴纳额外25美元的费用,另外非商业用户限制每月1TB的总流量。经过测试,2022年的用户的平均下载速度为 87 Mbit/s,这个速度无法与固定接入的地面宽带相比,但这大部分都是没有地面接入条件的区域中发生的,因此星链的带宽还是保持了相当不错的比例。

据2023年5月的统计报告,目前星链的活跃用户超过了150万,笔者估计,这其中至少有2%的客户来自乌克兰,所以必须要看到星链军事应用的无限潜力。

星链那么强大:为什么不能手机直接接入?

星链卫星使用的是Ka和Ku波段,在20GHz左右,手机使用的Wi-Fi频段分别是2.4GHz和5GHz,两者之间的频率不匹配,并且和移动通信的3G和4G与5G(频率在1.8~3GHZ之间)同样不匹配,因此必须使用专用的卫星手机或者要使用转发器。

2022年时星链宣布和T-Mobile合作使用1.9GHz频段提供直连手机服务,该服务将基于LTE,并不是基于5G等新技术,根据公开报道,星链直连手机主要技术指标如下:

  • 上行(手机到卫星)频率:1910–1915 MHz
  • 上行(手机到卫星)数据率:3.0Mbps ~ 7.2Mbps
  • 下行(卫星手机)频率:1990–1995 MHz
  • 下行(卫星到手机)数据率:4.4Mbps ~ 18.3Mbps

手机端实现的难度不是特别大,主要还是天线设计问题,相信这个应该难不倒APPLE,比较麻烦的是卫星,为了服务手机,V2.0的星链卫星必须要装在一个25平方米的天线(天通一号卫星用的是15.6米直径,是星链的8倍)才能完成通信。

另外由于星链卫星属于低轨卫星,因此V2.0的卫星布置必须要超过一定密度后才能推广使用,因此星链卫星要和APPLE合作让手机直连卫星的玩法不可能在近期实现,因为发射卫星也需要大量时间。

与天通相比,星链卫星无论是在通信流量以及手机接入数量上都比天通系列要高得多,但天通使用三颗卫星即可对大致东半球的大量区域实现语音通信,这要比要发射海量级星链卫星和几高昂的成本却只能作为5G通信补充,不失为一种最优先的解决方案。

我国除了在天通卫星外正在规划的还有与星链同级别的GW互联网通信星座,卫星总数达到了1.3万颗,轨道高度在500~1145千米,据2020年9月份中国向国际电信联盟(ITU)递交的频谱分配文件显示,主要卫星分布如下:

GW-A59星座,包括3个子星座,共计6080颗卫星:

  • 第一子星座,轨道高度590公里,轨道倾角85°,每轨道面30颗卫星,分布在16个轨道面上,计480颗卫星;
  • 第二子星座,轨道高度600公里,轨道倾角50°,每轨道面50颗卫星,分布在40个轨道面上,计2000颗卫星;
  • 第三子星座,轨道高度508公里,轨道倾角55°,每轨道面60颗卫星,分布在60个轨道面上,计3600颗卫星。

GW-2星座,由4个轨道高度均为1145公里、轨道倾角间隔10°的子星座组成,共计6912颗卫星:

  • 第一子星座,轨道倾角30°,每轨道面36颗卫星,分布在48个轨道面上,计1728颗卫星;
  • 第二子星座,轨道倾角40°,每轨道面36颗卫星,分布在48个轨道面上,计1728颗卫星;
  • 第三子星座,轨道倾角50°,每轨道面36颗卫星,分布在48个轨道面上,计1728颗卫星;
  • 第四子星座,轨道倾角60°,每轨道面36颗卫星,分布在48个轨道面上,计1728颗卫星;

与星链相比,卫星数量只有1/3左右,轨道高度更高,通信延迟会增加一些但还可以接受,另外我国的GW星座一定会吸取星链的教训,一开始就将手机直连接入的通信的要求,在规划上也会考虑星链对天文观测的影响。

目前提供近地轨道互联网接入的星座,完成度最高的是ONEWEB,不过其带宽与规模完全无法和星链以及中国未来的GW星座相比,并且也不支持手机直连,不过ONEWEB也几乎全球覆盖,只是其卫星总量只有640颗,规模要小得多。

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