這幾天，關于衛(wèi)星手機的新聞又火了。
根據媒體報道，9 月 6 日即將發(fā)布的華為 Mate 50 系列手機，將具備“衛(wèi)星通信能力”，在沒有網絡的地方，可通過衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)送緊急短信。
無獨有偶，另有小道消息聲稱：蘋果的 iPhone 13 中，就有連接衛(wèi)星的硬件。但是，蘋果跟運營商沒有談攏合作方式，因此沒有公開。在未來的 iPhone 14 上，這一功能很可能會實現(xiàn)。
言外之意，華為和蘋果，都在發(fā)力“衛(wèi)星通信”。似乎，新的“賽道”，又出現(xiàn)了。
那么，事實真的是這樣嗎？手機的衛(wèi)星時代，真的開始了嗎？
今天這篇文章，小棗君就給大家做一個深入解讀。
█ 通信頻率問題
近年來，關于衛(wèi)星通信的新聞，一直都是媒體和大眾的關注熱點。
尤其是馬斯克搞了之后，三天兩頭就有新聞，炒作衛(wèi)星通信對地面蜂窩移動通信的威脅，對 5G 的威脅。
事實上，這些炒作很多都缺乏基本的通信常識，除了暴露某些人的急功近利之外，主要是為了服務于流量，服務于資本運作。
衛(wèi)星通信，無論現(xiàn)在還是未來（至少 50 年），都不可能取代地面移動通信，成為人類主要的通信手段。
接下來，我來解釋原因 ——
首先，大家要明白且牢記一點：任何無線通信系統(tǒng)，都是基于無線電磁波進行通信的。
無線電磁波，有一個重要的屬性參數，那就是頻率。
頻率不一樣的無線電磁波，特性就不一樣，如下圖所示：
從宏觀來看，主要分為光波和電波。
我們人類無線通信，目前主要用的是電波。早期用的低頻和中頻電磁波，現(xiàn)在逐漸往高頻甚至太赫茲（就是上圖中間的 THz）發(fā)展。也有科學家，在研究可見光通信（往光波發(fā)展）。
無線電磁波的電波這部分，看上去頻率資源挺多的，但實際上，每個頻率，都被政府有關部門規(guī)定了對應的用途。
從使用者來看，這些頻段分為軍用、專網用（公安、消防、鐵路、電力等）、運營商用（公共移動通信），等等。
此外，還有 ISM（Industrial 工業(yè)、Scientific 科學、 Medical 醫(yī)學）免授權頻段，無需申請授權即可使用，例如我們的 Wi-Fi 頻段。
任何人都不可以隨便占用頻率。例如，我自己發(fā)明了一個無線通信設備，然后占用運營商的 800MHz 頻段，發(fā)射這個頻段的無線信號，那就是違法行為。
手機進行衛(wèi)星通信，第一個要考慮的問題：它到底用什么頻段？
不知道大家有沒有注意，我們買的新手機，到手之后，都會在反面看到一個藍色的標簽：
這個標簽，就是手機的進網許可證。任何手機型號上市之前，廠商都要先拿到工信部，去做入網測試。測試合格，才會發(fā)證。
這就意味著，國家對每一個電子產品，尤其是帶無線信號收發(fā)功能的電子產品，都是有嚴格要求的：要求無線電工作頻率必須符合國家有關規(guī)定，必須符合產品的合法用途。
我們的手機被設計出來，可以使用的頻段有三種：
一種是運營商的蜂窩通信系統(tǒng)工作頻率（也就是基站的工作頻段）。如果是現(xiàn)在比較常見的全網通手機的話，就要支持 2G / 3G / 4G / 5G 頻段。每個頻段，都在官網上注明。
小米某型號支持的頻段
第二種，是 Wi-Fi 和藍牙。這種就是前面我說的非授權頻譜，ISM 頻段。只要發(fā)射功率符合要求（不能太高），就可以直接用。
第三種呢，就是衛(wèi)星定位系統(tǒng)的工作頻段。我們手機現(xiàn)在都支持 GNSS 衛(wèi)星定位，可以收發(fā)衛(wèi)星信號。GNSS 系統(tǒng)有很多種，美國的 GPS，中國的北斗（BDS），還有歐洲的伽利略，等等。
眾多的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)
那么，問題來了。很多人天天嚷著手機通過衛(wèi)星進行通信，真要通信的話，使用什么頻段呢？
衛(wèi)星通信屬于空間無線電通信，已經超出了一個主權國家的無線電管理能力。因此，對衛(wèi)星通信工作頻率資源的使用，要向國際電聯(lián)（ITU-R）進行申請。
ITU-R 有明確的文件，對申報程序和規(guī)則有嚴格的要求，往往是和衛(wèi)星軌道資源的申請同步進行。
衛(wèi)星通信工作在微波頻段，其頻率范圍為 1GHz~40GHz。按照頻段，可劃分：L、S、C、X、Ku、K、Ka。其中，K 頻段由于處于大氣吸收損耗影響最大的頻率窗口，不適合于衛(wèi)星通信。因此，常用的衛(wèi)星通信頻段為：L、S、C、X、Ku、Ka：
值得一提的是 Ka 頻段。
由于 C 和 Ku 頻段已近飽和，無法承載更多的業(yè)務，所以 Ka 頻段現(xiàn)在逐漸成為熱門。Ka 頻段比 Ku 頻段更容易受天氣影響，但工作帶寬更大，信號強度更高。
不管怎么說，衛(wèi)星通信頻段和運營商蜂窩通信頻段是不同的。目前在市場上售賣的普通手機，根本不支持通信衛(wèi)星的無線工作頻率，自然就無法和衛(wèi)星進行通信。
只有衛(wèi)星通信服務商提供的專用衛(wèi)星電話，才能和這些通信衛(wèi)星建立連接。這些衛(wèi)星電話的話費，也是要充值給對應衛(wèi)星電話服務商的。
前面提到手機可以和 GPS、北斗進行通信，那是定位導航衛(wèi)星。嚴格來說，不是通信衛(wèi)星。不過，我們國家的北斗很牛逼，除了定位、導航和授時服務外，它比 GPS 多了一個功能，那就是短報文通信能力。
也就是說，除了位置信息之外，它可以進行短消息通信（RDSS 協(xié)議）。有多短呢？最多 78 個進制數 / 英文 / 數字，或者 39 個漢字。
前面提到的華為 MATE 50“衛(wèi)星通信”功能，就是指的這個。借助北斗定位衛(wèi)星的短報文通信通道，在緊急情況下，收發(fā)短信，進行應急通信。
這個只是文本短消息而已，沒有數據業(yè)務，無法看圖片，更無法打電話或者看視頻。
這個和大家正常意義上理解的衛(wèi)星通信，還是有很大區(qū)別的。前面說的專用衛(wèi)星電話，是可以打電話和使用數據業(yè)務（上網）的。
目前市面上的手機，均不支持通信衛(wèi)星的頻段。那么，是不是可以加上呢？
沒那么簡單。
手機對通信頻段的支持，不是加根天線就可以的。它涉及到 SoC 芯片、基帶、射頻、軟件部分的改造，是一個非常龐大且復雜的工作。
不是做不出來，而是沒有意義。
因為絕大部分情況下，手機都有基站信號，或者 Wi-Fi 信號，沒有必要為了極少出現(xiàn)的情況，增加無謂的成本。（搞一個外置的衛(wèi)星通信套件，倒是更有可行性。）
這個和水陸兩用汽車的道理，是一樣的。
汽車加上輪船的功能，也不是不可以。但是，價格會翻幾倍，利用率極低，不利于汽車的普及。
那么，手機不改裝，不支持現(xiàn)有衛(wèi)星通信的工作頻率，是不是就沒辦法進行衛(wèi)星通信了呢？
也不是。
我們可以換一種思路。如果手機不支持衛(wèi)星通信頻率，那么，干脆讓衛(wèi)星直接使用地面蜂窩基站的頻率唄？
事實上，美國運營商 T-Mobile 和馬斯克一起新搞的那個項目，就是這么干的。他們讓衛(wèi)星使用部分 5G 頻段，改進天線，然后對地面發(fā)送無線通信信號。
這種工作方式，有一個重要的前提，那就是必須使用低軌道衛(wèi)星。
這些年來，衛(wèi)星通信有一個非常重要的發(fā)展趨勢，那就是低軌道衛(wèi)星的崛起。
以前，發(fā)射衛(wèi)星的成本很高，所以，就希望一顆衛(wèi)星能覆蓋很大的范圍。想要覆蓋范圍大，就必須把衛(wèi)星放得更高。如下圖所示：
高軌道衛(wèi)星，雖然覆蓋面積大，但距離遠，通信就更困難。那個時候，通信技術也不是很成熟，所以，無線信道的帶寬比較低，通信速率比較慢。這種低速率通信，只能勉強滿足定位導航等需求。
現(xiàn)在，隨著技術的成熟，加上一箭 N 星技術的廣泛應用，發(fā)射衛(wèi)星的成本有所下降。以馬斯克 Space-X 為代表的民營公司，采用火箭回收技術，更降低了衛(wèi)星發(fā)射成本，使得低軌道通信衛(wèi)星的大量鋪設，成為了可能。
密集恐懼癥慎入
低軌衛(wèi)星，距離地面更近，如果拋開天氣因素，都是視距覆蓋，所以，是可以給地面用戶提供信號服務的。
SpaceX 衛(wèi)星的運行軌道高度原本是 1110 公里到 1325 公里，后來調低至 540 到 570 公里。
簡單來說，就等于是把基站吊在了天上，就是距離稍微遠點。
那么，T-Mobile 搗鼓的這種衛(wèi)星通信技術，能提供的帶寬速率是多少呢？
2-4 Mbps。
是的，你沒看錯，也就和當年 ADSL 撥號上網一個級別。勉強打打電話、發(fā)發(fā)圖片，視頻的話，夠嗆。
馬斯克的 SpaceX 通信衛(wèi)星主要使用衛(wèi)星通信專用頻段，基于已有的衛(wèi)星數量優(yōu)勢，目前可以達到大約 300Mbps 的服務速率。
注意！SpaceX 通信衛(wèi)星屬于常規(guī)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，不是手機達到這個速率，而是它所配備的衛(wèi)星通信設備。這個設備有“鍋”（蝶形天線），還有路由器啥的。
SpaceX 通信衛(wèi)星設備開箱
SpaceX 通信衛(wèi)星設備天線展開狀態(tài)
那么，為啥手機不能實現(xiàn)更高的衛(wèi)星通信速率呢？
這個和手機硬件有很大關系。尤其是天線的類型，造成的影響很大。
█ 天線類型問題
我們現(xiàn)在的手機都是內置天線，天線都在手機里面。專用的衛(wèi)星電話，會有更大更醒目的天線，如下圖所示：
衛(wèi)星電話
根據天線原理，天線的長度為無線電信號波長的 1/4 時，天線的發(fā)射和接收轉換效率較高。衛(wèi)星電話的天線這么大，說明這個通信系統(tǒng)的工作波長更長。也意味著，它的工作頻率越短（頻率 = 光速 ÷ 波長）。
基于中學物理知識，低頻率（大波長）的無線信號，繞射能力更強，傳播距離更遠。這和衛(wèi)星通信的場景是相匹配的。
鞭狀天線的信號收發(fā)能力終歸比較弱。比它更強的，是碟狀天線，也就是大家常見的“鍋”。
碟狀天線，只要朝向對得準，就可以實現(xiàn)較好的通信效果。
那么，我想問一下，如果手機進行衛(wèi)星通信，你愿不愿意手機上再背一個鍋呢？然后這個鍋，你還是使勁找準朝向。
即便你愿意背這個鍋，你還面臨一個問題 —— 發(fā)射信號的問題。
衛(wèi)星向手機發(fā)射信號，可以調大發(fā)射功率。手機向衛(wèi)星發(fā)射信號，這就難了。
手持通信終端，發(fā)射功率是有嚴格限制的。你也不希望自己手上拿個微波爐，進行通信吧？
以手機毫瓦級的無線發(fā)送功率，想讓衛(wèi)星收到這種信號，到底有多難？大家可以自行想象一下。
更何況，是成千上萬甚至十萬百萬的手機，向太空中的衛(wèi)星發(fā)送信號，你覺得，衛(wèi)星能捕捉到所有的信號嗎？
馬斯克的 SpaceX 通信衛(wèi)星，也存在上行速率不足的問題。這是一個死穴。
█ 容量問題
好了，我們繼續(xù)往下分析。
接下來，我們說說容量問題。
馬斯克的 SpaceX 通信衛(wèi)星，號稱是 1.2 萬顆衛(wèi)星，用于覆蓋全球。簡單平均一下，中國 960 萬平方公里，地球面積 5.1 億平方公里，大概占比 1.88%。衛(wèi)星的話，也就 226 顆。
那么，地面基站數量呢？
中國的基站總數，大約是 1035 萬座。僅中國移動的話，大約是 550 萬座。
226 vs 5500000，傻子也能看明白，這里面不存在取代關系。如果沒有地面蜂窩基站，我們需要多少顆衛(wèi)星，才能讓所有人高速上網？
退一萬步說，即便衛(wèi)星可以一點對多點，承接了海量的移動寬帶連接需求，那么，信號回傳（也就是衛(wèi)星將信號發(fā)到地面站），又該怎么辦？數據中心都在地面，云服務也在地面，不回傳不行的呀。
目前的 5G 基站，也就覆蓋幾平方公里到幾十平方公里的面積，幾百用戶，前傳帶寬都要達到 25Gbps 級別。衛(wèi)星通信，是否可以實現(xiàn)與地面站的 25Gbps 通信速率呢？
此前，我國在衛(wèi)星上做了一次試驗任務，采用高速高階相干激光通信終端，實現(xiàn)了速率 10Gbps 的傳輸。
看似好像也和 25Gbps 差不大，但是這個是無線通信，穩(wěn)定性、抗干擾性都遠遠不如光纖。而且，衛(wèi)星的數量遠遠不如基站，如果要比肩陸地基站，它的數量需求是極大的。
█ 室內覆蓋問題
簡而言之，如果衛(wèi)星通信取代地面蜂窩基站通信，那么，室內信號覆蓋，該怎么辦？地下室、隧道，該怎么辦？如果遇到惡劣天氣，又該怎么辦？
█ 結語
洋洋灑灑說了那么多，大家應該看明白了。衛(wèi)星通信，是完全無法取代地面蜂窩通信系統(tǒng)的。如果有人告訴你通信衛(wèi)星會取代基站，要么是傻，要么是壞。
作為一項特殊的通信技術，衛(wèi)星通信的角色定位，仍然是地面蜂窩通信系統(tǒng)的補充。
衛(wèi)星通信的應用領域有三類：
1、在人煙稀少地區(qū)，在光纖和基站不方便布設的地區(qū)，衛(wèi)星會有很大的作用。在國外，在國內的中西部，這種地區(qū)還有很多。對于一些戶外愛好者，還有礦產勘察、自然保護等特殊工作人群，衛(wèi)星電話很有用。
2、海洋以及天空場景，例如航海船舶、民航飛機，對衛(wèi)星通信有強烈的需求。尤其是民航，這幾年商務人士等高價值人群，對空中通信需求很大，這類應用發(fā)展很快。
3、應急救災場景。當發(fā)生地震、洪水等自然災害，地面通信系統(tǒng)失靈，就需要借助衛(wèi)星，進行應急通信。
大家在看待衛(wèi)星通信的時候，一定要理性、客觀。它的市場體量，和蜂窩移動通信根本不是一個級別。但是，它面對的細分市場，確實有很大的發(fā)展空間。
這些年，3GPP 的 NTN（Non-terrestrial networks，非地面網絡項目），還有 SaT5G、TC12，都在研究空地一體化通信。
我覺得，市場潛力是有的，但是并不沒有想象中那么大。尤其是 NTN，主要側重的是衛(wèi)星通信與 5G 的融合，是衛(wèi)星對 5G 的補充。并不是脫離蜂窩通信，另起爐灶，大家應該有基本的了解。
對于衛(wèi)星通信，除了技術瓶頸之外，還涉及到法律、環(huán)境、政治等一系列因素。限于篇幅，就不一一介紹了。
廣告聲明：文內含有的對外跳轉鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時間，結果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。