发出全球第一条北斗卫星消息,为什么只有华为做到了?

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▎依靠于北斗卫星所独有的短报文通信技术——标志着以华为为代表的中国智能手机进入了「追星时代」。



  钛媒体作者丨科技指北

「星辰大海，纵横相依。摇摇星光，向你而来。」一条穿越星海的短消息，是「理科生」华为的浪漫。

继9月发布的Mate50系列成为全球首款支持北斗卫星消息的智能手机之后，华为在10月的最后一天又带来重磅福利：华为Mate Xs 2即将升级卫星通信功能，11月5日将正式开启公测，成为华为继Mate50系列后第二款搭载北斗卫星消息功能的手机。对花粉来说，这意义非凡——这项扎到地、捅破天的技术在满足一定的硬件门槛和北斗运营商服务的支持下，是可以通过软件OTA升级享受到的服务。



今年9月，苹果与华为先后发布旗舰新机，几乎同步推出卫星通信服务。与苹果只能使用卫星SOS紧急求助不同，试想一下这个画面：你历经多日，终于攀上了山顶，眼前是白雪皑皑的群山起伏，却也因为极端的环境收不到任何信号。于是，你通过连接卫星，向记挂你的多位家人发出了「已登山顶，一切安好」，还贴心地附带上精准的坐标信息。一句报平安，让华为的技术多了一份温情。

这份独有的浪漫，依靠于北斗卫星所独有的短报文通信技术——标志着以华为为代表的中国智能手机进入了「追星时代」。华为Mate50系列全球首款大众卫星手机也成功入选2022十大高燃瞬间，同时被央视视频报道。

「独步天下」的短报文技术



要搞懂短报文通信技术，就绕不开北斗发展的历程。

这套我国自主建设运行的北斗导航系统，历经二十余年发展，已成为全球四大卫星导航系统之一，并在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报等方面做出卓越贡献。

该系统历经两次迭代，与华为「连接卫星」相关指的是2020年7月31日后开通运行的北斗三号全球卫星导航系统，此时已能为全球用户提供优质的导航定位服务。



首先，我们需要知道北斗三号系统由24颗中地球轨道卫星、3 颗地球静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星组成。短报文技术最早应用在北斗一号上，一直使用存在隐蔽性差、解算要时间、定位精度相对低的「有源定位」。升级至北斗三号后，在兼容「有源定位」体制的基础上，采用广义「有源定位」体制和「无源定位」＋短报文通信体制，大大提升服务能力，把短报文限发字数从北斗二号的120字提升至北斗三号的1000字。



技术发展到这一步，离华为实现捅破天还缺一个助力——手机北斗短报文通信射频基带一体化芯片，在今年夏天已研发成功，已进入量产阶段。这意味着不久后，该芯片集成于智能终端内实现向大众领域迅速推广。

短报文就像来自太空的短信，不依靠地表运营商网络而直连卫星，继承了卫星全天候、全域广覆盖、可靠性高等诸多优点。相比于卫星电话的高额费用，短报文在智能手机上的运营将变得灵活丰富。出海的渔民可以用短报文锁定位置发出求助；在荒野、森林、冰原等特殊地貌上勘测的工作人员能依靠短报文随时与外界保持联系，极大提升安全性。

当捅破天技术真正走进百姓家的时候，是一种托底式的通信技术手段——不管身处何处，只要在开阔地带对准卫星就能传递信息。虽然，华为目前的卫星通信功能只支持单方向发送短报文，并且不能超过50个汉字，但却为消费者们打开了一扇追星的大门。

“捅破天”时代来了吗？



为什么集中在今年9月，两大巨头纷纷进军卫星通信服务？虽然在起步阶段仍存在各自的局限性，但却明显地释放了一个信号——有直连卫星功能的智能手机离普通消费者越来越近。



「卫星通信」这个相对陌生的词在两场发布会后被推到了大众面前，其实除了苹果、华为以外，三星、小米、vivo、魅族等手机厂商也紧随其后开始筹备卫星通信技术。比如小米在今年3月获得了一项“基于卫星的通信方法、装置和存储介质"的新专利；vivo一小部分主流手机将支持北斗导航，正在“追星”路上大步前进；牵手魅族的吉利星纪时代不久前宣称将推出全球首款直连低轨卫星的消费级手机，实现天地一体化和无界连接。



海外的“追星”趋势也热情高涨，T-Mobile 与 SpaceX 运营的“星链”互联网服务已达成了手机接入协议；英国的卫星电信网络公司 Oneweb 已与 AT&T 合作、Verizon 已与亚马逊展开合作、诺基亚正与 AST SpaceMobile 合作，后者正在寻求卫星与手机的直连。可以说，智能手机直连卫星是通信行业技术不断发展后的必经之路。

某种程度上说，两家巨头公司之所以能在今年秋天达成这样的巧合，很大部分原因其实在等待——每一个环节的合作伙伴都要一一到位。低轨、高轨各有特点，前者拥有宽带化、传输时延小等明显优势，后者设计容量大，单星覆盖面积大，所需卫星数量较少，整体成本较低。我国便在筹划建设北斗导航系统时就指向了打造高轨卫星互联网，经多年发展后已能在航空、海事、应急、自然资源等多个领域实现成熟应用。



2020 年 6 月，由长征三号乙火箭运载的第 55 颗北斗导航卫星成功发射，整个北斗系统实现了全球组网；去年4月，国家发改委首次明确“新基建”范围，将卫星互联网纳入其中；今年4月，注册资本高达100亿元的央企中国星网落地雄安新区，锚定世界一流卫星互联网公司，被大家称作卫星互联网的“国家队”、“第五大运营商”；今年夏天，手机北斗短报文通信射频基带一体化芯片研制成功并实现量产，上半年新进网手机中有128款支持北斗……一系列动作背后，是中国加快推动卫星通信和卫星互联网发展，也让一众国产手机厂商有进军「星辰大海」的勇气。

「理工男」华为的浪漫「追星故事」



华为发出全球第一条北斗卫星消息，短短十六个字背后，团队整整努力了15个月。



发送「太空短信」的原理，其实是将卫星作为一个中继设备。用户通过设备终端把卫星作为中继设备与几百上千公里外的通信设备相连，完成信息传递。而实现中继功能的北斗三号系统GEO卫星运行轨道高度约3.6万公里。



必须承认，高轨卫星所自带的局限性会让华为实现「太空短信」的难度大大增加。一方面，相较于距离更近的低轨卫星，飞得更高意味着距离传输目标越远，路径损耗就会越大；另一方面，手机的发射功率太小，使在常规状态下无法完成有效连接。如果参照传统的卫星电话，发射功率是增加了，但内置天线的复杂结构使机体体积硕大，无法装进口袋。要想在不改变智能机原本大小、空间的情况下，随时随地把卫星消息“装”进口袋，华为必须另辟蹊径，想出办法攻克手机终端与卫星通信之间信息传输损耗大的难题。

团队研究发现，由于手机内部空间有限，收发天线相比专用设备增益低，想要把卫星天线放在其中，就需要通过更为精密和专业的设计，来获得更高的天线增益。

此外，要想让手机端能直连卫星，还需要在原有连接地面网络之外，建立另一套连接卫星的系统进行通信。



最终，华为通过建立新的手机终端与卫星之间的通信协议以及高性能的硬件设计，提高卫星通信的性能和效率，减少信号损耗；为了保证卫星通信服务的精确与可靠，降低卫星信号传输过程中的噪声与干扰，华为采用高增益算法，提升信号解码率，让信号聚焦，减少发散，从而能够直达卫星；通过专有的巡星引导UX设计，为用户带来可视化的使用方式，更加方便用户操作。让手机终端自动寻找卫星的位置，帮助用户建立更稳定的连接，进而更好地提升信息收发性能。



就这样，为了验证北斗卫星通信功能胜任各种极端环境和使用场景，华为工程师们为此构建了完整的测试、验证闭环——通过寻星引导向模拟卫星发出信号，利用终端设备接收信号，建立“测试地面北斗卫星信号发射设备-北斗卫星信号接收设备-地面通信系统信息处理”整套通信流程也构成了全球首个北斗三号端到端星地融合通信验证系统。



随着第一条北斗短消息从样机成功送出，新的挑战紧随其后——为确保手机终端在任何地域、环境和极端气候下都能接收到卫星消息，测试团队又开始一场长途跋涉。他们跨过31个省份、直辖市、自治区，北到榆林沙漠，南至海南诸岛，东抵东海之滨，西达羌塘草原，历时18个月，场外测试场景覆盖了祖国戈壁沙漠、高山丛林、江海湖泊等各式地貌环境。

途中的艰苦不必言说，5月的西藏尼玛县每天早上仍在下雪，他们已经哈着白气在测试北斗卫星的消息功能；在可可西里无人区，他们需要间歇性地依靠吸氧解决高原反应，才能持续完成测试；海拔3000 多米的涝峪八里坪秦岭上，他们用8元一瓶的矿泉水奢侈地洗了一把脸后继续埋头工作……能实现全球首发北斗卫星消息，坚韧实干的华为人功不可没。



正是这群工程师们从“0”开始，设计出一整套测试验证系统，从立足通信协议开始，一直仰望到卫星平台，最终实现将北斗系统顺利落地到大众消费级智能终端，做到了「向上捅破天，向下扎到地」，这是华为的一小步，却是行业的一大步，标志着大众智能手机进入“星时代”，将成为世界通信史上浓墨重彩的篇章。

（本文首发钛媒体App）


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