一條穿越星海的短消息，是「理科生」華為的浪漫

　　「星辰大海，縱橫相依。搖搖星光，向你而來。」一條穿越星海的短消息，是「理科生」華為的浪漫。

　　繼9月發(fā)布的Mate50系列成為全球首款支持北斗衛(wèi)星消息的智能手機之后，華為在10月的最后一天又帶來重磅福利：華為Mate Xs 2即將升級衛(wèi)星通信功能，11月5日將正式開啟公測，成為華為繼Mate50系列后第二款搭載北斗衛(wèi)星消息功能的手機。對花粉來說，這意義非凡——這項扎到地、捅破天的技術(shù)在滿足一定的硬件門檻和北斗運營商服務(wù)的支持下，是可以通過軟件OTA升級享受到的服務(wù)。

　　今年9月，蘋果與華為先后發(fā)布旗艦新機，幾乎同步推出衛(wèi)星通信服務(wù)。與蘋果只能使用衛(wèi)星SOS緊急求助不同，試想一下這個畫面：你歷經(jīng)多日，終于攀上了山頂，眼前是白雪皚皚的群山起伏，卻也因為極端的環(huán)境收不到任何信號。于是，你通過連接衛(wèi)星，向記掛你的多位家人發(fā)出了「已登山頂，一切安好」，還貼心地附帶上精準(zhǔn)的坐標(biāo)信息。一句報平安，讓華為的技術(shù)多了一份溫情。

　　這份獨有的浪漫，依靠于北斗衛(wèi)星所獨有的短報文通信技術(shù)——標(biāo)志著以華為為代表的中國智能手機進入了「追星時代」。華為Mate50系列全球首款大眾衛(wèi)星手機也成功入選2022十大高燃瞬間，同時被央視視頻報道。

　　「獨步天下」的短報文技術(shù)

　　要搞懂短報文通信技術(shù)，就繞不開北斗發(fā)展的歷程。

　　這套我國自主建設(shè)運行的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，歷經(jīng)二十余年發(fā)展，已成為全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一，并在交通運輸、農(nóng)林漁業(yè)、水文監(jiān)測、氣象測報等方面做出卓越貢獻(xiàn)。

　　該系統(tǒng)歷經(jīng)兩次迭代，與華為「連接衛(wèi)星」相關(guān)指的是2020年7月31日后開通運行的北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，此時已能為全球用戶提供優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)航定位服務(wù)。

　　首先，我們需要知道北斗三號系統(tǒng)由24顆中地球軌道衛(wèi)星、3 顆地球靜止軌道衛(wèi)星和3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星組成。短報文技術(shù)最早應(yīng)用在北斗一號上，一直使用存在隱蔽性差、解算要時間、定位精度相對低的「有源定位」。升級至北斗三號后，在兼容「有源定位」體制的基礎(chǔ)上，采用廣義「有源定位」體制和「無源定位」＋短報文通信體制，大大提升服務(wù)能力，把短報文限發(fā)字?jǐn)?shù)從北斗二號的120字提升至北斗三號的1000字。

　　技術(shù)發(fā)展到這一步，離華為實現(xiàn)捅破天還缺一個助力——手機北斗短報文通信射頻基帶一體化芯片，在今年夏天已研發(fā)成功，已進入量產(chǎn)階段。這意味著不久后，該芯片集成于智能終端內(nèi)實現(xiàn)向大眾領(lǐng)域迅速推廣。

　　短報文就像來自太空的短信，不依靠地表運營商網(wǎng)絡(luò)而直連衛(wèi)星，繼承了衛(wèi)星全天候、全域廣覆蓋、可靠性高等諸多優(yōu)點。相比于衛(wèi)星電話的高額費用，短報文在智能手機上的運營將變得靈活豐富。出海的漁民可以用短報文鎖定位置發(fā)出求助；在荒野、森林、冰原等特殊地貌上勘測的工作人員能依靠短報文隨時與外界保持聯(lián)系，極大提升安全性。

　　當(dāng)捅破天技術(shù)真正走進百姓家的時候，是一種托底式的通信技術(shù)手段——不管身處何處，只要在開闊地帶對準(zhǔn)衛(wèi)星就能傳遞信息。雖然，華為目前的衛(wèi)星通信功能只支持單方向發(fā)送短報文，并且不能超過50個漢字，但卻為消費者們打開了一扇追星的大門。

　　“捅破天”時代來了嗎？

　　為什么集中在今年9月，兩大巨頭紛紛進軍衛(wèi)星通信服務(wù)？雖然在起步階段仍存在各自的局限性，但卻明顯地釋放了一個信號——有直連衛(wèi)星功能的智能手機離普通消費者越來越近。

　　「衛(wèi)星通信」這個相對陌生的詞在兩場發(fā)布會后被推到了大眾面前，其實除了蘋果、華為以外，三星、小米、vivo、魅族等手機廠商也緊隨其后開始籌備衛(wèi)星通信技術(shù)。比如小米在今年3月獲得了一項“基于衛(wèi)星的通信方法、裝置和存儲介質(zhì)"的新專利；vivo一小部分主流手機將支持北斗導(dǎo)航，正在“追星”路上大步前進；牽手魅族的吉利星紀(jì)時代不久前宣稱將推出全球首款直連低軌衛(wèi)星的消費級手機，實現(xiàn)天地一體化和無界連接。

　　海外的“追星”趨勢也熱情高漲，T-Mobile 與 SpaceX 運營的“星鏈”互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)已達(dá)成了手機接入?yún)f(xié)議；英國的衛(wèi)星電信網(wǎng)絡(luò)公司 Oneweb 已與 AT&T 合作、Verizon 已與亞馬遜展開合作、諾基亞正與 AST SpaceMobile 合作，后者正在尋求衛(wèi)星與手機的直連。可以說，智能手機直連衛(wèi)星是通信行業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展后的必經(jīng)之路。

　　某種程度上說，兩家巨頭公司之所以能在今年秋天達(dá)成這樣的巧合，很大部分原因其實在等待——每一個環(huán)節(jié)的合作伙伴都要一一到位。低軌、高軌各有特點，前者擁有寬帶化、傳輸時延小等明顯優(yōu)勢，后者設(shè)計容量大，單星覆蓋面積大，所需衛(wèi)星數(shù)量較少，整體成本較低。我國便在籌劃建設(shè)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)時就指向了打造高軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，經(jīng)多年發(fā)展后已能在航空、海事、應(yīng)急、自然資源等多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)成熟應(yīng)用。

　　2020 年 6 月，由長征三號乙火箭運載的第 55 顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功發(fā)射，整個北斗系統(tǒng)實現(xiàn)了全球組網(wǎng)；去年4月，國家發(fā)改委首次明確“新基建”范圍，將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入其中；今年4月，注冊資本高達(dá)100億元的央企中國星網(wǎng)落地雄安新區(qū)，錨定世界一流衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)公司，被大家稱作衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的“國家隊”、“第五大運營商”；今年夏天，手機北斗短報文通信射頻基帶一體化芯片研制成功并實現(xiàn)量產(chǎn)，上半年新進網(wǎng)手機中有128款支持北斗……一系列動作背后，是中國加快推動衛(wèi)星通信和衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，也讓一眾國產(chǎn)手機廠商有進軍「星辰大海」的勇氣。

　　「理工男」華為的浪漫「追星故事」

　　華為發(fā)出全球第一條北斗衛(wèi)星消息，短短十六個字背后，團隊整整努力了15個月。

　　發(fā)送「太空短信」的原理，其實是將衛(wèi)星作為一個中繼設(shè)備。用戶通過設(shè)備終端把衛(wèi)星作為中繼設(shè)備與幾百上千公里外的通信設(shè)備相連，完成信息傳遞。而實現(xiàn)中繼功能的北斗三號系統(tǒng)GEO衛(wèi)星運行軌道高度約3.6萬公里。

　　必須承認(rèn)，高軌衛(wèi)星所自帶的局限性會讓華為實現(xiàn)「太空短信」的難度大大增加。一方面，相較于距離更近的低軌衛(wèi)星，飛得更高意味著距離傳輸目標(biāo)越遠(yuǎn)，路徑損耗就會越大；另一方面，手機的發(fā)射功率太小，使在常規(guī)狀態(tài)下無法完成有效連接。如果參照傳統(tǒng)的衛(wèi)星電話，發(fā)射功率是增加了，但內(nèi)置天線的復(fù)雜結(jié)構(gòu)使機體體積碩大，無法裝進口袋。要想在不改變智能機原本大小、空間的情況下，隨時隨地把衛(wèi)星消息“裝”進口袋，華為必須另辟蹊徑，想出辦法攻克手機終端與衛(wèi)星通信之間信息傳輸損耗大的難題。

　　團隊研究發(fā)現(xiàn)，由于手機內(nèi)部空間有限，收發(fā)天線相比專用設(shè)備增益低，想要把衛(wèi)星天線放在其中，就需要通過更為精密和專業(yè)的設(shè)計，來獲得更高的天線增益。

　　此外，要想讓手機端能直連衛(wèi)星，還需要在原有連接地面網(wǎng)絡(luò)之外，建立另一套連接衛(wèi)星的系統(tǒng)進行通信。

　　最終，華為通過建立新的手機終端與衛(wèi)星之間的通信協(xié)議以及高性能的硬件設(shè)計，提高衛(wèi)星通信的性能和效率，減少信號損耗；為了保證衛(wèi)星通信服務(wù)的精確與可靠，降低衛(wèi)星信號傳輸過程中的噪聲與干擾，華為采用高增益算法，提升信號解碼率，讓信號聚焦，減少發(fā)散，從而能夠直達(dá)衛(wèi)星；通過專有的巡星引導(dǎo)UX設(shè)計，為用戶帶來可視化的使用方式，更加方便用戶操作。讓手機終端自動尋找衛(wèi)星的位置，幫助用戶建立更穩(wěn)定的連接，進而更好地提升信息收發(fā)性能。

　　就這樣，為了驗證北斗衛(wèi)星通信功能勝任各種極端環(huán)境和使用場景，華為工程師們?yōu)榇藰?gòu)建了完整的測試、驗證閉環(huán)——通過尋星引導(dǎo)向模擬衛(wèi)星發(fā)出信號，利用終端設(shè)備接收信號，建立“測試地面北斗衛(wèi)星信號發(fā)射設(shè)備-北斗衛(wèi)星信號接收設(shè)備-地面通信系統(tǒng)信息處理”整套通信流程也構(gòu)成了全球首個北斗三號端到端星地融合通信驗證系統(tǒng)。

　　隨著第一條北斗短消息從樣機成功送出，新的挑戰(zhàn)緊隨其后——為確保手機終端在任何地域、環(huán)境和極端氣候下都能接收到衛(wèi)星消息，測試團隊又開始一場長途跋涉。他們跨過31個省份、直轄市、自治區(qū)，北到榆林沙漠，南至海南諸島，東抵東海之濱，西達(dá)羌塘草原，歷時18個月，場外測試場景覆蓋了祖國戈壁沙漠、高山叢林、江海湖泊等各式地貌環(huán)境。

　　途中的艱苦不必言說，5月的西藏尼瑪縣每天早上仍在下雪，他們已經(jīng)哈著白氣在測試北斗衛(wèi)星的消息功能；在可可西里無人區(qū)，他們需要間歇性地依靠吸氧解決高原反應(yīng)，才能持續(xù)完成測試；海拔3000 多米的澇峪八里坪秦嶺上，他們用8元一瓶的礦泉水奢侈地洗了一把臉后繼續(xù)埋頭工作……能實現(xiàn)全球首發(fā)北斗衛(wèi)星消息，堅韌實干的華為人功不可沒。

　　正是這群工程師們從“0”開始，設(shè)計出一整套測試驗證系統(tǒng)，從立足通信協(xié)議開始，一直仰望到衛(wèi)星平臺，最終實現(xiàn)將北斗系統(tǒng)順利落地到大眾消費級智能終端，做到了「向上捅破天，向下扎到地」，這是華為的一小步，卻是行業(yè)的一大步，標(biāo)志著大眾智能手機進入“星時代”，將成為世界通信史上濃墨重彩的篇章。（本文首發(fā)鈦媒體App）

來源：鈦媒體APP

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