箭在弦上：卫星通信手机的厚积薄发

自从iPhone 14系列开始支持卫星通信功能以后，手机卫星通信话题一度变得很热。一般我们说，苹果作为手机OEM厂商的身份时，总是有能力带活一条产业链和一个生态系统。iPhone身上的很多组件都是如此。

但卫星通信进入寻常智能手机，大概就不是这么回事了。卫星通信手机，或卫星手机是个由来已久的东西，即便传统的近地轨道卫星通信手机都形如板砖，不过在开谈这个话题前，先说两件相关卫星通讯事业发展的周边事件。

其一是美国搞近地轨道卫星通信网络，也是现在比较知名的Globalstar和Iridium（铱星），曾在上世纪90年代末双双面临破产，主要原因是始终没有那么多客户基础来填补高昂的网络构建和运营成本。像Iridium，在极地轨道运营着66颗卫星，提供商业服务始于1998年11月，次年8月就陷入破产窘境。

这两家当前的资方主体显然已经发生过变化。到了2022年T-Mobile和SpaceX宣布合作，基于Starlink（星链）提供卫星通讯服务，则有了显著的商业化考量和转向。

图1：当智能手机采用卫星通信。

其二是华为手机也是智能手机里较早支持卫星通讯的产品，尤其最新的Mate 60 Pro率先支持了卫星通话，而其他已经在售的卫星通信智能手机暂时还停留在卫星信息收发的程度。提供卫星网络基础设施的，是天通一号卫星移动通信系统，关注这方面新闻的读者应该知道，前一阵中国航天科技集团还在知乎上特地就Mate 60 Pro的卫星通信实现刷了一波好感度。

天通卫星以第一人称讲述自己的故事时，就提到天通的诞生，是在2008年汶川地震以后，国家意识到建设自有卫星通信系统的重要性，于2011年启动天通一号卫星项目。天通一号01星于2016年8月6日升空，02星和03星相继于2020年、2021年发射成功。天通一号卫星目前支持语音、数据、短信业务和定位功能，互联网接入服务暂未开通。华为手机从Mate 50开始，作为终端侧，开始支持卫星通信就是以天通一号为基础的。

从这两件事就不难发现，支持卫星通信的智能手机绝对不是一蹴而就，或者完全仰仗苹果的生态召唤能力。本期封面故事就以卫星通信手机为话题，谈谈其潜在市场，及发展的依据。

卫星通信进入智能手机前

维基百科将卫星通信电话系统分成了两种大类型，分别是地球同步轨道卫星通信，和近地轨道卫星通信。前者所用卫星巨大而昂贵，位于地球表面以上35786千米的位置。这种系统的通信延迟和成本是可想而知的，也不是我们要探讨的部分。而近地轨道卫星离我们自然就近得多了，也是如今卫星通信智能手机热点的基础。

所谓的卫星通信，在我们讨论的上下文里，是相对于地面通信而言的。一般传统的民用手机通过地面通信基站来打电话、发消息、接入互联网。卫星通信手机不借助地面网络，而是通过近地轨道卫星实现通信。

从大方向理解这两种通信方式，可以将地面基站网络想象成巨大的网状结构，基站覆盖一定的通信范围。在不同的网格间穿梭时，手机需要切换到不同的基站。对于整个地球来说，总有这张网覆盖不到的地方。在这些地方时，手机就没有了地面信号。

很多人迹罕至、人烟稀少的地方，地面网络基础设施建设落后，那么“没有信号”也就不是什么稀罕事了。但这并不意味着这些地方就完全不需要网络连接，对于户外运动爱好者、野外工作者——包括边防、地质勘探、长途运输等，通信仍然是必要的。

另一方面，尤其美国这种卫星通信建立时间更早的国家，自然灾害的紧急响应都频繁地用到了卫星通信。因为在地震、龙卷风之类的自然灾害面前，地面通信基础设施有较大概率面临瘫痪。而卫星通信显然在应对上述两种场景时就相当有效。这也是08年汶川地震后，国家下决心建立自己的卫星通信系统的原因。

每颗近地轨道卫星的覆盖范围虽然不及同步轨道卫星，但也比地面基站大得多了。不过卫星通信手机要求开阔的位置条件，这也是众所周知的了。

如文首所述，卫星通信手机本身并不是这两年才有的。不过90年代的卫星通信手持设备，在尺寸和重量上和当时的大哥大也类似：显著特征也包括了可伸缩天线。需要明确的是，卫星通信终端系统并不只有手持移动设备，另外也包括一些大家伙，比如电脑，比如装在船上的——这类系统就可以用上大个头的电子器件，包括桅杆上的可转向微波天线——同类系统的存在可能是民用、商用、军用间的差异了。

图2：Iridium 9505A卫星电话。

早期的卫星通信电话或手机价格着实不便宜，比如Iridium于2001年发布、2010年开售的Iridium 9505A价格是1000美元，15.8 x 6.2 x 5.9cm的板砖尺寸，黑白小屏；另外有个长条的外置伸缩、可左右45°转向的天线，完全伸展开，天线长度达到了23cm。当年发布的这类手机是专用于特定网络的，并不能在不同网络间切换。也就是说它们大部分是不支持地面通信的。

另外“现代化”一点，可实现互联网与语音通信的，像是BGAN（Broadband Global Area Network，属于Inmarsat的全球卫星网络）终端动辄都是几千美元。据说早年在这类手持设备的定价问题上，运营商是有极大话语权的，因为卫星通信网络基于专有协议来运营，那么OEM厂商其实很难独立地去造这些手机。

不过近代卫星通信手机的现代化程度，也有比我们想象得更甚的：2008年就有跑Windows Mobile的卫星通信智能手机（Eletrobit）——也支持地面网络通信，据说做到了天线的隐藏，三围尺寸11.9 x 6.4 x 2.3cm算是可接受的。虽然我们不清楚这款手机有没有真正大范围商用。

另外，卫星通信移动设备也未必只是手机，最典型的如Garmin InReach，这是个更为单纯的卫星通信通讯器。听到Garmin，那必然就能明晰，这是为户外运动爱好者或野外工作者准备的，基于Iridium的卫星网络可做双向短信通信，以及使用GPS记录和附加位置信息、向救援组织发出请求SOS和天气信息。

图3：一名登山者正使用卫星电话呼叫营救队伍。

智能手机普及卫星通信的硬件基础

此前官方发布有关天通卫星的资料中提到，天通一号卫星手机很“灵巧”，是“常见的安卓智能手机的灵巧形式”；但也带有一根折叠全向天线。另外还有个“天通一号便携站”，是一台采用Android系统的平板设备，适用于野外作业。这些就是比较现代化的卫星通信终端了。

从历史角度来看，卫星通信始终没有进入智能手机的原因，起码现在看来应该是通信和基础设施成本问题，及其原本的小众市场定位。这里的成本不仅是固定成本，可能也还在于运营和通信成本。语音通话资费每分钟都可能达到数美元，尤其不同卫星电话网络间的呼叫费用，可能会达到每分钟十几美元。此前公布的天通卫星业务资费，结合中国电信的套餐，看起来已经是相当划算的了。

总结一下卫星通信的基础设施需求，一是天上飞的卫星网络，二是地上用的终端。这两部分的建设工作都在最近几年逐步走向了完善。而且这些年，还有不少初创企业，典型如AST SapceMobile、Lynk等加入市场，都是期望把“太空中的宽带网络”带到移动设备上。在我们看来，Mate 50和iPhone 14系列支持卫星通信乃是大趋势铸就的。

虽说因为地缘政治的关系，如今与电子科技相关的技术发展存在不少多样化的可能性，但从明确的标准角度来看，基于卫星连接的通用消息（messaging）基础已经于2022年3月得到批准，也就是3GPP Release 17。这已经是个重要信号了。

图4：手机的卫星通信自然需要以覆盖更广范围的卫星网络为基础。

就卫星通信普及到智能手机的硬件基础问题，首先来谈谈卫星网络。除了我们国家的天通卫星，以及前文谈到国外上世纪就开始的卫星网络建设，最近比较知名的是2022年8月T-Mobile和SpaceX之间的合作。在卫星网络建设的前期宣传上就提到了和现有5G智能手机共存，2023年晚些时间进入beta测试阶段。实际上SpaceX于2021年就收购了Swarm来构建这方面的能力。

SpaceX和T-Mobile间的合作是基于Starlink（星链）Gen 2卫星——2022年发射进入轨道，达成应用于智能手机的卫星连接。这是运营商和卫星网络基础设施层面，就给出了智能手机带卫星通信功能的实现基础的典型。Starlink卫星会在T-Mobile的1900MHz中频区间广播新的网络，也就是对T-Mobile已拥有频率的使用。前期规划是用该网络收发SMS、MMS信息，并使用“部分消息app”；未来预期会增加语音和数据连接功能。

而苹果iPhone 14支持单向信息卫星通信的基础，是源于其与Globalstar的合作。值得一提的是，Globalstar早在2020年12月就申请了发射3000个卫星星座系统。这些可能都表明，卫星通信智能手机的时代就要全面到来了。

今年3月，美国联邦通信委员会（FCC）宣布卫星运营企业可使用手机运营商的频谱资源，这也是卫星通信与智能手机结合很重要的一步，频谱资源使用许可是法规基础。在法律法规的基础问题上，卫星运营企业本身也需要有所谓的“登陆权”，才可能在对应的国家或地区运营网络。SpaceX与T-Mobile的合作之所以受人瞩目，关键也在这里。

其次是卫星通信的终端侧，比如iPhone 14、Mate 50、摩托罗拉Defy 2/CAT S75。终端实现卫星通信的关键当然在于射频前端、transceiver、modem等组成部分。对于Mate 60而言，就卫星通信实现，目前已知信息是来自昂瑞微的射频前端，润芯的射频transceiver，以及华力创通的modem。华力创通在这其中应该是发挥了举足轻重的作用的。

而之所以说智能手机可能要普及卫星通信功能，主要是考虑到高通、联发科及三星在手机芯片层面的支持。三星此前宣布了在构建相关技术，达成双向的卫星通信消息首发：Exynos 5300 Modem将可连接近地轨道卫星。

联发科方面是在今年2月份展示了两颗芯片组，可实现智能手机上的双向卫星通信，而且是基于3GPP标准；联发科选择的合作方是Skylo。当时联发科甚至提到，并不需要使用联发科的AP SoC，手机OEM厂商就可以把联发科的芯片加到一般的4G、5G手机上。这应该是为了加速解决方案在终端侧的推广。

摩托罗拉Defy 2手机应当就是基于联发科这方面的技术（还有个摩托罗拉Defy Satellite Link配件，乃是支持卫星通信的热点，通过蓝牙连接普通智能手机），达成了双向的卫星信息收发（名为Bullitt Satellite Messenger——应用于Android的直连设备信息服务）。

而最值得一提的应当是高通Snapdragon Satellite for Android。高通是在今年CES上发布的这一平台，也支持双向信息收发——最初在宣传的时候，高通就强调了Snapdragon Satellite技术是可以通过卫星给任何人发文字信息的，而不只是像iPhone 14那样的紧急响应方（仅用于紧急SOS）。

图5，卫星通信手机普及还有多远？

之所以说高通的这一决策有利于卫星通信功能在手机上的普及，在于高通这项服务最初已经可应用于骁龙8 Gen 2。则手机OEM厂商可使用这一连接特性来打造智能手机。大概很快就会出现对应的手机产品。

另外高通还强调了，未来不光是在旗舰系列的芯片组和modem上推进这项服务，至少还要把紧急SOS特性加到廉价设备上。值得一提的是，高通选择的合作方是Iridium。所以即便芯片层面做出支持，国内大约也很难在短时间内看到高通的卫星服务出现在智能手机上。当然也囊括全球很多不同的国家地区。

不过现阶段iPhone基于卫星通信的紧急SOS还仅面向6个国家开放，而Iridium则宣称其地球覆盖率已经全满——高通的入局显然是会加速卫星通信于智能手机铺开进程的。未来高通也可能会持续推出卫星通信的语音和视频服务。

从上述介绍也不难发现，这两年卫星通信于智能手机应用的步伐突然变快了很多，无论是芯片厂商、电信运营商、卫星运营商，还是手机OEM厂商。而且行业专家认为，苹果iPhone 14支持的紧急信标特性是远远不够的。这一领域也就因此吸引到了更多的投资者。

如文首所述，这是个厚积薄发的过程。分析师今年上半年似乎普遍给出了投入该领域的建议。本文只给出了当前卫星通信应用于智能手机硬件基础的管中一窥，而这项技术的推广可能更多还要经受“软环境”的考验，比如“登陆权”的进一步获取，及多方合作如何展开等等。不过，这是另外的话题了。但该领域面临的市场喷发，应该是板上钉钉的。

本文为《电子工程专辑》2023年10月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅