華為 Mate60 Pro 的發(fā)布引發(fā)了一波搶購熱潮，時隔三年之久，華為 mate 系列終于又發(fā)布新機了。Mate60Pro 最引人矚目的地方，除了那個尚不知道哪里產的麒麟 9000s，還有一項非常重要的功能 —— 衛(wèi)星通話，讓你的通話可以隨時隨地，縱橫山海，暢聯(lián)九霄。
這個吊炸天的技術，到底怎么樣？真的能捅破天嗎？射頻學堂今天就和大家一起探索一下，這個”向上捅破天“的技術到底怎么樣？
什么是人造衛(wèi)星？
現在，人造衛(wèi)星這個概念想必都不太陌生，什么星鏈啦，GPS 啦，北斗啦，量子衛(wèi)星啦，每一個有關人造衛(wèi)星的詞匯都會引起人們的熱議。
那你知道第一顆人造衛(wèi)星是什么時候發(fā)的嗎？它能干啥嗎？
天文學家把天上的星星分為三大類，恒星，行星和衛(wèi)星。我們的太陽就是一顆巨大的恒星，恒星內部無時無刻都在發(fā)生無數的核爆，然后用電磁波的形式向外界釋放能量。像地球一樣，不能向外界釋放能量，圍繞恒星運動的星星叫做行星，而圍繞行星運動的星星就是衛(wèi)星，比如我們的月亮。衛(wèi)星，像一個安全衛(wèi)士一樣，守護在行星的周圍，為行星抵擋著大多數來自宇宙的暴擊。
人造衛(wèi)星，就是人類制造的能夠在地球軌道上運行的無人航天器。到今天為止，人類總共發(fā)射了大約 50000 顆人造衛(wèi)星，其中絕大部分失去了功能，變成了太空垃圾。
右圖是你以為的，其實中間圖才是實際的狀態(tài)。所以我們的頭頂上其實布滿了密密麻麻的人造衛(wèi)星。如果按照現在的發(fā)射速度，人造衛(wèi)星的數目還會指數增長，科學家預估到 2209 年，地球表面的人造衛(wèi)星將是最右圖所示的密集度。
這些人造衛(wèi)星，大小不等，功能各異，服務著人類的方方面面，包括軍事，氣象，廣播，通信，導航，偵察，預警，科學實驗等等。
當然，人類作為最好斗的生物之一，軍事用途也是第一位的。第一顆人造衛(wèi)星的發(fā)射就伴著冷戰(zhàn)時期兩大陣營的劇烈軍事技術對抗。
前蘇聯(lián)于 1957 年 10 月 4 日，成功發(fā)射了人類歷史上第一顆人造衛(wèi)星 ——Sputnik-1，Sputnik 在俄語中就是陪伴的意思，Sputnik-1 直譯就是一號人造衛(wèi)星。多么霸氣的名字，直接就是一號。還好我們采用音譯，直接叫它 —— 斯普特尼克一號。
斯普特尼克一號人造衛(wèi)星由前蘇聯(lián)火箭專家科羅廖夫利用導彈改制而成，運行軌道為橢圓軌道，高度為 215km / 947km、軌道傾角 65.1°，采用自旋穩(wěn)定控制方式。該衛(wèi)星呈球形，直徑 0.58m，質量 83.6kg，主要由殼體、衛(wèi)星設備和天線組成。衛(wèi)星殼體由兩個鋁合金半球殼對接密封而成，內部充有氮氣。殼體內安裝蓄電池組、無線電發(fā)射機等儀器設備。衛(wèi)星外部裝有 4 根鞭狀天線，2 根長 2.4m，2 根長 2.9m。星載無線電發(fā)射機采用 20.005MHz 和 40.002MHz 的頻率發(fā)送無線電信號。
斯普特尼克一號人造衛(wèi)星總共工作了 22 天，于 1957 年 10 月 26 號，電池耗盡，停止對外發(fā)送信號。之后又在太空中運行了三個月，于 1958 年 1 月 4 號，再次進入地球大氣層而燒毀。
這顆人造衛(wèi)星開創(chuàng)了人類開發(fā)外太空的第一步，從此，人類的活動范圍從陸地，海洋，大氣層，一直到外太空，打開了南天門，邁向了天庭。當然，斯普特尼克一號人造衛(wèi)星的成功發(fā)射，也大大刺激了美國，并引起了美國的恐慌。從此冷戰(zhàn)，也從地球表面延伸到了太空。
緊接著，1958 年 1 月 31 日，美國成功發(fā)射了 ”Explorer 1“ 人造衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星比較小，僅有兩個籃球大小，重量也僅 8.22 公斤，錐頂圓柱形，高 203.2 厘米，直徑 15.2 厘米，沿近地點 360.4 公里、遠地點 2531 公里的橢圓軌道繞地球運行，軌道傾角 33.34°，運行周期 114.8 分鐘。
緊接著，法國，日本也相繼發(fā)射了屬于自己的第一顆人造衛(wèi)星。
繼日本成功發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星之后，我們中國也發(fā)射了自己的第一顆人造衛(wèi)星 —— 東方紅一號。東方紅一號發(fā)射成功，開創(chuàng)了中國航天史的新紀元，使中國成為繼蘇、美、法、日之后世界上第五個獨立研制并發(fā)射人造地球衛(wèi)星的國家。在那個一窮二白的年代，科學家們憑借著自己超強的毅力和獻身精神，硬是手繪出了人造衛(wèi)星的圖紙，完成了中國第一顆人造衛(wèi)星的成功發(fā)射。
東方紅一號衛(wèi)星由結構、溫控、能源、《東方紅》音樂裝置和短波遙測、跟蹤、天線等分系統(tǒng)及姿態(tài)測量部件等組成，主要任務是進行衛(wèi)星技術試驗、探測電離層和大氣層密度。外形為近擬球體的 72 面體，直徑約 1 米，質量為 173 千克，采用自旋姿態(tài)穩(wěn)定方式，轉速為 120 轉 / 分，利用太陽角計和紅外地平儀測定姿態(tài)。用 20MHz 的電磁波向全世界播放”東方紅“的歌曲。
東方紅一號工作 20 天之后，電池耗盡停止向外界發(fā)送電磁波信號。但是衛(wèi)星的軌道壽命并未結束，時至今日，東方紅一號依然運行在我們的頭頂，向全世界宣告中國科技的崛起。
什么是通信衛(wèi)星？
衛(wèi)星的用途多種多樣，其中通信衛(wèi)星，是人類使用最早，應用最廣的人造衛(wèi)星之一。
一顆地球靜止軌道衛(wèi)星，大概能夠覆蓋約 40% 左右的地球表面，包括海洋，高山，陸地和低空。人類在地球靜止軌道上，均勻分布三顆通信衛(wèi)星，就可以覆蓋全球的通信。
地球靜止軌道位于赤道上空 35786.6Km 的高空，衛(wèi)星在這條軌道上以每秒 3075 米的速度自西向東繞地球旋轉，繞地球一周的時間為 23 小時 56 分 4 秒，恰與地球自轉一周的時間相等。因此從地面上看，衛(wèi)星就像掛在天上不動，這就使地面接收站的工作方便多了。接收站的天線可以固定對準衛(wèi)星，晝夜不間斷地進行通信，不必像跟蹤那些移動不定的衛(wèi)星一樣而四處“晃動”，使通信時間時斷時續(xù)。通信衛(wèi)星已承擔了全部洲際通信業(yè)務和電視傳輸。
同步軌道衛(wèi)星覆蓋面廣，但是頻譜的利用率卻比較低。因為電磁波傳輸距離比較遠，因此信號時延也比較大，達到 250ms，遠超地球表面基站之間的傳輸時延。但是地面移動基站的覆蓋范圍小，通常為 1-5Km 之內，全覆蓋的建設成本高，并且很多地方也根本不具備建站條件。所以，近地軌道的衛(wèi)星通信就成了一個熱門選項。
低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)，是指運行在近地軌道的人造衛(wèi)星，一般距地球表面大約為 1000 千米，電磁波的空間傳輸損耗較小。衛(wèi)星形成的覆蓋小區(qū)在地球表面很快移動，繞地球一周約需 2 小時。當小區(qū)移過移動用戶時，也有“越區(qū)切換”問題。但是低軌道衛(wèi)星一般只有幾百公斤，用小推力火箭即可發(fā)射，甚至可以一箭多星，因此發(fā)射成本比較低。
低軌道衛(wèi)星通信的優(yōu)點主要有：
1，衛(wèi)星的軌道高度低，使得傳輸延時短。路徑損耗小，多個衛(wèi)星組成的星座可以實現真正的全球覆蓋，頻率復用更有效；
2，蜂窩通信、多址、點波束、頻率復用等技術也為低軌道衛(wèi)星移動通信提供了技術保障。因此，低軌道（LEO）系統(tǒng)被認為是最新最有前途的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。
目前，主要的低軌道通信衛(wèi)星的方案主要有銥（Iridium）系統(tǒng)和全球星系統(tǒng)（Globalstar）、白羊（Arics）系統(tǒng)、低軌衛(wèi)星（Leo-Set）系統(tǒng)、柯斯卡（Coscon）系統(tǒng)、衛(wèi)星通信網絡（Teledesic）系統(tǒng)等。
通信行業(yè)的人應該都聽說過耗死摩托羅拉公司的銥星計劃。這個摩托羅拉提出的最早用于服務全人類通信的銥星計劃，太空部分由七條衛(wèi)星軌道組成，每條軌道上分布 11 顆衛(wèi)星，就像金屬元素銥一樣，在原子核外分布著 77 顆電子。盡管后來被證實 6 條衛(wèi)星軌道也能夠提供同樣的覆蓋，計劃衛(wèi)星數也減少到了 66 顆。
這個 1987 年提出的人類最早的通信星座系統(tǒng)，，每顆星質量 670 千克左右，功率為 1200 瓦，采取三軸穩(wěn)定結構，每顆衛(wèi)星的信道為 3480 個，服務壽命 5 至 8 年。銥星系統(tǒng)的最大特點是，通過衛(wèi)星之間的接力來實現全球通信，相當于把地面蜂窩移動電話系統(tǒng)搬到了天上.它與使用的靜止軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)比較有兩大優(yōu)勢：一是軌道低，傳輸速度快，信息損耗小，通信質量大大提高；二是銥星系統(tǒng)不需要專門的地面接受站，每部移動電話都可以與衛(wèi)星聯(lián)絡，這就使地球上人跡罕至的不毛之地，通信落后的邊遠地區(qū)，自然災害現場都變得暢通無阻。所以說，銥星系統(tǒng)開始了個人衛(wèi)星通信的新時代。
但是這個超前的技術，最終還是在市場競爭中敗給了移動蜂窩，銥星計劃最終不得不以破產告終。后來銥星計劃被美國國防部收購，為美國政府和軍隊服務。
最終還是外星人馬斯克的 StarLink 橫空出世，帶動了整個低軌道衛(wèi)星通信的快速發(fā)展。
在 2015 年的時候，馬斯克宣布要發(fā)射大約 1.2 萬顆通信衛(wèi)星發(fā)射到軌道，其中 1584 顆將部署在地球上空 550 千米處的近地軌道，這個星鏈將為人類提供高速互聯(lián)網服務。而且是全地球，無死角，隨時，隨地，隨便，只要你有錢。
到 2023 年 7 月份，Starlink 總共有 4519 顆衛(wèi)星發(fā)射成功，其中有 4487 顆衛(wèi)星正在運行，目前可提供 5Mbps 到 200Mbps 不等的傳輸速率，這個傳輸速率已經可以滿足大部分人的上網需求了。
下圖給出了 Starlink 的射頻參數，地面站和衛(wèi)星之間采用 27.5GHz-30GHz 的毫米波頻段傳輸，而衛(wèi)星和用戶終端之間采用 10.7GHz 到 12.7GHz 的頻段傳輸。
從理論上來說，星鏈系統(tǒng)能夠覆蓋全球的通信，但是受限于衛(wèi)星數目以及各種原因的限制，目前大部分服務仍限于北美和歐洲。在 Starlink 的可用性地圖上，世界其他地區(qū)被標記為“即將推出”，甚至美國部分地區(qū)也在等待潛在客戶。
當然，我們中國自己的星鏈計劃也在穩(wěn)步推進中，據報道稱，到 2030 年，完成 300 顆衛(wèi)星組網，屆時將具備“全球任一地點 10 分鐘內查訪”的即時業(yè)務響應和服務能力，這將為全球應急救援、火情監(jiān)測、防災減災領域提供更加有效的數據和能力支撐。
那么，華為 mate60pro 的衛(wèi)星通話，究竟是怎么回事？用的是什么衛(wèi)星？
這里就引出了我們的通信衛(wèi)星系統(tǒng)----天通一號
天通一號衛(wèi)星系統(tǒng)
華為 mate60Pro 進行衛(wèi)星通話采用的是中國自主研制的天通一號衛(wèi)星通信系統(tǒng)，該衛(wèi)星通信系統(tǒng)由航天五院帶頭研制，目前由中國電信運營。
天通一號衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，由空間段、地面段和用戶終端組成，空間段計劃由多顆地球同步軌道移動通信衛(wèi)星組成。其中，天通一號 01 星于 2016 年 8 月 6 日，由長征三號乙運載火箭發(fā)射升空，標志著我國正式進人地球 N 步軌道移動通信衛(wèi)星俱樂部。緊接著，在 2020 年 11 月 12 日，天通一號 02 星也發(fā)射成功；然后在 2021 年 1 月 20 日，成功將天通一號 03 星發(fā)射升空。
天通一號 01 星工作在 S 頻段，上行 1980MHz-2010MHz，下行是 2170MHz-2200MHz?，F階段能滿足 100 萬用戶的通信容量。覆蓋區(qū)域主要為中國及周邊、中東、非洲等相關地區(qū)，以及太平洋、印度洋大部分海域。覆蓋地形沒有限制，海洋、山區(qū)、尚原、森林、戈壁、沙漠都可實現無縫覆蓋。覆蓋人群涉及車輛、飛機、船舶和個人等各類移動用戶，為個人通信、海洋運輸、遠洋漁業(yè)、航空救援、旅游科考等各個領域提供全天候、全天時、穩(wěn)定可靠的移動通信服務，支持語音、短消息和數據業(yè)務發(fā)生自然災害時，天通一號的應急通信能力可以發(fā)揮極大作用，此外，天通一號 01 星最主要的優(yōu)勢體現在終端的小型化、手機化，便于攜帶。下圖是中國電信官網推出的 5G 天通衛(wèi)星移動終端全網通 YT8000，售價 9800 元.
這個天通一號衛(wèi)星系統(tǒng)也是華為 mate 60Pro 實現衛(wèi)星通話的通信衛(wèi)星系統(tǒng)，如果你手機具備這個功能的話，可以登錄天翼云網站，即可開通天通一號的服務。
天通衛(wèi)星業(yè)務是中國電信依托中國自主研發(fā)的“天通一號”衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)及網絡，采用 1740 專屬號段，為客戶提供衛(wèi)星移動話音、短信、數據及增值服務，天通衛(wèi)星業(yè)務實現對中國領土、領海的通信網絡全面覆蓋，填補現有通信無法覆蓋的區(qū)域，廣泛應用于海洋漁業(yè)、應急救援、旅游探險、物聯(lián)網等多個應用。
天通衛(wèi)星除了可以提供通話，短信業(yè)務之外，還可以提供上網服務，目前的傳輸速率大約為 384kbps，相較于 Starlink，還有不小的差距。相信在將來，一定會捅破天。
不過，既然上衛(wèi)星了，收費還是挺貴的，1000 塊錢一年，包含 750 分鐘通話和 5 條國內短信。超出套餐，撥打和接收衛(wèi)星電話都是一塊六一分鐘。
參考閱讀：
1，https://www.tomsguide.com/news/starlink-internet-coverage-speed-cost-satellites-ipo-and-latest-news；
2，https://new.qq.com/rain/a/20230714A00K6600；
3，http://www.chinatelecom.com.cn/news/02/202109/t20210927_66332.html；
4，https://baike.so.com/doc/24713766-25619257.html；
5，https://baike.baidu.com/item/%E5%8D%AB%E6%98%9F/21511；
6，https://baike.baidu.com/item/%E9%80%9A%E4%BF%A1%E5%8D%AB%E6%98%9F?fromModule=lemma_search-box
本文來自微信公眾號：射頻學堂 （ID：RF_Center），作者：RF 小木匠
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。