2021年9月14日,一年一度的科技界春晚——“iphone13发布会”即将召开。


根据截止到2021年8月底曝光的信息汇总:iphone13将搭载A15处理,集成高通骁龙X60基带,采用三星LTPO屏,支持120Hz自适应高刷;相机模组增大,电池容量增大,快充增至25W;仍然采用窄刘海(意味着不会采用屏下摄像头),支持反向充电;支持口罩解锁功能(意味着仍然不采用屏下指纹),支持低轨道卫星通讯等。


除了前面提到的硬件提升,最后一条支持低轨道卫星通讯,一石激起千层浪,引发了业界的猜测和广泛讨论。

 


 
据悉,这条消息来自常年关注苹果供应链的行业分析师郭明琪,他表示iphone13将支持卫星通讯运营商Globalstar 拥有的n53频段。他的判断依据可能是因为高通在还未发表的X65 基带芯片加入了n53 频段功能。n53 频段是Band 53 (简称b53)的变种,属于广义的2.4GHz 频段。据了解,b53 授权目前属于卫星通讯公司Globalstar。今年2 月还发过新闻,隆重宣布授权n53 频段给高通使用。

 

据了解,全球星(Globalstar国)系统是美国 LQSS (Loral Qualcomm Satellite Service )公司于1991 年 年 6 月向美国联邦通信委员会(FCC )提出低轨道卫星移动通信系统。而LQSS 公司是由 Loral 宇航局和高通公司共同组建的一个股份公司。

 

但是问题在于郭明琪爆料的是iphone13支持n53频段,而此前曝光的信息是iphone13将采用的X60基带并不支持n53,除非这一批X60基带是高通针对苹果的特别定制版本。

 

除此之外,彭博社也发消息部分确认郭明錤的消息,且补充到iphone13的卫星通讯仅限于紧急用途,如果在户外缺乏手机信号,可用有限的卫星通讯功能实现报警求助。

 

彭博社同时指出,iphone13可能包含支持卫星通信的器件,但不代表相关的功能一定会在今年上线,可能相关的功能真正推出“不会早于明年”。换言之,就算目前iphone13支持卫星通信的相关硬件,但要用到这种功能可能要到明后年了。

 

就在苹果粉丝对这一消息略感失望的时候,另一则消息传来。根据7月31号的央视新闻报道,搭载北斗短报文功能的手机预计在年底上市。该功能可在没有通信网络的情况下,仍然能够让手机与卫星直接通信。而根据目前综合的信息来看,预计年底首发的这款手机很有可能是华为Mate50。

 

据了解,华为P40就打造了北斗车道级高精度导航,如果不是因为受到制裁,可能华为Mate50的上市时间还要提前。早在2018 年,我国就开启了北斗三号全球组网。通过北斗三号的通信系统,除了提供类似于GPS、格洛纳斯的导航之外,还可提供1K容量的短报文服务,单次可发送 1000 多个中文字符甚至是图片。据悉,这种双向通信设计是北斗系统独有的,不过此前都需要专用的接受终端和卡号才能实现。


 
北斗短报文服务

 

北斗短报文与其它通讯方式的差别

 

从铱星到星链,回顾卫星通信的三个发展阶段

 

综上所述,有可能苹果iphone13会在发布会首发卫星通信功能,但是首先满足用户使用的却可能是华为Mate50。不过不管是谁首发,手机终端开始支持卫星通信这个事本身就是一件很酷而且划时代的事情。这意味着卫星通信这种以往只存在军用、昂贵的行业应用通讯方式也开始进入民用,同时也意味着手机进入永不掉线的时代。

 

与此同时,一个基于卫星通信的产业链正在被投资者和业界看到。一旦卫星通信的接收装置真的在手机等消费类终端普及,必将刺激相关产业链的爆发式增长,以及供应链成本的快速下降。我们有理由相信,基于卫星的收发短信紧急通信仅是第一步,真正实现基于卫星通信的互联网通信才是最终目标。

 


 
就在2020年的10月22日,美国太空探索技术公司(SpaceX)首席执行官埃隆·马斯克使用星链(Starlink)卫星,发出了他的第一条推文。马斯克在社交网站上发文称,“通过Starlink卫星发送了这条推文。”随后,他又发布了一条称,“哇,它成功了。”

 

为何“火星人”埃隆·马斯克要这么积极投入研发星链(Starlink)卫星系统?排除商业考虑,如果我们回归他的初心,那就是一切技术都是为了移民火星。那么在火星低轨道放置卫星实现通信覆盖,显然比在地面建基站要更方便。而就算是在地球,目前也仅有30%的国家和地区实现了通信网络覆盖,还有超过70%的地理空间以及超过30亿人无法使用互联网。We Are Social 估计,在 2020 年 3 月以前的 12 个月里,近 3 亿人首次上网,其中大多数新用户生活在发展中经济体。截至,2020 年 3 月,全球仍然有 40%的人未联网。

 

对于地面通信基站建设商和运营商来说,在很多地广人稀的地区,或不发达地区,建设基站除了技术难度外最主要是商业上不划算。因此,基于卫星通信的互联网,通过一定数量的卫星形成规模组网,从而辐射全球,构建具备实时信息处理的大卫星系统,是一种能够完成向地面和空中终端提供宽带互联网接入等通信服务的新型网络,具有广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点。

 

 


如果说MOTO的铱星、Globalstar等第一代卫星通信的想法是取代地面通信的话,那么starlink,OneWeb为代表的第三代卫星通信将与地面通信实现互补。


低轨道卫星通信,最先普及的终端或是汽车

 

按照轨道高度,卫星主要分为低轨、中轨、高轨三类,其中现有的中高轨道卫星解决了地球的覆盖问题,相当于移动通信的 2/3G 网络,仅提供基本语音和低容量的数据业务。低轨卫星由于传输时延小、链路损耗低、发射灵活、应用场景丰富、整体制造成本低,非常适合卫星互联网业务的发展。

 

以往卫星通信给人的感觉主要有两点:成本昂贵、信号传输慢。为什么以往卫星通信的费用这么昂贵?在航天飞机时代,将卫星发射到太空的成本约为每磅 24,800 美元。发射一颗重量 4 吨的小型通信卫星的成本接近 2 亿美元。如今,SpaceX 的 Starlink 卫星重量仅有约 500 磅(227 千克)。可重复使用的设计和低廉的制造成本,意味着我们可以通过火箭一次性发射几十颗卫星,从而大幅降低成本。此外,在卫星通信方面,随着卫星通信带宽从百 Mbps 提升至 Gbps,带宽承载能力大幅提升。在晴好天气条件下进行的基于卫星链路的 5G 基站回传测试中,回传链路数据吞吐量达到了 500 Mb/s 以上。这一测试结果表明,低轨通信卫星在信关站和卫星覆盖范围内实现的大带宽传输,可为 LTE 或者 5G 蜂窝网络提供卫星链路回传,为现有的电信运营商提供了一个非常重要的选择。

 

 

 
资料来源:《从银河航天首发星在轨测试分析低轨宽带卫星通信的优势》

 

对于中国来说,商业卫星产业要发展,终端接收设备必须先行,尤其是地面接收终端设备有望受益。当前,国内从事卫星终端通信设备业务的公司主要有海卫通、凯瑞得、中国电子 54 所等,但卫星通信地面硬件设备还是以海外公司为主并占有市场较大份额。

 

此外,卫星的制造、发射、通信、导航,都需要关键的芯片技术参与。与传统卫星不同,商用卫星更强调商用性,追求更低廉的发射成本、更小的尺寸以及更容易制造,这些特性有助于提高潜在运行的经济性。所以商用卫星在选择芯片时,更希望是体积更小、质量更好、成本又较优的芯片。其中 FPGA等核心芯片成为未来商用卫星通信发展的重点。包括紫光国微、复旦微电在内的国产FPGA厂商将迎来新的机遇。

 

 
基于 FGPA 平台的低轨卫星星载路由器,资料来源:西安电子科技大学技术转移中心

 

高性能信号链产品广泛用于全球航空航天市场,对于商用卫星也发挥着至关重要的作用。此外高频收发器平台技术在卫星通信频段中可以实现更高的选择率,利用其小尺寸和低功耗的特性,可将收发器的整体尺寸缩小到一个数量级,为解决下一代卫星通信的难题提供解决方案和实例。

 

 
低轨卫星互联网地面应用增量空间(亿美元),资料来源:中国产业信息网

 

除了手机之外,另一个具有更大想象空间的卫星接收终端是汽车。受限于体积和技术瓶颈,要将高频收发器的尺寸缩小到手机内目前仍有较大技术难度,而汽车中就不存在这个问题。按照 starlink 终端单价 499 美元台进行计算。在全球汽车产量保持不变的情况下,若汽车产业实现由传统汽车向智能汽车的迭代替换,则低轨卫星互联网地面应用端将会带来573.35 亿美元增量市场空间。

 

 
星链FCC应用:移动车辆中的卫星互联网,资料来源:TESLARATI

 

卫星通信是否将“弯道超车”5G?

 

最后,考虑到我国在5G时代基站建设和网络覆盖的领先地位,目前有一种说法是包括美国在内的各个国家正在加速卫星通信的建设,希望换赛道对5G实现超车。随着美国“星链”计划启动,全球低轨星座发展已全面进入竞争提速期,空间轨道和频段这一不可再生的战略资源将日益紧缺。

 

因此,各国政府力量加速加力介入:美国军方多项目并行推进“星链”计划星座开发应用、英国政府收购卫星运营商 One Web、加拿大政府斥巨资扶持本国的电信卫星低轨公司(Telesat LEO)、俄罗斯利用俄罗斯国家集团(Ros cosmos)统筹加快卫星星座建设。以上举动充分说明,各国已经充分认识到轨道频率资源的重要战略地位,并加大力度争相抢占。我国目前仅有 3 颗在轨运行的低轨宽带通信卫星,卫星互联网建设已经较为滞后。

 

 
全球卫星互联网公司,资料来源:《低轨卫星通信网络领域国际竞争:态势、动因及参与策略》

 

 
资料来源:《“新基建”之中国卫星互联网产业发展研究白皮书》

 

预计2019年到 2025 年,全球卫星产业收入至少翻倍。随着太空空间探索的逐步深入,国内外就卫星互联网纷纷展开部署,2019 年全球卫星产业总收入为 2860 亿美元,同比增长 3.20%。预计 2025 年前,卫星互联网产值可达 5600 亿~8500 亿美元。

 

好在我国已经意识到了这一点,2020年4 月20日,国家发改委首次将卫星互联网和 5G 、工业互联网等一起列入信息基础设施,明确了建设卫星互联网在新一代信息技术演进上的重大战略意义。在 3GPP RAN行业报告|行业深度研究主导的 5G NR(新空口)网络标准中,非地面网络(NTN)技术也将卫星和高空平台作为重要的研究方向,已经有众多参与方提交并形成了一系列重要的技术报告,并积极推进相关的技术规范制定工作。

 

笔者认为,卫星通信并不是5G的替代者,而应该是补充者。未来海量的物联网应用,以及针对海洋、高原、荒漠、极地等偏远地区的无人机器联网操作,都需要用到5G+卫星通信的联合组网。卫星通信进入民用市场已是趋势,谁能把握住这个赛道,谁就能抓住新的风口。而只有现在把握住了商用卫星通信,在未来空、天、地、海全覆盖的智能高速度6G通信竞争中,我们才不会掉队。至于6G通信,如果各位读者感兴趣,笔者将另开一文专门进行分析。