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从地面到天空,手机的未来也许是它?

中兴文档 2023-03-28 原文

 引     言       

远古的人们,通信基本靠吼,费嘴不说,声音还传不远。

现代的人们,只需一部手机,就可以千里传音,方便又快捷。

很多人认为有一部好的手机,就可以尽情享受通信带来的快乐。

然而,事情并没有那么简单。通信,是一个复杂的系统,也是一个庞大的网络。

一个电话的接通,可能需要信号翻山越岭,腾云驾雾。

目光所致,皆是疆土

便利的通信,是因为有庞大数量的基站对网络进行支撑。

截止2022年底,我们国家的基站总数超过了1200万个,其中5G基站数超过231万个。

行走在繁华的街道上,漫步在安静的公园里,乘坐在飞驰的动车上,不论我们在哪里,都可以拿出手机随时联系。

不管是为了工作还是为了娱乐,我们忙到不亦乐乎的时候,其实手机也在一直地忙碌着。

每一部正常运行的手机,都在与周围的基站建立着连接。

手机一开机就会发送信号到最近的基站,向核心网提交注册请求。核心网检查通过以后,手机才算是正式接入到了通信网络。

基站一般放置在高处,而信号就像是一张无形的渔网向下俯瞰,为覆盖范围内的手机提供通信服务。

即使我们一直待在某个基站的覆盖范围内,没有改变位置,为了避免与通信网络失去联系,手机需要周期性触发注册更新流程,核心网也会通过基站定期询问手机是否在线。

当手机移动起来就会从一个基站的覆盖范围切换到另外一个基站的覆盖范围,基站会根据信号的强弱,触发切换流程,将手机切换到信号更强的基站辐射范围内。在整个切换过程中,正在刷的视频/打的游戏会被无缝转移到新的无线接入网络中,我们毫无感知。

在寒冷北方看冰灯的小A,要给在温暖南方晒太阳的小B,打视频通话分享各自的快乐。

信号的传递,将经历一场跨越山河的旅程:

小A还要打视频通话给在戈壁沙漠中搞道路建设的小C,能打通吗?

小A还要打视频通话给在茫茫大海中搞科考航行的小D,能打通吗?

人类征服自然的脚步虽然已经遍布全球,但是在大海上/在高山上/在荒漠中竖起一个个基站,很有难度,似乎也没有什么必要。

如果连地面上有一些地方都无法建设基站,那么天空呢?

抬头望天,目标高远

早在1957年第一个人造地球卫星飞上苍穹,人类就已经将通信的领域扩展到了天空。

为了实现地面与卫星之间的通信,一开始的地面终端,就像一口又大又笨的锅。

直到30多年后,才出现专门与卫星通信、可以移动的终端,我们称之为:卫星电话,并一直延续这个称呼至今。

是的,从这个名字上,我们就可以看出它的主要功能是:打电话。

有了卫星,茫茫大海与戈壁沙漠也可以成功通话。

卫星电话有自己独特的优势:

不再依赖地面的基站

卫星电话的信号可以穿越云海,与头顶上的卫星连接,哪怕是与地球另一面的人们,都可以随时随地打电话。


如果通信卫星位于低轨道,那么这种通信卫星相对地面是运动的,卫星天线覆盖的区域也小且一直变化,导致通信时间短。要想构建成覆盖全球的卫星电话通信网络,则需要发送几万个低轨道通信卫星。

如果通信卫星位于高达三万六千公里的同步定点轨道,就可以与地球同步自传,相当于固定不动了。这种通信卫星的天线覆盖范围大,只需要3颗卫星,就可以覆盖全球,实现二十四小时的全天通信。

卫星采用专用的工作频段,并且由国际电联ITU-R统一管理。

ITU-R严格规定和审批各个卫星工作频段的申请,一般情况下,需要同时申请卫星轨道资源/卫星通信工作频率资源。

目前的卫星工作频率范围为:1GHz~40GHz,划分的工作频段参见下表。

取长补短,合体变身

当你有一个apple,我有一个pen,是不是就可以合体为applepen?

哈哈,虽然是开玩笑,但是这种取长补短的方法,却是科技不断尝试,不断进步的一种最佳实践。

智能手机+卫星电话的合体,就是“卫星手机”,会是什么样子的呢?不禁让人浮想联翩,很是期待啊!

这样的卫星手机,离我们会很远吗?

卫星手机要想飞入寻常百姓家,还有很多路要走。

01频段




尽管现有的智能手机已经支持了很多频段,但是要和卫星通信的话,卫星手机还需要支持更多的卫星频段。

以下为某款智能手机支持的频段:


02信号

地面的基站离我们很近,所以手机的天线可以隐藏起来。天空的卫星离我们很远,要维持足够的信号,目前是通过外接天线的方式来解决。

既要信号强,又要天线小。这种既要又要的难题,也就只有“爱折腾”的人类才会提出来,又会努力地去解决。

03费用

卫星发射上天要花钱吧,卫星通信系统的维护要花钱吧,这可都是一笔笔不小的数目。

现在使用卫星电话的人少,卫星也少,当然就是网速低、费用高。

那如果使用卫星电话的人多、天上的卫星多,当然就是网速逐渐提升、费用逐渐下降了。

毕竟,智能手机也是这么走过来的,从当初的1MB十几块钱到现在的1GB几块钱,简直就是天上地下的差别。

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